TKE 2102
TEKNIK TELEKOMUNIKASI DASAR
Kuliah 3 – Modulasi Amplitudo
Indah Susilawati, S.T., M.Eng.
Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer Universitas Mercu Buana Yogyakarta 2009
BAB MODULASI
III AMPLITUDO
Tujuan Instruksional 1. Umum Setelah menyelesaikan mata kuliah ini, mahasiswa dapat menjelaskan prinsip-prinsip dasar telekomunikasi. 2. Khusus Setelah mengikuti kuliah ini mahasiswa dapat menjelaskan pengertian modulasi amplitudo, pembangkitan AM, indeks modulasi, spektrum, distribusi daya dan analisis sinyal AM.
3.1 Pengertian Modulasi Modulasi merupakan proses mengubau-ubah parameter suatu sinyal (sinyal pembawa atau carrier) dengan menggunakan sinyal yang lain (yaitu sinyal pemodulasi yang berupa sinyal informasi). Sinyal informasi dapat berbentuk sinyal audio, sinyal video, atau sinyal yang lain. Berdasarkan parameter sinyal yang diubah-ubah, modulasi dapat dibedakan menjadi beberapa jenis: 1. Modulasi amplitudo (AM, Amplitudo Modulation) Pada modulasi amplitudo, sinyal pemodulasi atau sinyal informasi mengubah-ubah amplitudo sinyal pembawa. Besarnya amplitudo sinyal pembawa akan berbanding lurus dengan amplitudo sinyal pemodulasi. 2. Modulasi frekuensi (FM, Frequency Modulation) Pada modulasi frekuensi, sinyal pemodulasi atau sinyal informasi mengubah-ubah frekuensi sinyal pembawa. Besarnya frekuensi sinyal pembawa akan berbanding lurus dengan amplitudo sinyal pemodulasi.
21
3. Modulasi Fasa (PM, Phase Modulation) Pada modulasi fasa, sinyal pemodulasi atau sinyal informasi mengubah-ubah fasa sinyal pembawa. Besarnya fasa sinyal pembawa akan berbanding lurus dengan amplitudo sinyal pemodulasi.
Pada modul mata kuliah ini hanya akan dibahas tentang modulasi amplitudo dan modulasi frekuensi, dan pada bab ini akan dibahas jenis modulasi yang pertama.
3.2 Modulasi Amplitudo Seperti telah dijelaskan di atas, pada modulasi amplitudo maka besarnya amplitudo sinyal pembawa akan diubah-ubah oleh sinyal pemodulasi sehingga besarnya sebanding dengan amplitudo sinyal pemodulasi tersebut. Frekuensi sinyal pembawa biasanya jauh lebih tinggi daripada frekuensi sinyal pemodulasi. Frekuensi sinyal pemodulasi biasanya merupakan sinyal pada rentang frekuensi audio (AF, Audio Frequency) yaitu antara 20 Hz sampai denan 20 kHz. Sedangkan frekuensi sinyal pembawa biasanya berupa sinyal radio (RF, Radio Frequency) pada rentang frekuensi tengah (MF, MidFrequency) yaitu antara 300 kHz sampai dengan 3 Mhz. Untuk mempermudah pembahasan, hanya akan didiskusikan modulasi dengan sinyal sinus. Jika sinyal pemodulasi
dinyatakan sebagai
em = Vm sin ωm t
dan sinyal pembawanya dinyatakan sebagai ec = Vc sin ωc t , maka sinyal hasil modulasi disebut sinyal termodulasi atau eAM. Berikut ini adalah analisis sinyal termodulasi AM. eAM
= Vc (1 + m sin ωm t ) sin ωc t = Vc . sin ωc t + m . Vc . sin ωc t . sin ωm t = Vc . sin ωc t + ½ m.Vc.cos(ωc - ωm) t -
½ m.Vc.cos(ωc + ωm) t
22
dengan eAM
: sinyal termodulasi AM
em
: sinyal pemodulasi
ec
: sinyal pembawa
Vc
: amplitudo maksimum sinyal pembawa
Vm
: amplitudo maksimum sinyal pemodulasi
m
: indeks modulasi AM
ωc
: frekuensi sudut sinyal pembawa (radian/detik)
ωm
: frekuensi sudut sinyal pemodulasi(radian/detik)
Hubungan antara frekuensi sinyal dalam hertz dengan frekuensi sudut dinyatakan sebagai: ω=2πf Gambar 3.1 memperlihatkan sinyal informasi (pemodulasi), sinyal pembawa, dan sinyal termodulasi AM. Komponen pertama sinyal termodulasi AM (Vc sin ωc t) disebut komponen pembawa, komponen kedua ( yaitu
½ m.Vc.cos(ωc - ωm) t )
disebut komponen bidang sisi bawah atau LSB : Lower Side Band), dan komponen ketiga ( yaitu ½ m.Vc.cos(ωc + ωm) t ) disebut komponen bidang sisi atas atau USB : Upper Side Band). Komponen pembawa mempunyai frekuensi sudut sebesar ωc , komponen LSB mempunyai frekuensi sudut sebesar ωc - ωm , dan komponen USB mempunyai frekuensi sudut sebesar ωc + ωm . Pada gambar 3.2 diperlihatkan spektrum frekuensi gelombang termodulasi AM yang dihasilkan oleh spektrum analyzer. Harga amplitudo masing-masing bidang sisi dinyatakan dalam harga mutlaknya.
