Upload
firmanradon547
View
67
Download
5
Embed Size (px)
DESCRIPTION
QPSK, MSK merupakan coding dalam telekomunikasi
Citation preview
1
TEKNIK-TEKNIK PENSIGNALAN M-ARY
Didalam skema pensignalan M-ary , dapat dilakukan :
O pengiriman masing-masing simbol biner daripada n2M buah jenis simbol biner yang
mungkin terjadi , dimana : setiap simbol biner tersebut terdiri atas n buah bit
M buah simbol tersebut adalah : ts,,ts,ts M21
O jika periode setiap bit = bT detik , maka periode setiap simbol adalah : bnTT
Signal-signal tersebut dibangkitkan dengan jalan :
Melakukan modulasi terhadap : pembawagelombang
frekuensi
phase
amplitudo
Selanjutnya yang didapatkan adalah skema modulasi digital
FSKaryM
PSKary-M
ASK ary-M
Untuk 4M , maka PSKary-M disebut dengan :
QPSK
yang merupakan singkatan dari Quadratur Phase Shift Keying , dimana setiap simbol yang terdiri atas n = 2bit , sesuai dengan phasenya masing-masing , sesu-ai
dengan gambar berikut ini :
Gbr . II .1 : Phase simbol-simbol untuk QPSK
Skema pensignalan M-ary dalam praktek lebih disukai daripada skema pensignalan biner ,
sebab : O pengiriman signal informasi biner melalui kanal lolos pita memerlukan bandwidth yang lebar ;
bilamana dipersyaratkan harus menghemat lebarpita , maka :
skema pensignalan M-ary adalah pilihan yang tepat , sebab :
QPSK 01
10
11
00
2
bandwidth M-ary hanya binarybandwidthn
1
seabagai imbalannya harus meningkatkan daya yang digunakan
Dalam praktek jarang ditemui kanal komunikasi yang mempunyai :
O lebarpita yang benar-benar memenuhi persyaratan , untuk pengiriman keluaran sumber informasi ,
dengan cara skema pensignalan biner O dengan demikian jika :
lebarpita kanal komunikasi kurang dari pada apa yang diper-syaratkan , maka :
skema pensignalan M-ary dapat dipilih agar kanal komu-nikasi yang ada dapat digunakan secara efisien
Berdasarkan tabel berikut dapat dilihat kinerja M-ary dibanding dengan binary TABEL
(Untuk Pe= 10 -4 )
dB13.520.232
dB8.520.2516
dB3.910.3338
dB0.340.54
PowerAverage
PowerAverage
Bandwidth
BandwithM
binary
ary-M
binary
ary-M
Jadi jika n
n1
5
12.0;532
binary
ary-Mn
Bandwidth
Bandwith2M
binaryary-M
binary
ary-M
binary
ary-M
binary
ary-M
binary
ary-M
binary
ary-M
PowerAverage PowerAverage
PowerAverage
PowerAverage
PowerAverage
PowerAverage
PowerAverage
PowerAverage
PowerAverage
PowerAverage
PowerAverage
PowerAverage
49.22
49.22352.1352.1log
52.13log1052.13
dB
M-ary PSK Koheren (M-ary PSK =M-ary Coherent Phase Shift Keying)
Pada sistem M-ary PSK , gelombang yang dikirim dapat dinyatakan dengan persama-an :
ici θtωcosT
2Ets
………………..……………( II . 1)
dimana :
M,2,1,i
n2M
Phase gelombang pembawa sistem M-ary PSK yang dinyatakan dengan persamaan ( II . 1 ) adalah :
3
iM
2πθi …………….……………………………….( II . 2 )
Signal untuk M-ary PSK dinyatakan dengan rumus ( II . 1 ) , dapat diperinci sebagai berikut :
