Modulasi Analog
Apa itu Modulasi ? • Modulasi adalah pengaturan parameter dari sinyal pembawa (carrier) yang berfrequency tinggi sesuai sinyal informasi (pemodulasi) yang frequencynya lebih rendah, sehingga informasi tadi dapat disampaikan. • Proses modifikasi sinyal carrier berdasarkan sinyal input
Apa itu Modulasi ? • Sinyal informasi (suara, gambar, data), agar dapat dikirim ke tempat lain, sinyal tersebut harus ditumpangkan pada sinyal lain. • Dalam konteks radio siaran, sinyal yang menumpang adalah sinyal suara, sedangkan yang ditumpangi adalah sinyal radio yang disebut sinyal pembawa (carrier). • Jenis dan cara penumpangan sangat beragam.
• Yaitu untuk jenis penumpangan sinyal analog akan berbeda dengan sinyal digital. • Penumpangan sinyal suara juga akan berbeda dengan penumpangan sinyal gambar, sinyal film, atau sinyal lain.
Blok Diagram Modulasi
Modulation • Tujuan utama modulasi adalah untuk menghasilkan sinyal termodulasi yang sesuai dengan karakteristik saluran transmisi.
• Beberapa manfaat lain dari modulasi : • • • •
Mendapatkan transmisi yang efisien Mengatasi keterbatasan hardware Mengurangi noise dan interferensi Untuk penempatan frekuensi
Modulasi Analog • Modulation Theorem Frequency Translation • Shifting atau pergeseran dari spektrum didalam frequency domain • Merubah atau menempatkan frekwensi rendah menjadi frekwensi yang lebih tinggi agar dapat dikirimkan/ditransmisikan melalui media transmisi. carrier wave
0
4 KHz
fc
Jenis-jenis modulasi analog : 1. Amplitude modulation (AM) 2. Frequency modulation (FM) 3. Pulse Amplitude Modulation (PAM)
frekuensi
Jenis Modulasi Berdasarkan Sinyal Carrier (1) • Continuous Wave (CW) Carrier Modulation • Gelombang pembawa (carrier waveform) berupa gelombang kontinyu (biasanya sinusoidal) • Salah satu parameter dari gelombang pembawa diubah sesuai bentuk sinyal informasi yang akan ditransmisikan
• Modulasi Sinyal Continue (continues wave) : • Amplitude Modulation (AM) • Modulasi Sudut (Angle Modulation) : • Phase Modulation (PM) • Frequency Modulation (FM)
Jenis Modulasi Berdasarkan Sinyal Carrier(2) • Pulse Modulation • Gelombang pembawa (carrier waveform) berbentuk pulsa (biasanya pulsa persegi/rectangular) • Salah satu parameter dari pulsa gelombang pembawa diubah sesuai bentuk sinyal informasi yang akan ditransmisikan
• Modulasi Pulsa • Pulse Amplitude Modulation (PAM) • Pulse Wide Modulation (PWM)
Jenis Modulasi Berdasarkan Sinyal Informasi • Modulasi Analog • Amplitude Modulation (AM) • Angle Modulation • Frequency Modulation (FM) • Phase Modulation (PM)
• Modulasi Digital • • • • •
Amplitude Shift Keying (ASK) Frequency Shift Keying (FSK) Phase Shift Keying (PSK) Quadrature Amplitude Modulation (QAM) dll
Parameter dalam Modulasi Analog Ec(t) = Ec cos( ct + )
Modulasi amplitude
Modulasi sudut
(amplitude modulation,AM)
(angle modulation) ( ct + )
Modulasi frekuensi
Modulasi fase
(frequency modulation, FM)
(phase modulation, PhM) Slide 10
Amplitudo, Frekuensi, Phase +900
C
B A
1800
00
voltage
cycle (T)
A
0
B
π
2π
C
time (t)
Amplitude (V) -900
Amplitudo Nilai maksimum dari besaran elektrik (mis voltage) dari gelombang Frekuensi Jumlah cycle yang dihasilkan dalam satu detik (cycles per second atau Hertz) Phase Gelombang A dengan phase 00 Gelombang B dengan selisih phase -900 (lebih lambat) terhadap A Gelombang C dengan selisih phase +900 (lebih cepat) terhadap A
Amplitude Modulation (AM) • Sinyal Informasi : m(t) • Sinyal Carrrier : Vc(t) = Ac cos(ct)
• Sinyal Hasil Modulasi = VAM (t) = A(m) cos (ct)
Sinyal Hasil Modulasi
Index Modulasi • Untuk sinyal sinusoidal • 𝑚=
𝐴𝑚 𝐴𝑐
• Undistorted AM Am <= Ac
Overmodulation
Persen Modulasi • Biasanya modulasi dihitung berdasarkan sinyal hasil modulasi