23
3.2.1 Indeks Modulasi AM Derajat modulasi merupakan parameter penting dan juga sering disebut indeks modulasi AM, dinotasikan dengan m. Parameter ini merupakan perbandingan antara amplitudo puncak sinyal pemodulasi (Vm) dengan amplitudo puncak sinyal pembawa (Vc). Besarnya indeks modulasi mempunyai rentang antara 0 dan 1. Indeks modulasi sebesar nol, berarti tidak ada pemodulasian, sedangkan indeks modulasi sebesar satu merupakan pemodulasian maksimal yang dimungkinkan. Besarnya indeks modulasi AM dinyatakan dengan persamaan:
m=
Vm Vc
Indeks modulasi juga dapat dinyatakan dalam persen dan dinotasikan dengan M, M=
Vm x 100% Vc
3.2.2 Sampul Gelombang Termodulasi AM
Pada sub bab ini akan dibahas tentang persamaan yang menyatakan amplitudo gelombang termodulasi AM. Ini juga dikenal sebagai sampul gelombang termodulasi AM. Sampul ini merupakan garis imaginer yang digambar antara nilai-nilai puncak pada setiap siklus, memberikan bentuk yang ekivalen dengan bentuk tegangan pemodulasi. esampul = Vc + em = Vc + Vm sin ωm t
Oleh karena Vm = m Vc maka persamaan tersebut dapat dinyatakan sebagai: esampul = Vc + m Vc sin ωm t = Vc ( 1 + m sin ωm t )
→ sampul positif
= - Vc ( 1 + m sin ωm t ) → sampul negatif
24
Gambar 3.1 (a) Sinyal pemodulasi (b) Sinyal pembawa (c) Sinyal termodulasi AM
Gambar 3.2 Spektrum frekuensi sinyal termodulasi AM
25
Gambar 3.3 memperlihatkan contoh sampul positif dan negatif, jika Vc = 2 Volt, Vm = 1,06 Volt, m = 0,53.
Gambar 3.3 Sampul gelombang termodulasi AM
3.3 Bidang-sisi Tunggal (Single Sideband)
Sinyal termodulasi AM seperti telah dibahas di atas, terdiri dari tiga komponen yaitu komponen pembawa, komponen bidang sisi atas, dan komponen bidang sisi bawah. Sinyal ini dapat ditransmisikan atau dipancarkan secara keseluruhan ke arah penerima. Transmisi semacam ini disebut transmisi DSBFC (Double Side Band Full Carrier) yang berarti pemancaran dua bidang sisi (atas dan bawah) berikut dengan komponen pembawanya. Jenis transmisi yang demikian membutuhkan lebar bidang sebesar 2 fm, dengan fm adalah frekuensi tertinggi sinyal pemodulasi. Amplitudo puncak komponen pembawa merupakan bagian yang terbesar, yaitu Vc. Sedangkan kedua komponen yang lain mempunyai amplitudo puncak yang sama, yaitu ½ .m.Vc. Hal ini berarti bahwa jika m = 1, maka setiap satuan daya pancaran DSBSC terdiri atas dua pertiga bagian
26
komponen pembawa dan sisanya terbagi pada komponen bidang sisi atas (USB) dan bidang sisi bawah (LSB). Kenyataan di atas merupakan suatu kerugian karena komponen pembawa dengan daya yang terbesar dari ketiga komponen yang ada ini, sebenarnya tidak membawa informasi apapun. Jenis transmisi DSBSC (Double Side Band Suppressed Carrier) merupakan jenis transmisi sinyal termodulasi AM dimana komponen pembawanya telah ditekan menjadi nol. Pada jenis ini, lebar bidang yang dibutuhkan sama dengan lebar bidang yang dibutuhkan pada transmisi DSBFC. Gambar 3.4 memperlihatkan sinyal termodulasi AM DSBSC.