o
11 : 4-ke
10 : 3-ke
01 : 2-ke
00 : 1-ke
simbol jenis Untuk 2n4M
11 simbol
10simbol
01 simbol
00 simbol
adalah untuk simbol-Simbol
4Mc4c4
4Mc3c3
4Mc2c2
4Mc1c1
2πtωcosT
2Ets
M
2tωcos
T
2Ets
2
3πtωcos
T
2Ets
M
2tωcos
T
2Ets
πtωcosT
2Ets
M
2tωcos
T
2Ets
2
πtωcos
T
2Ets
M
2tωcos
T
2Ets
4M
)4(
)3(
)2(
)1(
Bentuk gelombang simbol yang dikirimkan dari sumber berita dapat dilukis dengan menggunakan program Matlab , sebagai berikut :
Misalkan VoltT
2E1 rad/det1ωc
dengan perintah program sebagai dibawah ini : >> t1=[0:0.01:8.*pi];t2=[8.*pi:0.01:16.*pi];t3=[16.*pi:0.01:24.*pi];t4=[24.*pi:0.01:32.*pi];
>> x1=cos(t1+pi./2);x2=cos(t1+pi);x3=cos(t1+pi.*3./2);x4=cos(t1+2.*pi);
>> plot(t1,x1,'r',t2,x2,'b',t3,x3,'g',t4,x4,'y')
Maka didapatkan bentuk gelombang QPSK sebagai berikut :
Gbr . II . 2 . : Gelombang QPSK yang masuk ke demodulator peneima
TUGAS : Lakukan hal yang sama jika M = 8
M-ary FSK Koheren
11 10 01 00
4
Pada skema pensignalan FSK ini , M – buah jenis simbol yang dipancarkan , didifinisikan dengan persamaan :
lainnya t nilai0
Tt0tinT
πcos
T
2Ets c
i …………( II . 3)
Frekuensi gelombang pembawa = 2T
nf c
c
cn = interger tertentu
Contoh :
Misalkan 4,2,1,i;detik2T;Joule1E;5nc
t4.5cost452
πcos
t4cost352
πcos
t3.5cost252
πcos
t3cost152
πcos
ti52
πcos
ti52
cos2
12tin
T
πcos
T
2Ets ci
ts
ts
ts
ts
4
3
2
1
>> t1=[0:0.001:10];t2=[10-:0.001:20];t3=[20:0.001:30];t4=[30:0.001:40];
>> x1=cos(3.*pi.*t1);x2=cos(3.5.*pi.*t2);x3=cos(4.*pi.*t3);x4=cos(4.5.*pi.*t4);
>> plot(t1,x1,'r',t2,x2,'b',t3,x3,'g',t4,x4,'y')
Tugas 2
Lakukan hal yang sama untuk M = 16
Gbr . II . 3 : Bentuk gelombang M-ary FSK Koheren
Sifat sistem M-ary FSK adalah : 1. Untuk :
a. kecepatan bit/detik
b
bT
r1
=tetap
b. kerapatan spektral daya noise2
oN
c. probabilitas kesalahan simbol eP = tetap
11 10 01 00
5
maka apabila nM 2 meningkat (berarti banyaknya bit per simbol = n mening- kat) :
- B =lebarpita akan meningkat , sehingga daya pancar transmisi menurun
(Ingat rumus Gain Bandwith Product = konstan)
2. Didalam keadaan M , maka probabilitas kesalahan simbol eP akan memenuhi kondisi :
terbaikkondisi
terjelekkondisi
elogN
P
T
1jika0
elogN
P
T
1jika1
P
2
ob
2
obe ………………….( II . 4 )
dimana : P = daya signal rata-rata di masukan penerima
Agar data dapat dikirimkan mempunyai Probabilitas Kesalahan Simbol Minimum,
maka hal itu akan terjadi jika elogN
P
T
12
ob
MSK = Minimum Shift Keying
Untuk dapat membahas MSK , terlebih dahulu harus membahas tentang :
o Signal Penguncian Frekuensi Dengan Phase Kontinyu = CPFSK
Signal = Continous Phase Frequency Shift Keying Signal , pada interval bTt0 , yang
mana : signal CPFSK tersebut dapat dinyatakan dengan persamaan berikut :
0bituntuk0θtωcosT
2E
1bituntuk0θtωcosT
2E
ts
2
b
b
1
b
b
……………..( II . 5 )
dimana :
2π
ωf pancar frekuensi maka , 0 bit ndipancarkayang Jika
2π
