Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 2, Nomor 1, Oktober 2006
ISSN : 1858-3709
PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI TEKNIK MODULASI DIGITAL MENGGUNAKAN BINARY PHASE SHIFT KEYING (BPSK) Yulindon 1) Afrizal Yuhanef 1) Rika Anosa 2) Temisia Ruza 2) ABSTRACT The Binary Phase Shift Keying (BPSK) is one of most popular kind of digital modulation on digital transmission techniques. This technique is easy to understand and has simple circuit. BPSK has wide application on digital transmission, such as improving the audio quality on radio broadcasting where static disturbance and noise which found on AM (amplitude modulation) and FM (frequency modulation) system can be minimized. The audio signal is converted to binary on PCM (pulse code modulation) then will be digitally modulated before transmission. There are two possible of output phase on BPSK which carrying information. The first output phase (for example 0o) represents logic 1 and the second output phase (for example 180o) represents logic 0. According o o to the change of digital input signal will result in phase shifting on the output which separated 180 (180 out of phase). Keywords: digital modulation, digital transmission, phase shift
I. PENDAHULUAN Teknologi
(AT&T) pada tahun 1960 memperkenalkan telekomunikasi
berperan
Pulse Code Modulation (PCM) sebagai suatu
sangat penting dalam menghadapi persaingan
sarana
ataupun kompetisi di berbagai sisi kehidupan
pentransmisian sinyal pada kabel. Setelah itu
guna mendapatkan informasi secepat dan
maka penerapan transmisi digital berkembang
seakurat mungkin. Selanjutnya teknologi ini
semakin pesat dan dramatis. [1]
juga amat bermanfaat dalam peningkatan
untuk
meningkatkan
Penerapan
transmisi
kemampuan
digital
sangat
pengetahuan dan pendidikan suatu bangsa.
luas, seperti peningkatan mutu suara pada
Perkembangan dunia telekomunikasi dalam
siaran radio, gangguan statis dan noise seperti
beberapa dekade terakhir ini berlangsung
yang terdapat pada AM dan FM selama ini
begitu pesat dan telah merambah ke seluruh
dapat ditekan, dimana sinyal suara dirubah
belahan bumi sehingga seolah tidak ada
menjadi bentuk biner pada PCM kemudian
pembatas antara satu tempat dengan tempat
dimodulasi secara digital untuk dipancarkan. [2]
lainnya, walaupun dipisahkan oleh pulau, lautan bahkan
benua,
dimana
teknologi
yang
Transmisi peranannya
dalam
digital
sangat
penting
perkembangan
jaringan
digunakan telah berkembang dari cara-cara
komputer, sehingga komunikasi antar komputer
yang
yang
tidak lagi digunakan dalam jarak dekat, namun
modern. Transmisi digital telah menggantikan
semenjak penggunaan modem sebagai sarana
transmisi analog sebagai pilihan yang banyak
transceiver (transmitter dan receiver) maka
digunakan untuk fasilitas transmisi baru, hal ini
hubungan komputer dapat mencapai jarak yang
disebabkan transmisi digital memungkinkan
cukup jauh. Sebagai contoh melalui jaringan
pemrosesan sinyal yang lebih mudah, kualitas
telepon,
transmisi yang lebih baik serta lebih kebal
komputer (digital) menjadi sinyal analog yang
terhadap noise (gangguan). Perubahan ini
dimodulasi secara digital. Kemudian sinyal
tradisional
menuju
cara-cara
modem
diawali saat American Telephone & Telegraph 1) 2)
Staf Pengajar Jurusan Elektro Politeknik Negeri Padang Mahasiswa Program Studi Telekomunikasi, Jurusan Elektro Politeknik Negeri Padang
mengolah
sinyal
output
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 2, Nomor 1, Oktober 2006 analog
tersebut
ditransmisikan
melalui
hubungan telepon. [2]
ISSN : 1858-3709
fading (perubahan). Ketika komunikasi radio diinginkan
kita
harus
mempertimbangkan
Binary Phase Shift Keying (BPSK)
karakteristik antena. Antena adalah narrow
merupakan jenis modulasi digital yang paling
band device (perangkat berjalur sempit) yang
populer
frekuensi
dalam
tekniknya
transmisi
mudah
untuk
digital,
karena
dipahami
dan
kerjanya
berhubungan
dengan
dimensi fisiknya. Jika diinginkan transmisi data
rangkaiannya tidak terlalu rumit. Sementara itu
menggunakan
Laboratorium Komunikasi Digital pada Program
mempertimbangkan
Studi Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri
kanal tidak dapat mengirimkan sinyal arus
Padang juga belum memiliki modul ataupun
searah (direct current, dc) dan sinyal frekuensi-
percobaan yang spesifik mengenai BPSK,
frekuensi rendah karena adanya transformator-
sehingga
mengenai
transformator pada lintasan transmisi. Suatu
teknologi modulasi digital secara praktis juga
fading channel adalah salah satu kanal yang
masih
amplitudo sinyal terimanya berubah terhadap
wawasan
terbatas.