Gambar 3.4 Sinyal DSBSC (a) domain waktu (b) domain frekuensi
Informasi pada sinyal termodulasi AM terkandung dalam komponen USB dan LSB. Dengan demikian, dapat dipilih opsi lain dalam pentransmisian sinyal termodulasi AM yaitu dengan mentransmisikan salah satu komponen bidang sisi, komponen USB atau LSB saja. Cara pentransmisian seperti ini disebut transmisi bidang tunggal (SSB : Single Side Band). Selain lebih hemat daya, transmisi SSB juga lebih hemat lebar bidang (yaitu hanya membutuhkan setengah dari lebar bidang yang dibutuhkan pada transmisi DSBFC). Gambar 3.5 memperlihatkan pemilihan komponen LSB dan USB dalam sistem SSB.
27
Dalam hal ini yang dipilih untuk dipancarkan adalah komponen USB. Proses pemilihan dapat dilakukan dengan cara penapisan (filtering).
Gambar 3.5 Pemilihan komponen USB untuk ditransmisikan dalam sistem SSB
3.4 Vestigial Sideband (VSB)
Penapisan salah satu komponen bidang sisi (LSB atau USB) pada transmisi SSB dapat menghemat lebar bidang dan daya pancar. Penapisan semacam ini membutuhkan cara khusus dan proses konversi. Terdapat suatu teknik intermediet antara SSB dan DSBFC yang disebut vestigial sideband (VSB), yang digunakan dalam industri televisi komersial untuk transmisi dan penerimaan sinyal video. 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 DSBFC. Perhatikan gambar 3.6.
28
Gambar 3.6 Format kanal standart FCC untuk transmisi gambar warna dan monokrom di US
3.6 Contoh Soal dan Penyelesaian
1.
Sinyal pembawa sinusoidal dengan frekuensi 3 kHz mempunyai amplitude puncak 2 Volt dimodulasi AM oleh sinyal audio 750 Hz yang mempunyai amplitude puncak 750 mV. Tentukan: a. Indeks modulasi AM b. Spektrum frekuensi gelombang termodulasi AM
Penyelesaian: a. Indeks modulasi AM-nya adalah: m=
Vm Vc
750 x 10−3 2 = 0,375 =
29
Atau dapat juga dinyatakan dalam persen, yaitu: M
=
m x 100%
=
0,375 x 100%
=
37,5 %
b. Persamaan gelombang termodulasi AM-nya sbb:
V V eAM = Vc sin 2πf c t + m c cos(ωc − ωm ) t − m c cos(ωc + ωm ) 2 2 V V eAM = Vc sin 2πf c t + m c cos(2πf c − 2πf m ) t − m c cos(2πf c + 2πf m ) 2 2 Dengan mengganti ω dengan 2πf, maka
2 e AM = 2 sin 2π.3000 t + 0,375 cos( 2π.3000 − 2π.750) t 2 2 − 0,375 cos( 2π.3000 + 2π.750) t 2 e AM = 2 sin .6000 πt + 0,375 cos( 4500 π) t − 0,375 cos(7500 π) t
Dari persamaan tersebut, dapat diketahui bahwa komponen pembawa mempunyai amplitudo 2 Volt dengan ω = 6000π. Komponen LSB mempunyai amplitudo 0,375 Volt dengan ω = 4500π. Komponen USB mempunyai amplitudo 0,375 Volt dengan ω = 7500π.
3.7 Soal-soal Tambahan
1. Sebut dan jelaskan jenis-jenis modulasi yang anda ketahui. 2. Berikan penjelasan tentang hal-hal berikut: a. Indeks modulasi AM b. DSBFC
30
c. DSBSC d. SSB e. VSB 3. Jelaskan tentang lebar bidang yang dibutuhkan untuk transmisi sinyal termodulasi AM. 4. Mengapa indeks modulasi AM hanya mempunyai rentang dari 0 hingga sebesar 1 atau 100%? Jelaskan. 5. Apa saja keuntungan jenis modulasi AM? Apa pula kerugiannya?