ωf pancar frekuensi maka , 1 bit ndipancarkayang Jika
0t pada phase0θ
detikbitperiodeT
ikJoules/detbit/ndipancarkayangsignalenergiE
20
11
b
b
Jika dinyatakan dalam bentuk yang konvensional , maka persamaan ( II . 5 ) ditulis sebagai :
6
tθtωcosT
2Ets c
b
b ………….…………………( II . 6 )
dimana :
2
ff
2π
ωf nominal frekuensi 21c
c
…………………( II . 7)
adalah nilainyayang , CPFSK signal phasetθ :
tT
hπ0θtθ
b
……………………………………( II . 8 )
dimana :
tanda “+” : jika yang dikirim adalah bit “1” tanda “-” : jika yang dikirim adalah bit “0”
ratio deviationh
21b ffTh ……………………………………( II . 9 )
Pada bTt , persamaan ( II. 8 ) , yaitu tT
hπ0θtθ
b
, dapat diubah menjadi :
0 bit dikirimyang jikahπ
1 bit dikirimyang jikahπ0θTθ b ….……( II . 10 )
7
Kurva 0θtθ v.s. t , dapat dengan mudah dibuat sebagai berikut :
Gbr. II.4. : Nilai-nilai 0θtθ yang mungkin terjadi, jika t bernilai
,2, bTbT0,
Dengan demikian , berdasarkan gambar diatas terlihat bahwa : o phase signal CPFSK , yaitu 0θtθ , adalah :
kelipatan ganjil atau kelipatan genap daripada h radiant , sebanding
dengan kelipatan ganjil atau kelipatan genap daripada periode bit Karena semua pergeseran phase adalah :
o modulo 2π [karena 22 hhhh ] , maka sistem pensignalan MSK ,
dimana 2
1h adalah :
sesuatu yang sangat istimewa , karena :
phasenya hanya mempunyai 2 nilai , yaitu 2
untuk
kelipatan ganjil daripada bT
phasenya hanya mempunyai 2 nilai , yaitu 0 dan
untuk kelipatan genap daripada bT
Setiap lintasan dari kiri kekanan lewat teralis (lihat Gbr. II.4
dibawah) adalah sesuai dengan masukan urutan biner 110100
bT b3T b5T b7T b9T
h
h4π
h3π
h2π
h3π-
h4π-
h2π-
hπ-
0 t
tv.s.0θtθ
8
Sebagai contoh adalah lintasan berikut ini :
Persamaan ( II . 6 ) , yaitu tθtωcosT
2Ets c
b
b , dapat diuraikan secara trigoniometri
menjadi sebagai berikut :
kwadratur""sukuphase"in"suku
tsinωtθsinT
2Etcosωtθcos
T
2Etθtωcos
T
2Ets c
b
bc
b
bc
b
b
….( II . 11 )
b
b
Tt0t2T
π0θtθ
2
1h : menjadi ) 8 . II ( persamaan
MSK = Minimum Shift Keying ()
MSK adalah CPFSK dengan deviation-ratio = 2
1 21b ffTh
Dengan 2
1h , maka :
22
1 r
Tb
21 ff ; detikperbitbanyaknyaratebit1
bT
r
21 ff = spasi frekuensi minimal , adalah sesuatu yang :
o yang memungkinkan 2 buah signal FSK yang dinyatakan dengan persamaan
( II . 5 ) , yaitu
0bituntuk0θtωcosT
2E
1bituntuk0θtωcosT
2E
ts
2
b
b
1
b
b
, menjadi koheren orthogonal
( menjadi koheren tegak lurus ) , yang mana : berdasarkan teori ruang signal . signal-signal yang orthogonal tidak
saling mempengaruhi satu sama lain
dengan kata lain , kedua frekuensi yang ada tidak saling ganggu-mengganggu (karena adanya spasi frekuensi tersebut)
Gbr. II . 5. : Diagram signal ruang sistem MSK Lintasan disamping adalah sesuai dengan urutan biner 110100 , untuk h=1/2 Pada keadaan ini :
9
2
1
2
1
alkonvension frekuensi Spasi
CPFSK frekuensi Spasi
T
1 f adalah ren
-kohe biner FSKdeteksi dalam digunakanyang