modulasi
mahasiswa
Modul-modul
digital
ada
fakta
kita
bahwa
perlu
seringkali
waktu karena terdapat variasi-variasi pada
menggunakan teknik ASK (amplitude shift
media transmisi. Dalam hal ini penggunaan FM
keying), FSK (frequency shift keying) dan PSK
sangat bermanfaat karena relatif tidak sensitif
(phase
terhadap perubahan amplitudo. [4]
keying)
telah
telepon,
adalah
shift
yang
percobaan
kanal
dimana
semuanya
merupakan produk buatan Lucas Nulle. Belum
Pada
situasi
ini
diperlukan
suatu
ada modul percobaan modulasi digital yang
modulator pada sisi kirim dan pada penerima
diperoleh dari hasil hasil studi dan perancangan
diperlukan demodulator untuk mendapatkan
yang
maupun
kembali (recover) sinyal dasarnya (baseband
mahasiswa, dimana jika hal ini dapat dilakukan
signal). Kombinasi modulator dan demodulator
akan berdampak positif pada keberlanjutan
ini dikenal sebagai MODEM. BPSK merupakan
(sustainability) fasilitas praktikum mahasiswa
salah satu teknik modulasi/demodulasi yang
secara umum.
dapat digunakan sebagai MODEM. [4]
dilakukan
oleh
dosen
Dalam II. TINJAUAN PUSTAKA
membedakan
Dalam memenuhi kebutuhan transmisi sinyal penumpangan gelombang biner pada suatu
sinyal
menggunakan phase
carrier
(pembawa)
amplitude
modulation
(PM)
dapat
modulation atau
(AM),
frequency
modulation (FM). Kombinasi sistem AM-PM seperti quadrature amplitude modulation (QAM) sering digunakan. [4] Pemilihan
antara
analog modulasi
kita
sulit
frekuensi
dengan modulasi fase, sehingga keduanya dikatagorikan sebagai hal yang sama karena keduanya memiliki pengaruh yang sama pada sinyal carrier yaitu perubahan frekuensi sesuai dengan variasi amplitudo sinyal informasi yang memodulirnya.
Sedangkan
dalam
kasus
modulasi digital perbedaan antara frekuensi modulasi dengan fase modulasi cukup jelas,
jenis
modulasi
yang
digunakan ditentukan oleh penerapan yang diinginkan termasuk juga oleh karakteristik kanal seperti bandwidth yang tersedia dan kerentanan
modulasi
(susceptibility)
kanal
terhadap
karena dalam modulasi digital sinyal informasi memiliki bentuk gelombang diskrit. Seperti dalam hal modulasi amplitudo dan modulasi frekuensi, kita memulai dengan sinyal carrier
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 2, Nomor 1, Oktober 2006
ISSN : 1858-3709
(pembawa) sinusoida yang memiliki bentuk
fase pada output carrier bergeser diantara dua
dasar A cos [(t)]. Dengan adanya proses
sudut yang keduanya terpisah 180o (180o out of
modulasi pada fase gelombang carrier tersebut
phase). Nama lain untuk BPSK adalah phase
yaitu dengan sistem phase shift keying (PSK)
reversal keying (PRK) dan biphase modulation.
nilai (t) adalah 2f c + (t). Dalam hal ini nilai
BPSK adalah suatu bentuk suppresed carrier
(t) memberikan pengertian bahwa fase dari
(carrier
gelombang
dan
minimum), square wave (gelombang kotak)
mengandung informasi sesuai dengan input
memodulasi suatu sinyal continuous wave
dari sinyal baseband (dasar) pemodulasinya.
