Dasar sistem telekomunikasi (modulasi)

Bidang Studi Telekomunikasi Multimedia

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknologi Industri

Dasar Sistem Telekomunikasi

(Modulasi)2013

Modulasi• Modulasi

adalah proses penumpangan sinyal informasi ke sinyal pembawa.

• Dengan menumpangkan sinyal informasi ke sinyal pembawa, maka sinyal informasi tersebut dapat dikirimkan tak terbatas jangkauannya.

• Sinyal informasi pada umumnya mempunyai frekwensi rendah, sedangkan sinyal pembawa umumnya gelombang sinusoidal yang mempunyai frekwesi tinggi

Modulasi• Parameter kunci gelombang sinusoidal pada sinyal pembawa yaitu :

• Amplitudo• Fase• Frekwensi

• Ketiga parameter gelombang sinusoidal tersebut dapat dimodifikasi sesuai dengan sinyal informasi.

• Hasil modulasi tersebut disebut dengan Sinyal Termodulasi

Modulasi• Modulasi analog

adalah madulasi dimana sinyal informasinya berupa sinyal analog.

Beberapa jenis modulasi analog antara lain :• Amplitudo Modulation (Modulasi Amplitudo)

o Double Side Band Transmitted Carrier (DSB - TC)o Double Side Band Suppressed Carrier (DSB - SC)o Double Side Band Reduced Carrier Transmission (DSB - RC)o Single Side Band Suppressed Carrier (SSB – SC)o Vestigial-sideband modulation (VSB)o Quadrature amplitude modulation (QAM)

• Angle Modulation (Modulasi Sudut)o Phasa Modulation (PM)o Frequency Modulation (FM)

•

• Modulsi digital

adalah modulasi dimana sinyal informasinya berupa sinyal digital.

• Beberapa jenis modulasi digital antara lain • Amplitude Shift Keying Amplitude Shift Keying (ASK)• Frequncy Shift Keying Frequency Shift Keying (FSK)• Phase Shift Keying Phase Shift Keying (PSK)

• BPSK• QPSK

Modulasi

Modulasi Amplitudo

AMPLITUDO MODULATION (AM)MODULASI AMPLITUDO

1. Konsep Dasar Amplitudo ModulasiDalam modulasi amplitudo (AM) sinyal informasi bervariasi

amplitudo gelombang sinus pembawa.Nilai sesaat dari perubahan amplitudo pembawa sesuai dengan

variasi amplitudo dan frekuensi dari sinyal modulasi.Garis imajiner yang disebut amplop menghubungkan puncak

positif dan negatif dari gelombang pembawa.

04/13/2023

TE091313 - Dasar Sistem Telekomunikasi 7

Modulasi Amplitudo

Gelombang Sinusoidal sebagai gelombang pemodulasi

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

Proses terjadinya Modulasi Gelombang AM

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

• Dalam AM, maka sangat penting bahwa nilai puncak dari sinyal modulasi lebih kecil dari nilai puncak dari carrier.

Vm < Vc

• Distorsi terjadi ketika amplitudo sinyal modulasi lebih besar dari amplitudo pembawa.

• Modulator adalah rangkaian yang digunakan untuk memproduksi AM. Modulator amplitudo menghitung produk dari pembawa dan sinyal modulasi.

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

2. Indek Modulasi

• Indeks modulasi (m) adalah nilai yang menggambarkan hubungan antara amplitudo sinyal modulasi dan amplitudo sinyal pembawa.

• Indeks ini juga dikenal sebagai faktor modulasi atau koefisien, atau tingkat modulasi.

• Mengalikan indeks modulasi dengan 100 memberikan persentase modulasi.

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

Overmodulation dan Distorsi• Indeks modulasi harus angka antara 0 dan 1.

• Jika amplitudo dari tegangan modulasi (Vm ) lebih tinggi dari tegangan carrier (Vc), m akan lebih besar dari 1, menyebabkan distorsi.

• Jika distorsi yang cukup besar, sinyal informasi menjadi tidak dapat dipahami.

• Distorsi transmisi suara menghasilkan kacau, suara keras, atau tidak wajar pada speaker.

• Distorsi sinyal video menghasilkan gambar yang kacau dan di layar TV.

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

04/13/2023


Beberapa contoh Distorsi pada modulasi AM

Modulasi Amplitudo

Vm Vc

Persentase Modulasi

• Indeks modulasi umumnya dihitung dari pengukuran yang diambil pada bentuk gelombang termodulasi komposit.

• Menggunakan nilai tegangan osiloskop:

• Jumlah, atau kedalaman, AM kemudian dinyatakan sebagai persentase modulasi (100 × m) bukan sebagai pecahan.