digunakanyang , alkonvension frekuensi Spasi-
ff CPFSK frekuensi Spasi-
b
21
bT
MSK disebut juga dengan Fast FSK
Jika persamaan phase signal untuk sistem pensignalan CPFSK dinyatakan dengan
persamaan ( II . 8 ) , yaitu tT
hπ0θtθ
b
, maka pada sistem pensignalan
MSK , persamaan phase signal menjadi :
t2T
π0θtθ
b
……………………………………….( II . 12 )
Berdasarkan rumus diatas , tanpa perduli apakah yang diklirimkan tersebut bit “1” ataupun bit
“0” , maka nilai phase signal = 0θpada tergantung adalahtθ
2
π
…….( II . 13)
0 simbol transmisi dengan identikπ/2 Tθdan 004.θ
1 simbol transmisi dengan identikπ/2 Tθdan π03.θ
0 simbol transmisi dengan identikπ/2 Tθdan π02.θ
1 simbol transmisi dengan identikπ/2 Tθdan 00θ 1.
: adalah terjadi bisayang nkemungkina
2
πdan
2
π
2
πdan
2
π
bTθ
0danπ
πdan00θ
b
b
b
b
: berikut nilai satu salah dengan bernilai bisamasing
-masing pertama bit akhir pada phase sudut b
Tθ dan
0t pada phase sudut0θ sebelumnya pembahasan Dari
1φ
φ2
4Z
Daerah
1Z
Daerah
3Z
Daerah
2Z
Daerah
san Keputu
Batas
12
43
10
Ini berarti bahwa signal MSK itu sendiri bisa dianggap berbentuk salah satu dari 4 buah bentuk yang mungkin terjadi , yang ditentukan dengan persamaan :
tsint2T
πsin0θsin
T
2Etcost
2T
πcos0θcos
T
2Ets c
bb
bc
bb
b
; bTt 0
( II . 14 )
Dengan menguraikan persamaan diatas , maka dapat disimpulkan bahwa fungsi basis orthonormal signal MSK , bentuknya dapat didekati dengan persamaan phase sebagai berikut :
tωcost2T
πcos
T
2Etφ c
bb
b
1
bb TtT …………..( II . 15 )
tωsint
2T
πsin
T
2Etφ c
bb
b2
bTt0 2 ……….....( II . 16 )
Perlu dicatat bahwa tφ1 dan tφ2 ditentukan untuk periode yang sama dengan 2 kali
durasi (lamanya) bit , yang mana hal ini diperlukan untuk : o menjamin bahwa kedua sudut phase tersebut memenuhi persyaratan ortho-
gonalitas (signal dengan frekuensi f1 dan f2 tidak saling mengganggu)
Dengan demikian signal MSK dapat dinyatakan sebagai :
tφstφsts 2211 ………………………………( II . 17 )
dimana :
koefisien-koefisien 21 sdans masing-masing terkait dengan keadaan-keadaan phase
bTdan 0
Untuk menelaah 1s dilakukan dengan cara pengintegrasian terhadap hasilkali tts ,
yang untuk : o komponen sephase , nilai 1s adalah sebagai berikut :
0θcosEdttφtss b1
T
T1
b
b
…………( II . 18 )
dengan cara yang sama didapatkan komponen kwadratur sebagai berikut :
bb2
2T
02 TθsinEdttφtss
b
…………( II . 19 )
11
Dari kedua persamaan ( II . 18 ) dan ( II . 19 ) dapat dilihat bahwa : o kedua integrasi tersebut ditelaah selama interval waktu yang lamanya 2 kali lipat
waktu bit , sebab tφ1 dan tφ2 adalah orthogonal
o interval waktu bTt0 adalah periode setiap bit , dimana sudut phase daripada
0θcosEs b1 , yaitu 0 , dan bb TθsinE ,yaitu bT , ditentukan dengan
cara yang sama Signal–ruang untuk MSK adalah berdimensi-2 ( N = 2 ) dengan 4 ( M = 2N =22 ) buah titik
berita , sebagaimana terlihat digambar II .6 .
