TEKNIK MODULASI DIGITAL LINEAR
I. Teknik Modulasi Dalam pengiriman sinyal pada sistem selular adalah berupa pengiriman sinyal baseband
(sekumpulan
data
biner
yang
tidak
dapat
secara
langsung
ditransmisikan ke kanal sistem radio. Harus diubah dahulu menjadi sinyal bandpass, maka diperlukan sistem Modulasi untuk merubah sinyal tersebut. Sehingga Modulasi dapat diartikan sebagai proses pengubahan sinyal baseband menjadi sinyal bandpass atau lebih jelasnya Modulasi adalah proses perubahan (varying) suatu gelombang periodik sehingga menjadikan suatu sinyal mampu membawa suatu informasi. Secara singkat prinsip kerja modulasi diperlihatkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Blok Diagram Prinsip Keja Modulasi
Dengan proses modulasi, suatu informasi (biasanya berfrekeunsi rendah) bisa dimasukkan ke dalam suatu gelombang pembawa, biasanya berupa gelombang sinus berfrekuensi tinggi. Terdapat tiga parameter kunci pada suatu gelombang
1
2
sinusiuodal yaitu : amplitudo, fase dan frekuensi. Ketiga parameter tersebut dapat dimodifikasi sesuai dengan sinyal informasi (berfrekuensi rendah) untuk membentuk sinyal yang termodulasi. Maka hasil sinyal termodulasi, biasa dinyatakan dalam persamaan :
Ec(t) = Ec sin (ω ct + θ ) dimana, Ec(t) merupakan sinyal termodulasi Ec merupakan nilai besar amplitude dari sebuah sinyal
ω ct merupakan nilai frekuensi sebuah sinyal θ merupakan nilai fasa dari sebuah sinyal Klasifikasi dari teknik modulasi terlihat pada Gambar 2 berikut ini.
(1.1)
3
Gambar 2. Klasifikasi Teknik Modulasi
Peralatan untuk melaksanakan proses modulasi disebut modulator, sedangkan peralatan untuk memperoleh informasi informasi awal (kebalikan dari dari proses modulasi) disebut demodulator dan peralatan yang melaksanakan kedua proses tersebut disebut modem. Informasi yang dikirim bisa berupa data analog maupun digital sehingga terdapat dua jenis modulasi yaitu : •
Modulasi analaog
Dalam modulasi analog, proses modulasi merupakan respon atas informasi sinyal analog. Dapat dilihat pada Gambar 3, sinyal termodulasi dari proses modulasi analog.
4
Gambar 3. Bentuk Sinyal Hasil Modulasi Analog
Teknik umum yang dipakai dalam modulasi analog : Modulasi berdasarkan sudut ▫
Modulasi Fase (Phase Modulation - PM)
▫
Modulasi Frekuensi (Frequency Modulatio - FM)
Modulasi Amplitudo (Amplitudo Modulation - AM) ▫
Double-sideband modulation with unsuppressed carrier (used on the radio AM band)
▫
Double-sideband suppressed-carrier transmission (DSB-SC)
▫
Double-sideband reduced carrier transmission (DSB-RC)
5
▫
Single-sideband modulation (SSB, or SSB-AM), very similar to singlesideband suppressed carrier modulation (SSB-SC)
•
▫
Vestigial-sideband modulation (VSB, or VSB-AM)
▫
Quadrature amplitude modulation (QAM)
Modulasi Digital
Dalam modulasi digital, suatu sinyal analog di-modulasi berdasarkan aliran data digital. Perubahan sinyal pembawa dipilih dari jumlah terbatas simbol alternatif. Agar lebih jelas untuk modulasi digital dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Bentuk Sinyal Hasil Modulasi Digital
Teknik yang umum dipakai adalah :
6
▫
Phase Shift Keying (PSK), digunakan suatu jumlah terbatas berdasarkan fase.
▫
Frekeunsi Shift Keying (FSK), digunakan suatu jumlah terbatas berdasarkan frekuensi.
▫
Amplitudo Shift Keying (ASK), digunakan suatu jumlah terbatas amplitudo.
Keuntungan utama yang diperoleh dalam teknik modulasi, pada sistem komunikasi adalah : •
Memungkinkan pengiriman sinyal lemah dengan membonceng gelombang pembawa yang berdaya tinggi (dapat diatur).
•
Reduksi ukuran antena karena pengiriman sinyal dilakukan melalui gelombang pembawa yang memiliki frekuensi tinggi.