Contoh Soal • Tentukan m, Vc dan Vm jika diketahui tegangan puncak sinyal AM adalah 5.9V dan tegangan lembah terendah adalah 1.2 V
Modulasi Amplitude Untuk m(t) = Am cos (mt) maka VAM (t) = [Ac + Am cos (mt)] cos(ct) = Ac [1 +
Am Ac
cos (mt)] cos(ct)
= Ac [1 + m . cos (mt)] cos (ct) = Ac cos (ct) + mAc cos (mt) cos(ct) = Ac cos (ct) + m Accos (c + m)t + m Ac cos(c - m)t 2
2
Slide 19
Spektrum dan Bandwidth • Spektrum Elektromagnetik : • frekuensi yang terdapat dalam sinyal
• Bandwidth • Spektrum elektromagnetik yang diduduki sinyal. • Lebar pita frekuensi yang dilalukan oleh kanal (rangkaian). • Luas daerah spektral yang signifikan dari sinyal untuk frekuensi-frekuensi positif
Sideband dan Domain Frequency
Bandwidth
Contoh Soal • Sebuah sinyal AM memancarkan sinyal modulasi dengan menggunakan sinyal carier 980kHz untuk sinyal informasi 5kHz. • Tentukan fUSB, fLSB dan BW yang digunakan oleh sinyal tersebut. Gambarkan spectrum jika Ac = 10V dan Am = 3V • Jika sinyal informasi yang digunakan adalah sinyal suara dengan rentang frekuensi 300 – 3000Hz. Tentukan fUSB, fLSB dan BW serta gambarkan bandwidthnya
AM Power (Daya AM) • Sinyal AM diperkuat menggunakan power amplifier dan diteruskan ke antenna • Antena memiliki impedansi
• Sinyal AM adalah sinyal composite • Sinyal carrier + Sinyal USB + Sinyal LSB
• Total daya yang ditransmisikan
Contoh • Jika daya dari sebuah sinyal carrier AM adalah 1000W, dan dimodulasi 100%, tentukan total AM dayanya.
• Sebuah AM transmitter memiliki power sinyal carrier 30W. Persentase modulasi adalah 85%. Tentukan (a) Total daya AM dan (b) Daya salah satu sideband.
AM Power • Sulit mengukur AM power dengan mengukur tegangan dan menghitung daya. • Lebih mudah mengukur arus dalam beban • Dimana
Contoh • Sebuah antenna memiliki impedansi 40ohm. Sinyal unmodulated AM menghasilkan arus 4.8A. Jika persentase modulasi adalah 90%, tentukan (a) daya sinyal carrier (b) total daya dan (c) sideband power.
Persentase modulasi • Cara lain untuk mengukur persentase modulasi adalah dengan menggunakan arus yang melalui antenna.
LINEAR MODULATION:DSB-AM Demodulasi • Demodulasi : • Proses untuk mendapatkan kembali sinyal informasi dari sinyal termodulasi
• Proses demodulasi dapat dilakukan dengan dua cara : • Dengan menggunakan carrier recovery (detektor Sinkron/ detektor koheren) • Tanpa menggunakan carrier recovery (detektor non koheren)
• Sinyal termodulasi DSB-AM dapat menggunakan kedua cara tersebut. • Detektor Koherent dengan menggunakan product detector • Detektor Non Koheren dengan menggunakan Envelope Detector
Demodulasi : Envelope Detector • Envelope detector :
Rangkaian yang menghasilkan output berupa real envelope dari sinyal inputnya. Rangkaiannya sederhana dan biaya murah tetapi tidak dapat bekerja dengan baik pada kondisi over modulasi.
Demodulasi : Product Detector Asumsi : fasa carrier recovery Sinkron dengan fasa sinyal carrier Pada modulator
SAM
X
X(t)
Ac cos ω ct
LPF
Y(t)
AMPLITUDE MODULATION •AM process produces upper and lower sidebands plus original carrier. •Sidebands are original signal bandwidth and spectrum shifted in frequency. Total bandwidth is 2 times original bandwidth. •Significant energy remains in carrier. •DSB-SC and SSB are techniques that provide for more energy efficient transmission and lower modulated signal bandwidth requirements.
Modifikasi terhadap DSB AM • 2/3 daya yang ditranmisikan berada dalam sinyal carrier • Informasi terletak pada sideband sinyal. • Sinyal carrier tidak mengandung informasi.
• Modifikasi Sinyal AM • DSBSC • SSB
DSBSC (Double Side Band Supressed Carrier) • Kelebihan • Tidak ada daya yang digunakan untuk sinyal carrier
• Penggunaan DSBSC tidak luas • Sulit recovery sinyal informasi (demodulasi)
• Contoh penggunaan : • Transmisi informasi warna pada televise berwarna.