Koordinat titik-titik berita adalah :
- bE
1φ
φ2
4Z
Daerah
1Z
Daerah
3Z
Daerah
2Z
Daerah
san Keputu
Batas
12
43
π/2Tθ;00θ
4 berita Titik
π/2Tθ;00θ
3 berita Titik
π/2Tθ;00θ
2 berita Titik
π/2Tθ;00θ
1 berita Titik
: dimana
b
b
b
b
4
3
2
1
Keputusan
Batas
2
πdan
2
π
2
πdan
2
π
bTθ
0danπ
πdan00θ
bEbE
bE
bE
bEbE
2/
2/
bEbE
bE
bE
bEbE
2/
2/
Keputusan
Batas
Keputusan
Batas
1φ
φ2
4Z
Daerah
1Z
Daerah
3Z
Daerah
2Z
Daerah
san Keputu
Batas
12
43
π/2Tθ;00θ
4 berita Titik
π/2Tθ;0θ
3 berita Titik
π/2Tθ;π0θ
2 berita Titik
π/2Tθ;00θ
1 berita Titik
: dimana
b
b
b
b
4
3
2
1
MSK sistem
signal-ruang Diagram : . 6 . IIGbr .
12
1 adalah
2;00,,
bbb TEE
2 adalah
2;0;,
bbb TEE
3 adalah
2;0;,
bbb TEE
4 adalah
2;00;,
bbb TEE
Diagram ruang-signal QPSK dan MSK mempunyai format yang sama
Bedanya adalah : o untuk QPSK , titik-titik berita menyatakan E = energi signal per simbol o untuk MSK , titik-titik berita menyatakan E b = energi signal per bit o beda utama antara signal QPSK dan signal MSK adalah :
didalam pemilihan signal-signal orthonormal , tφ1 dan tφ2
untuk QPSK , tφ1 dan tφ2 dinyatakan dengan sepasang gelombang
pembawa kuadratur, sebagaimana dinyatakan dengan persamaan :
tfT
c2cos2
tφ1 dan tfT
c2sin2
tφ2
Tabel Simbol biner yang Keadaan Phase Koordinat-koordinat titik-titik berita dipancarkan
b2Tt0 0 bT 1s 2s
1 0 2/ bE bE
0 2/ bE bE
1 2/ bE bE
0 0 2/ bE bE
untuk MSK , tφ1 dan tφ2 dinyatakan dengan sepasang persamaan
gelombang pembawa yang dimodulasi oleh gelombang sinusoidal sebagai berikut :
tωcost2T
πcos
T
2Etφ c
bb
b1
dan tωsint
2T
πsin
T
2Etφ c
bb
b2
( Lihat tabel dihalaman sebelumnya )
13
Contoh :
Gelombang yang tergambar dihalaman 13 menunjukkan himpunan bilangan dan gelombang yang berkaitan dengan pembangkitan signal MSK , untuk urutan biner masukan 01101000. Gelombang masukan adalah ; dengan menganggap nilai awal selanjutnya dapat diperoleh
Dengan , maka persamaan ( II . 18 ) dan ( II . 19 ) menjadi sebagai berikut :
bbb1
T
T2
bbb1
T
T1
EsinEsinEdttφtss
EcosE0θcosEdttφtss
b
b
b
b
2/
0
bT
Selanjutnya tentukanlah gelombang biner baru , yaitu :
- tdant 21 mm sedemikian rupa sehimgga :