•
Memungkinkan pengaturan dan alokasi daerah frekuensi terpisah bagi penyaluran sejumlah sinyal secara serempak melalui sebuah medium yang sama.
•
Memungkinkan pergeseran frekuensi sinyal kepada daerah frekuensi yang lebih mudah diolah oleh peralatan tersedia.
II. Teknik Modulasi Digital Linear
7
Yang dimaksud dengan teknik modulasi digital linear adalah dimana jika hubungan input-outputnya memenuhi prinsip superposisi : –
keluaran yg dihasilkan dari beberapa input yang simultan sama dengan jumlah keluaran dari masing-masing input
–
Jika input dikalikan dengan suatu konstan maka outputnya juga persis sama terkalikan dengan konstanta tsb
–
Amplitudo dari sinyal yang di transmisikan bervariasi scr linier thd digit sinyal pemodulasi.
Yang merupakan dalam kelompok teknik modulasi linear adalah teknik modulasi Phase Shift Keying (PSK) merupakan modulasi yang menyatakan sinyal digital 1 sebagai suatu nilai tegangan tertentu dengan beda fasa tertentu pula (misalkan tegangan 1 volt dengan beda fasa 0 derajat), dan sinyal digital 0 sebagai suatu nilai tegangan tertentu (yang sama dengan nilai tegangan sinyal PSK bernilai 1, misalnya 1 volt) dengan beda fasa yang berbeda (misalnya beda fasa 180 derajat). Yang merupakan dari teknik modulasi digital linear adalah : II.I BPSK BPSK yaitu Binary Phase Shift Keying merupakan Teknik modulasi dimana fase dari sinyal carrier di ubah-ubah diantara 2 nilai yang sesuai dengan 2 sinyal yang mewakili biner 1 dan 0 dengan beda fase keduanya sebesar 180°.
8
Pada Gambar 5 terlihat prinsip kerja modulator BPSK.
Gambar 5. Prinsip Kerja Modulator BPSK
Dari cara kerja modulasi BPSK, maka akan dihasilkannya sinyal termodulasi dengan persamaan sebagai berikut :
Gambar 7. Persamaan Sinyal Termodulasi dari BPSK
Dari persamaan tersebut, maka akan dihasilkan sinyal sebagai berikut :
9
Gambar 8. Sinyal Termodulasi BPSK
Untuk menghitung bit tingkat kesalahan atau Bit Error Rate (BER) data yang terjadi dalam teknik modulasi BPSK, dapat menggunakan rumus :
dimana Pe adalah nilai bit error rate Q merupakan function-Gaussian sinyal informasi Eb adalah energy bit dari pengiriman data No merupakan noise yang terjadi
10
Terjadinya error atau tidak, dapat terdeteksi dalam simulasi sistem teknik modulasi BPSK menggunakan software Matlab. Dapat dilihat pada diagram konstelasi yang dihasilkan dari simulasi. Sebagai contoh dapat terlihat pada Gambar 9.
Gambar 9. Konstelasi BPSK
II.II DPSK DPSK yaitu Differential Phase Shift Keying, hamper serupa dengan teknik modulasi BPSK. Hanya saja dalam DPSK, runtun biner mk pertama-tama dikodekan secara diferensial (dihasilkan dk) kemudian dimodulasi menggunakan modulator BPSK. Pada Gambar 10. dapat dilihat bagaimana caa kerja dari teknik modulasi DPSK.
11
Gambar 10. Modulator DPSK
Dari modulator tersebut dapat dihasilkan runtun bit atau output dari DPSK. Sebagai contoh dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Runtun Bit DPSK
{mk}
1
0
0
1
0
1
1
0
{dk-1}
1
1
0
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
1
{dk}
1
Runtun bit pada Tabel 1 diperoleh menggunakan rumus :
Sehingga akan dihasilkan sinyal termodulasi sebagai berikut, yang terlihat pada Gambar 11.