LINEAR MODULATION:DSB-SC Demodulasi : Product Detector SAM
X
X(t)
Ac cos ω ct
LPF
Y(t)
Envelope detector tidak dapat digunakan secara langsung pada demodulasi Sinyal DSB-SC, karena komponen carrier tertekan (sangat kecil), dan terjadi over modulasi KECUALI sinyal DSB-SC diberi Carrier dahulu kemudian baru digunakan envelope detector
Pengaruh Beda Phasa • Jika tidak terdapat beda phasa (φ = 0) maka sinyal hasil demodulasi yang diperoleh akan maksimal (proporsional dengan sinyal informasi awal ) yaitu sebesar : (Ac2 /2) m(t) • Jika terdapat beda phasa dengan nilai konstan (φ = c) maka sinyal hasil demodulasi yang diperoleh akan mengalami redaman dengan nilai konstant sebesar cos φ, tetapi sinyal hasil demodulasi tidak mengalami distrorsi • Jika terdapat error phasa dengan nilai konstan (φ = c(t) ), dimana φ bersifat berubah secara random terhadap waktu sehingga cos φ juga berubah-ubah maka sinyal hasil demodulasi yang diperoleh akan mengalami distorsi.
• Oleh karena itu digunakan detector Koherent yang memiliki rangkaian penyinkron fasa dan frekuensi dari sinyal carrier pada transmitter dengan sinyal carrier pada receiver
Single Side Band (SSB) • Informasi terkandung dalam kedua sideband • Cukup satu saja.
• Karakteristik • Jika tidak ada sinyal informasi, tidak ada sinyal yang ditransmisikan.
• SSB
• Proses modulasi yang hanya mengirimkan salah satu side band, mengirimkan upper side band (USB) atau lower side band (LSB).
• SSB-Supressed Carrier
• Proses modulasi SSB yang mengalami penekanan carrier
• Upper Single Side Band Signal (USSB)
• Sinyal yang memiliki nilai spektrum nol untuk | f | < |fc|, dimana fc adalah frekuensi carrier
• Lower Single Side Band Signal (LSSB)
• Sinyal yang memiliki nilai spektrum nol untuk | f | > |fc|
• Proses pembentukan sinyal SSB dapat dilakukan dengan beberapa cara : • Filtering method • Phasing method • Weaver’s Method
Filter Method m(t)
Product Modulator
BPF Upper/Lower
Sinyal SSB
Oscillator f=fc
• Filter method / Frequency Discrimination Method • Side band yang diinginkan berada dalam passband filter dan yang tidak diinginkan berada dalam stopband filter • Karakteristik filter yang tidak ideal dapat menyebabkan pemotongan side band yang tidak sempurna
Phasing Method m(t) = Am cos ωmt X
m(t)
+
Ac cos ωct
∑
Am cos ωmt Pergeseran Phasa 900
m(t)’ = Am sin ωmt
x(t)
X
y(t)
S(t) Sinyal SSB
Ac sin ωct Oscillator f=fc
Pergeseran Phasa 900
• Upper Side Band Signal : s(t) = x(t) – y(t) • Lower Side Band Signal : s(t) = x(t) + y(t)
Phasing Method • Phasing method merupakan salah satu metoda pembentukan modulasi SSB dengan melakukkan pergeseran Phasa sebesar 900 pada sinyal informasi dan sinyal carrier. Pergeseran phasa dilakukan dengan tujuan agar pada rangkaian penjumlah sinyal, sinyal yang tidak diinginkan akan saling meniadakan sehingga yang terkirim hanya satu side band yang diinginkan saja, yaitu USB atau LSB. • X(t) = AcAm cos (ωct) cos (ωmt) = (AcAm / 2) {cos (ωct + ωmt) + cos (ωct - ωmt) • Y(t) = AcAm sin (ωct) sin (ωmt) = (AcAm / 2) {cos (ωct ωmt) - cos (ωct + ωmt)
• Jika ingin mengirimkan Upper Side Band maka siynal X(t) – Sinyal Y(t) : • SUSB
= X(t) – Y(t) = AcAm cos (ωct + ωmt)
• Jika ingin mengirimkan Lower Side Band maka siynal X(t) + Sinyal Y(t) : • SUSB
= X(t) + Y(t) = AcAm cos (ωct - ωmt)
Weaver’s Method Masukan audio
m(t)
(wo+90)±wm
Mod Balans 1
(wo+90)-wm LPF Audio
Wo+90
wc
Pergeseran Phasa 90
(wc+wo-wm)+90 (wc-wo+wm)-90
Oscillator Pembawa RF
wo
wc
Oscillator Pembawa Audio
Pergeseran Phasa 90
wo Mod Balans 2 wo±wm
Mod Balans 3
wc+90
LPF Audio
Mod wo-wm Balans 4
•
Untuk Upper Side Band : output Modulator Balans 3 dijumlahkan dengan output Modulator Balans 4
•
Untuk Lower Side Band : input Modulator Balans 3 dipertukarkan dengan input Modulator Balans 4 kemudian output masing-masing modulator balans tersebut dijumlahkan
Rangkaian Penjumlah
s(t)
(wc+wo-wm)+90 (wc-wo+wm)+90
Kelebihan dan Kekurangan SSB • Kelebihan: • • • •
Menggunakan spectrum yang sedikit (1/2). Menggunakan daya yang rendah Noise yang kecil karena BW yang sempit Less selective fading terhadap sinyal SSB untuk long distance • Perlakuan yang berbeda dari ionosfer
• Kekurangan: • Recover sinyal informasi (demodulasi) membutuhkan rangkaian yang lebih kompleks. • Sinyal carrier harus degenerate di receiver. • Demodulasi memobutuhkan sinyal carrier.