(gelombang kontinyu) atau CW.[5]
tersebut
termodulasi
[5]
yang
diturunkan
levelnya
sampai
Pemancar BPSK Gambar 1 menunjukkan suatu diagram
Binary Phase Shift Keying (BPSK) Dalam
binary
phase
shift
keying
blok
sederhana sebuah
modulator
BPSK.
(BPSK), dua output fase yang mungkin akan
Balanced modulator bekerja seperti suatu
keluar
(“binary”
switch pembalik fase. Tergantung pada kondisi
dimaksudkan disini “2”). Satu fase output (0o
logic pada input digital, carrier yang ditransfer
misalnya) mewakili suatu logika 1 dan yang
ke output pada kondisi inphase (0o) atau
lainnya (misalnya 180o) logika 0. Sesuai
bergeser
dengan perubahan keadaan sinyal input digital,
referensi.
dan
membawa
informasi
180o
dengan
carrier
oscillator
Gambar 1 Modulator BPSK [5]
Gambar
2a
menunjukkan
diagram
skematik pada suatu balanced ring modulator. Balanced modulator memiliki dua input: suatu
carrier yang sefase dengan osilator referensi dan data digital biner.
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 2, Nomor 1, Oktober 2006
ISSN : 1858-3709
Gambar 2 Skema Balanced Modulator [5]
Bagi
balanced
modulator
agar
tegangan carrier yang melalui T1. Sebagai
beroperasi secara wajar, tegangan input digital
konsekuensinya, sinyal output adalah sefase
harus jauh lebih besar dibanding puncak
dengan carrier oscillator.
tegangan carrier. Ini menunjukkan bahwa input
Jika input biner adalah suatu logika 0
digital mengontrol keadaan on/off pada diode
(tegangan negatif), diode D1 dan D2 di reverse
D1-D4. Jika input biner adalah suatu logika 1
bias dan ‘off’, sedangkan D3 dan D4 di forward
(tegangan positif), diode D1dan D2 di forward
bias dan ‘on’ seperti pada Gambar (2c).
bias dan ‘on’, sedangkan D3 dan D4 di reverse
Sebagai hasilnya, tegangan carrier dibentuk
bias dan ‘off’ Gambar (2b). Dengan polaritas
melintasi transformer T2 berbeda fase180
yang ditunjukkan, tegangan carrier dibentuk
dengan tegangan osilator referensi.
melalui
transformer
T2
sefase
o
dengan
Gambar 3 Fase output sebagai fungsi waktu pada sistem BPSK [5]
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 2, Nomor 1, Oktober 2006
ISSN : 1858-3709
komplek
Penerima BPSK Gambar 4 menunjukkan blok diagram pada suatu penerima BPSK atau dalam literatur
yang
didemodulasi.
Secara
matematis, proses demodulasi adalah sebagai berikut.
lain menyebutkannya sebagai BPSK koheren.
Untuk sinyal input pada demodulator
Sinyal input mungkin berupa +sin 2f c t atau –sin
BPSK adalah +sin 2f c t (logika 1), output dari
2f c t. Rangkaian carrier coherent recovery
balanced modulator adalah :
mendeteksi dan membangkitkan ulang sebuah
output = (sin 2f c t) x (sin 2f c t) =sin22f c t
sinyal carrier yang baik frekuensi maupun
atau
fasenya benar-benar sama dengan carrier asli
sin22f c t = ½ (1- cos 4If c t) = ½ - ½ cos 4f c t
yang dikirimkan. Balanced modulator adalah
output = + ½ V dc = logika 1
sebuah
Keterangan:
detektor
produk;
outputnya
adalah
produk dari dua input (sinyal BPSK dan recovered
carrier).