12
Gambar 11. Sinyal Termodulasi DPSK
Dimana terlihat bahwa teknik modulasi DPSK, perubahan fasa terjadi ketika bit selanjutnya adalah bit 1. Sedangkan jika bit selanjutnya adalah bit 0, tidak terjadi perubahan fasa. Sehingga teknik modulasi DPSK ini lebih efisien bandwidth dibandingkan dengan teknik modulasi BPSK. Karena terjadinya perubahan fasa lebih sedikit. Sedangkan untuk mengetahui besar nilai bit error rate (BER) pada modulasi DPSK menggunakan persamaan :
II.III QPSK QPSK yaitu Quadrature Phase Shift Keying, dimana teknik modulasi yang memiliki empat titik pada diagram konstelasi. Dalam teknik modulasi QPSK dapat mengkodekan 2 bit per simbol/ setiap simbol dapat mewakili dua bit sekaligus. Berikut langkah – langkah penentuan sinyal modulasi QPSK :
13
–
Bit pertama digunakan untuk memodulasi BPSK carier in-phase
A
cos (2pfct) –
Bit kedua digunakan untuk memodulasi BPSK carrier quadrature A sin (2pfct)
–
Kedua tegangan sinyal BPSK in-phase dan quadrature dijumlahkan untuk membentuk sinyal QPSK
–
Perubahan simbol terjadi setiap pemrosesan dua-bit ----> Symbol Interval = 2 x Bit Interval
Untuk lebih jelasnya dari prinsip kerja teknik modulasi QPSK, dapat dilihat pada Gambar 12. Dimana untuk data yang dikirm, dipecah menjadi dua bagian yaitu Inphase dan Quadratue. Untuk Inphase akan dikalikan dengan cos 2π fct dan untuk Quadrature akan dikalikan dengan cos 2π fct ditambah 900. Maka tiap simbol akan memiliki perbedaan fasa 900.
Gambar 12. Modulator QPSK
14
Maka sinyal termodulasi QPSK dapat dinyatakan menggunakan persamaan : 00 = Xo = A cos (2π ft) 01 = X1 = A cos (2π ft+900) 10 = X2 = A cos (2π ft+1800) 11 = X3 = A cos (2π ft+2700)
Gambar 13. Sinyal Termodulasi QPSK
Dari persamaan – persamaan diatas, dapat di ilustrasikan dari sinyal termodulasi QPSK, yang tampak pada Gambar 13.
15
Gambar 14. Konstelasi QPSK
Sedangkan untuk melihat ada terjadinya error atau tidak, dapat terdeteksi dalam simulasi sistem teknik modulasi QPSK menggunakan software Matlab. Dengan menggunakan persamaan berikut ini, dapat mengetahui besar nilai bit error rate (BER) yang terjadi :
Dapat dilihat pada diagram konstelasi yang dihasilkan dari simulasi. Sebagai contoh dapat terlihat pada Gambar 14. II.IV OQPSK OQPSK adalah Offset Quadrature Phase Shift Keying. Pada sistem modulasi Offset Quadrature Phase Shift Keying, sinyal quadrature BPSK diperlambat satu bit interval relatif terhadap sinyal In-phase BPSK. Untuk mendapatkan sinyal
16
Offset Quadrature Phase Shift Keying, pada pembangkitan dikanal quadrature, bit yang masuk didelay selama 0,5 Tb. Dengan demikian transisi simbol kedua sinyal BPSK tidak pernah terjadi pada saat yang sama , sehingga tidak pernah terjasi loncatan fasa sebesar 180 derajat maka tidak akan ada “carrier null”. Pada teknik modulasi Offset QPSK memiliki keuntungan lebih efisien bandwidth dibandingkan dengan teknik modulasi QPSK Maka dapat dilihat dari sinyal termodulasi OQPSK pada Gambar 15.
Gambar 15. Sinyal Temodulasi OQPSK Karena dalam sinyal QPSK ideal akan memiliki amplituda konstan, tetapi dalam prakteknya dibatasi spektrumnya oleh filter bandpass, sehingga terjadi variasi amplituda. Apabila terjadi transisi fasa 180 derajat, hal ini akan menyebabkan gejala carrier-null. Dan untuk konstelasi OQPSK dapat dilihat pada Gambar 16
17
Gambar 16. Konstelasi OQPSK
II.V π /4 QPSK π /4 QPSK yaitu π /4 Quadrature Phase Shift Keying, π /4 QPSK menggunakan dua perbedaan fasa yang diputar sebesar 45° terhadap satu sama lain. Biasanya, baik genap atau ganjil simbol yang digunakan untuk memilih perbedaan fasa ini. Hal ini juga mengurangi pergeseran fasa maksimum 180 °, tetapi nilai maksimum pergeseran fasa hanya 135 ° dan sehingga fluktuasi amplitudo π / 4-QPSK adalah antara OQPSK dan non-offset QPSK. Pada π/4 QPSK fasa sinyal carrier yang digunakan diambil dari dua gambar konvensional pada Gambar 17 (gambar kiri dan kanan). Sehingga ada 8 kemungkinan fasa.