SSB Power • Efisiensi power antara SSB dan AM = 4 : 1 • Transmitter output : Peak Envelope Power (PEP)
• Daya rata-rata biasanya 1/3 atau ¼ dari PEP.
Contoh • Sebuah transmitter SSB memiliki 24 V power supply. Arus pada saat puncak sinyal suara adalah 9.3 A. Tentukan (a) PEP dan (b) rata-rata daya yang digunakan.
Demodulasi SSB SSSB SC
X(t)
LPF
Y(t)
Ac cos ω ct
• Jika yang dikirimkan USB maka demodulasi : = { Am cos (ωct + ωmt) } Ac cos (ωct ) = (Am / 2) {cos (2ωct + ωmt ) + cos ( ωmt ); (di inputkan ke LPF) Y(t) = (Am) cos ( ωmt ) Jika yang dikirimkan LSB maka demodulasi : Dengan cara yang sama seperti diatas maka didapatklan sinyal hasil demodulasi : = Am cos ( ωmt )
LINEAR MODULATION:SSB Demodulasi : Pengaruh Beda Fasa • Jika tidak terdapat beda phasa (φ = 0)maka sinyal hasil demodulasi yang diperoleh akan maksimal (proporsional dengan sinyal informasi awal ) yaitu sebesar : (Ac2 Am / 2) cos ωmt = (Ac2 /2) m(t) • Jika terdapat beda phasa maka sinyal hasil demodulasi akan mengalami distrosi fasa terhadap sinyal informasi awalnya, dimana setiap komponen frekuensi dari sinyal informasi asli akan mengalami pergeseran fasa • Distrosi phasa untuk komunikasi suara dapat ditoleransi karena pendengaran manusia relatif tidak sensitif terhadap distorsi phasa. Tetapi untuk pentransmisiaan sinyal video dan music hal ini sama sekali tidak dapat diterima.
Aplikasi DSB dan SSB • DSB • transmisi informasi warna pada gambar TV.
• SSB : • Two-way radio (marine application, military communication, dan radio amatir /ham)
Vestigial Side Band (VSB) • Pada beberapa aplikasi tertentu, spt televisi teknik DSB terlalu lebar mengambil bandwidth transmisi dan teknik SSB terlalu mahal untuk diimplementasikan meskpiun hanya menggunakan bandwidth sebesar fm (1/2 bandwidth DSB) • Kompromi antara DSB dan SSB menimbulkan teknik VSB • VSB diperoleh dengan penekanan partial dari satu side band DSB
• Sinyal DDSB diredam dengan menggunakan Filter bandpass yang disebut Vestigial Side Band Filter
Pembuatan Sinyal VSB • Sinyal VSB dapat dibangkitkan dengan proses seperti terlihat pada diagram blok berikut m(t )
VSB FILTER
2 cos c t
X VSB (t )
Spektrum VSB X VSB ( )
c
c
Dalam VSB, sebagian (vestige) komponen bidang sisi bawah (LSB) ikut ditransmisikan bersama komponen bidang sisi atas (USB) dan komponen pembawa. Hal ini dimaksudkan untuk menjamin bahwa komponen USB termasuk pembawa video benar-benar ditransmisikan secara keseluruhan. Disamping itu juga didapatkan penghematan daya dan lebar bidang jika dibandingkan dengan transmisi DSB
Demodulasi sinyal VSB • Sinyal VSB dapat didemodulasi dengan cara synchronous detection X VSB (t )
y (t ) LPF
cos c t