o bbb TtTEst 11m
o bb TtEst 202 2m
- Dapat dilihat bahwa : o dengan memancarkan simbol biner 1 , maka :
phase signal MSK , yaitu ts , ditambah dengan /2 radian ,sedangkan :
dengan memancarkan bit 0 , phase signal MSK dikurangi dengan /2
2/dan 0 b
T0
tm ;2/ b
-T ,2,1,0, k
bkT
masukan biner Urutan (a)
tm
0t
t
tm 2
t
tmdantmgelombang buah2 menjaditm si Dekomposi(c).21
0 1 1 1 0 0 00
b
T , Phase Keadaan(b)
tm 1
/2π- 0 /2π /2π /2π /2π-0π π
t bkT padatθ
14
Bentuk gelombang untuk 01101000 yang dimodulasikan ke gelombang pembawa dapat dilukis dengan program Matlab sebagai berikut :
Misalkan detik4105 xTb ; perintah programnya adalah :
>> t1=[0:0.000001:0.001];t2=[0.001:0.000001:0.002];t3=[0.002:0.000001:0.003]; t4=[0.003:0.000001:0.004]; Tb=0.0005;
>> x1=sin(2*(pi/Tb)*t1);x2=sin(2*(pi/Tb)*t2);x3=sin(2*(pi/Tb)*t3);x4=sin(2*(pi/Tb)*t4-pi); >> plot(t1,x1,'r',t2,x2,'b',t3,x3,'g',t4,x4,'m')
c . Signal 01101000 yang dimodulasikan ke gelombang pembawa
>> y1=sin((3/20)*(pi/Tb)*t1); y2=sin((3/20)*(pi/Tb)*t2); y3=sin((3/20)*(pi/Tb)*t3); >> y4=sin((3/20)*(pi/Tb)*t4-pi); m=x1.*y1; n=x2.*y2;o=x3.*y3;p=x4.*y4; >> plot(t1,m,'r',t2,n,'b',t3,o,’g’,t4,p,’m’)
Gbr. II . 9 . : gelombang termodulasi m1(t)ф1(t) dan m2(t)ф2(t)
15
d . Gelombang termodulasi , dimana 4 buah gelombang , yaitu y1 s.d. y4p memodulasi gelombang
pada gambar c. Gbr. II . 8 .
- Ini berarti bahwa :
o Dengan memancarkan dibit 01 atau 10 , maka :
perubahan phase selanjutnya daripada signal MSK = adalah 02/2/
atau 02/2/
o namun jika yang dipancarkan adalah dibit 11 atau 00 , maka :
perubahan phase selanjutnya daripada signal MSK = adalah 2/2/ atau 2/2/
Hal ini disebut dengan modulo 2 ( sebab dari 2/ ds ) dan
2//2/ ds (atau )2//2/ ds ) , sehingga perubahan phase
selanjutnya adalah : total beda phase adalah 2
o Sebagai contoh jika signal yang dipancarkan adalah seperti gambar berikut : 01101000 01 : phase 0/2/2 +; 10 : phase 0 /2/2 ; 10 : phase
02/2/ ; 00 : phase = 2/2/
Selanjutnya lihat gbr. II . 8 : dihalaman sebelumya Seperti diketahui , gelombang m(t) diuraikan menjadi gelombang m1(t)) dan m2(t)
o phase daripada signal MSK