18
Gambar 17. Pergesean Fasa pada Modulasi π/4 QPSK
Teknik modulasi ini hamper serupa dengan teknik modulasi QPSK. Hanya dalam teknik modulasi ini tidak dimungkinkan perubahan fasa sebesar 1800, sehingga lebih efisien terhadap bandwidth. Maka sinyal yang dihasilkan pada teknik modulasi ini, dapat dilihat pada Gambar 18.
Gambar 18. Sinyal Termodulasi π/4 QPSK
19
Sedangkan untuk melihat ada terjadinya error atau tidak, dapat terdeteksi dalam simulasi sistem teknik modulasi π/4 QPSK menggunakan software Matlab.Untuk konstelasi π/4 QPSK, dapat dilihat pada Gambar 19
Gambar 19. Konstelasi π/4 QPSK
III.Teknik Modulasi pada Sistem Selular Pada suatu sistem komunikasi suatu waktu dapat berupa sistem yang dibatasi daya (power limited) dilain pihak dapat berupa sistem yang dibatasi bandwidth (badnwidth limited). Pada sistem power limited, teknik modulasi yang dipergunakan memiliki efisiensi daya yang tinggi dengan bandwidth sinyal yang masih besar. Sedangkan pada bandwidth limited, menggunakan teknik modulasi dengan bandwidth yang sempit tetapi memiliki daya yang besar. Dalam sistem selular pemilihan modulasi berdasarkan Power Efficiency dan Bandwidth Efficiency.
20
Oleh karena itu teknik modulasi yang sering dipergunakan dalam sistem komunikasi baik wireline maupun wireless berdasarkan ketiga parameter tersebut adalah: •
Modulasi pergeseran frekwensi atau frequency shift keying ((FSK)
•
Modulasi pergeseran amplitudo atau amplitude shift keying (ASK)
•
Modulasi pergeseran fasa atau phase shift keying (PSK)
Jenis Modulation yg dipergunakan pada sistem selular •
ANALOG Modulation Selular ( Generasi Pertama) ▫
Speech Modulation : FM
▫
Signaling Modulation : Direct FSK (AMPS, NAMPS,TACS dan C450) dan Audio FFSK (NMT 450 dan NMT 900)
• ▫
DIGITAL Modulation Selular (Generasi Kedua)
GMSK : (GSM, DCS 1800 dan PCS 1900) ▫
DQPSK : Pi/4 DQPSK (Differensial Quadrature Phase Shift
Keying) dipergunakan pada sistem :D-AMPS, IS-54, IS-136, dan Japan PDC ▫
QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) : (CDMA , IS-95
(BPSK)) ▫ •
GFSK : (CT-2, DECT,DCS-900)
Broadband Wireless ( Generasi Ketiga )
21
▫
Data modulation : BPSK (Binary Phase Shift Keying)
dipergunakan pada
W-CDMA Forward-QPSK dan Reverse-BPSK
(CDMA 2000) ▫
Spreading : Complex Orthogonal QPSK (W-CDMA, CDMA
2000, serta 3G) utk downlink serta BPSK utk uplink. •
Generasi ke Empat ▫
Standar Europe (ETSI) : GMSK (Gausian Minimum Shift Keying)
▫
Nort America (TIA) : Pi/4 DPSK (Differensial Phase Shift Keying)
▫
Japan (MPT) : Pi/4 DPSK
22
DAFTAR PUSTAKA 1.
Theodore S. Rappaport, “Wireless Communication”, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc, New York, 1996
2.
Wibisono Gunawan, “Konsep Teknologi Selular, Informatika, Bandung, 2008
3.
“Phase Shift Keying”, URL : http://id.wikipedia.org/wiki/PSK.htm
4.
“Offset QPSK”, URL : http://images.google.co.id/imgres.htm
5.
“Differential PSK”, URL : http://images.google.co.id/imgres.htm
6.
“Modulasi
pada
Selular”,
URL
:
http://www.mobilecomms-
technology.com/projects/Modulasi pada Selular/ 7.
“Teknik Modulasi”, URL : http://en.wikipedia.org/wiki/teknikmodulasi.htm