Low-pass
filter
(LPF)
fc t
= frekuensi pembawa /carrier (hertz) = waktu dalam detik
memisahkan data biner tercover dari spektrum
Gambar 4 Demodulator BPSK [5]
Tampak bahwa output pada balanced
Output
pada
balanced
modulator
modulator tersusun dari sebuah tegangan dc
tersusun dari sebuah tegangan dc positif (-½
positif (½ Volt) dan sebuah gelombang cosinus
Volt) dan sebuah gelombang cosinus dengan
dengan frekuensi dua kali frekuensi carrier
frekuensi dua kali frekuensi carrier (4f c t). LPF
(4f c t). LPF memiliki frekuensi cut off jauh lebih
memiliki frekuensi cut off jauh lebih rendah dari
rendah dari 4f c t sehingga harmonisa kedua
4f c t sehingga harmonisa kedua pada carrier
pada carrier dan melewatkan komponen dc
dan melewatkan komponen dc negatif. Sebuah
positif. Sebuah tegangan dc positif mewakili
tegangan dc negatif mewakili sebuah logic 0
sebuah logic 1yang didemodulasi.
yang didemodulasi.
Sedang untuk sinyal input BPSK -sin2f c t (logika 1), output dari balanced modulator adalah : output = (-sin 2f c t) x (sin 2f c t) = - sin22f c t atau - sin22f c t = -½ (1- cos 4f c t) = - ½ + ½ cos 4f c t output = - ½ V dc = logika 0.
III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN Kegiatan
penelitian
melakukan
rancang
komunikasi
digital
bangun melalui
ini
bertujuan
suatu
sistem
pemancar
dan
penerima modulasi digital dengan teknik Binary Phase Shift Keying (BPSK) Sementara itu dengan adanya kegiatan ini diharapkan memberikan manfaat positif
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 2, Nomor 1, Oktober 2006
ISSN : 1858-3709
berupa pemahaman mengenai teknik-teknik
elektronis yang sesuai, termasuk survey
perancangan sistem pemancar dan penerima
ketersediaan komponen
BPSK,
beserta
langkah-langkah
untuk
Pembelian atau pengadaan komponen dan
-
mengukur dan menganalisa kinerja sistem
infrastruktur
BPSK. Di samping itu hasil penelitian ini
membentuk sistem tersebut.
bermanfaat menambah materi praktikum pada
Pengerjaan
-
yang
fisik
diperlukan
berupa
untuk
pekerjaan
Laboratorium Komunikasi Digital Program Studi
elektronis dan mekanis perangkat yang
Teknik Telekomunikasi Jurusan Teknik Elektro
akan diwujudkan.
Politeknik Universitas Andalas Padang.
Ujicoba dan troubleshooting sistem untuk
-
menguji keberhasilan kerja sesuai dengan IV. METODE PENELITIAN Metode
yang
sasaran yang diinginkan. digunakan
dalam
Pembuatan laporan, dokumentasi dan serta
-
melaksanakan kegiatan penelitian ini adalah
evaluasi dan koreksi jika ada hal yang perlu
dengan langkah-langkah sebagai berikut: -
-
disempurnakan
Studi literatur dalam hal ini mempelajari karakteristik modulasi digital sebagai dasar
V. HASIL DAN PEMBAHASAN
pemahaman untuk perancangan sistem
a. Rangkaian Modulator BPSK
Melakukan analisa hasil studi beserta perencanaan
system
pemancar
dan
penerima BPSK dengan mencari rangkaian VDD 5V VDD
V2
1
T1
14
3V 60 Hz 0Deg 2
U1A
VDD 4
TS_POWER_VIRTUAL
1
0
2
13 VSS
Carrier
7
MC14016BD
5 8
14
Binary input U3A V1 30 Hz 5V
U1B
VDD
U3D
1
3
VCC 5VVCC74LS00D 6
2
13
74LS00D
BPSK output 7
VSS
U3C
7 9
0
VSS
74LS00D
VSS
0V
Gambar 5 Rangkaian modulator BPSK
MC14016BD
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 2, Nomor 1, Oktober 2006
ISSN : 1858-3709
b. Rangkaian demodulator BPSK
Gambar 6 Demodulator BPSK
c. Sinyal keluaran dari rangkaian modulator dan demodulator
BPSK
adalah
sebagaimana
gambar berikut
Gambar 9 Keluaran rectifier demodulator BPSK setelah proses filter
Gambar 7 Tampilan unput biner dan output BPSK
Gambar 10 Output demodulator setelah proses komparator BPSK Gambar 8 Masukan demodulator BPSK
Dari sinyal hasil keluaran baik pada setiap sub sistem
maupun
secara
keseluruhan
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 2, Nomor 1, Oktober 2006
ISSN : 1858-3709
sebagaimana pada lampiran, dapat dijelaskan
= ½ cos 2(60Hz – 30Hz)t – ½ cos
beberapa hal sebagai berikut:
2(60Hz + 30Hz)t
1. Transformator T1 berperan menghasilkan sinyal pembawa dengan 2 kondisi dimana
Dari sini didapatkan bahwa minimum lower side frequency adalah :
0
masing-masing sinyal berbeda fasa 180 satu sama lain.
Sedangkan maksimum upper side frequency
2. Susunan rangkaian gerbang NAND U3A, U3C
dan
menghasilkan
60Hz – 30Hz = 30Hz
U3D
berperan
sinyal
informasi
adalah :
untuk biner
(gelombang persegi) dengan 2 kondisi dimana masing-masing sinyal berbeda fasa
60Hz + 30Hz = 90Hz Besarnya minimum Nyquist bandwidthnya adalah: 90Hz -30Hz = 60Hz.
0
180 satu sama lain. 3. Rangkaian saklar U1A dan U1B berperan
Dokumentasi penelitian
dalam mekanisme keluaran yang sesuai dengan prinsip BPSK dimana keluaran sinyal carrier akan
sefasa dengan input
carrier saat informasi biner berlogika 0, sementara keluaran sinyal carrier akan berbalik fasa dengan input carrier saat informasi biner berlogika 1. 4. Proses demodulasi diawali dengan proses LPF yang mengambil komponen frekuensi rendah dari sinyal output modulator BPSK, seterusnya sinyal ini melewati rangkaian penyearah sehingga diperoleh sinyal sinus unipolar (satu arah), yang mana melalui rangkaian komparator diperbaiki menjadi sinyal persegi, agar dapat dikonversikan oleh inverter menjadi sinyal input biner (Gambar 10)
VI. KESIMPULAN DAN SARAN 6.1. KESIMPULAN
Perhitungan sederhana saat input 30 Hz, atau bit rate 30bps dan carrier 60 Hz
Berdasarkan
hasil
penelitian
ini
diperoleh
beberapa kesimpulan sbb 1. Modulasi BPSK ditandai dengan 2
Penyelesaian: Dari data diketahui bahwa fa = 30bps = 30 MHz dan fc = 60 MHz Dengan memasukkan nilai ini ke persamaan Output = (sin 2fat) x ( sin 2fct) = [sin 2(30 Hz)t] x [ sin 2(60 Hz)t]
kombinasi fasa output yang mewakili logika ‘1’ dan logika ‘0’ 2. Pada modulasi BPSK, sinyal output dapat dirubah dengan fasa yang satu sama lainnya berbeda 180
0
3. Untuk simulasi dengan sinyal carrier 60Hz dan informasi 30Hz diperoleh
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 2, Nomor 1, Oktober 2006
ISSN : 1858-3709
frekuensi sisi bawah minimum 30Hz,
DAFTAR PUSTAKA
dan frekuensi sisi atas maksimum
[1] David
90Hz,
sehingga
minimum
Nyquist
bandwidth sebesar 60Hz
Diperlukan studi komponen yang lebih intensif sebelum pelaksanaan pembuatan fisik sistem rangkaian untuk meyakinkan bahwa semua komponen yang dibutuhkan dapat disediakan.
Smith,
Digital
Transmission
System, Prentice Hall Inc, New Jersey, 1981 [2] Nonot
6.2. SARAN
R
H,
Rangkaian
dan
Sistem
Komunikasi, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya (PENS)-ITS, 1990 [3] Krauss, Solid State Radio Engineering, John Wiley & Sons, New York, 1980 [4] Taub-Schilling, Principle of Communication System, Mc Graw Hill Book Company, New York, 1986 [5] Wayne
Tomasi,
Advanced
Communication System,
Electronic
Mc Graw Hill
Book Company, New York, 1988