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

Vm =Vmax − Vmin

2

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

3. Sideband dan Kawasan Frekwensi

Frekuensi samping, atau “sideband” yang dihasilkan sebagai bagian dari proses modulasi dan terjadi pada spektrum frekuensi langsung di atas dan di bawah frekuensi pembawa.

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

Perhitungan Sideband

Modulasi single-frekuensi gelombang sinus akan menghasilkan dua sideband

Modulasi gelombang kompleks (misalnya suara atau video) menghasilkan daerah (range) sidebands.

Sideband bagian atas (fUSB) dan sideband bagian bawah (fLSB) dapat dihitung:

fUSB = fc + fm dan fLSB = fc - fm

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

Gelombang AM (e) adalah jumlah aljabar dari gelombang pembawa (c), gelombang sisi atas (b) dan gelombang bawah (d). Sinyal informasi (a)

Gambaran Kawasan Frekuensi dari sinyal AMo Mengamati sebuah sinyal AM pada osiloskop, Anda hanya melihat variasi

amplitudo pembawa terhadap waktu.o Gambar amplitudo sinyal terhadap frekuensi disebut menggambarkan

sebagai kawasan frekuensi.o Spectrum Analyzer digunakan untuk menampilkan kawasan frekwensi dari

sebuah sinyal .o Bandwidth adalah perbedaan antara frekuensi sideband atas dan bawah.

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

Gambaran Kawasan Frekuensi dari sinyal AMcontoh:

Sebuah pemancar AM diperbolehkan untuk memancarkan frekuensi yang telah dimodulasi hingga 5 kHz. Jika pemancar AM tersebut memancarkan pada frekuensi 980 kHz, berapakahapa frekuensi sideband dan total bandwidth nya?

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

Pulse Modulationo Ketika sinyal komplek seperti pulsa atau gelombang persegi

memodulasi carrier, maka akan menghasilkan sideband dengan spektrum luas.

o Pemodulasi gelombang persegi akan menghasilkan sideband sideband berdasarkan gelombang sinus, seperti pada harmonik ketiga, kelima, ketujuh, dst

o Modulasi amplitudo oleh gelombang pulsa persegi atau persegi panjang disebut sebagai amplitude shift keying (ASK).

o ASK digunakan dalam beberapa jenis komunikasi data.

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

Spektrum frekuensi dari sinyal AM dimodulasi oleh gelombang persegi.

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

Modulasi amplitudo pembawa gelombang sinus oleh pulsa atau persegi panjang gelombang disebut Amplitudo Shift Keying. (a) indek modulasi 50 %. (b) Indek modulasi 100 %.

Pulse Modulationo Transmisi gelombang kontinu (CW) dapat dicapai dengan

menyalakan (on) dan mematikan (off) gelombang pembawa.

o Transmisi gelombang kontinu (CW) seringdisebut pula sebagai On-Off Keying (OOK).

o Splatter adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan gangguan sideband harmonik.

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

4. Daya AMo Dalam transmisi radio, sinyal AM diperkuat oleh power amplifier.

o Sebuah antena radio memiliki karakteristik impedansi yang ideal, teorinya resistansi murni.

o Sinyal AM adalah gabungan dari pembawa dan sideband sinyal tegangan.

o Setiap sinyal menghasilkan tenaga dalam antena.

o Daya yang ditransmisikan Total ( ) adalah jumlah daya pembawa

( ) dan daya dari dua sideband ( dan ).

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

o Ketika persentase modulasi kurang dari optimum 100, ada jauh lebih sedikit daya di sidebands.

o Output daya dapat dihitung dengan menggunakan rumus

o di mana IT diukur RF saat ini dan R adalah impedansi antena

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

o Semakin besar persentase modulasi, semakin tinggi daya sideband dan semakin tinggi daya total ditransmisikan.

o Kekuatan di setiap sideband dihitung

o Daya maksimum muncul di sidebands saat pembawa adalah 100 persen termodulasi.

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

5. Single Side Band

o Dalam modulasi amplitudo, dua-pertiga dari daya yang ditransmisikan dalam carrier, yang mana tidak ada informasi sama sekali.

o Sinyal informasi berada pada sideband sideband nya.

o Single-sideband (SSB) adalah bentuk AM dimana sinyal pembawa ditekan dan satu sideband nya dihilangkan.

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

Sinyal DSB

o Langkah pertama dalam menghasilkan sinyal SSB adalah untuk menekan sinyal pembawa, meninggalkan sidebands atas dan bawah.

o Jenis sinyal pembawa yang ditekan disebut double-sideband (DSB SC). Tidak ada daya yang terbuang pada sinyal pembawa.

o Balance Modulator adalah rangkaian yang digunakan untuk menghasilkan jumlah dan perbedaan frekuensi sinyal DSB-SC tetapi untuk menekan sinyal pembawa.

o DSB tidak banyak digunakan karena sinyal sulit untuk demodulasi (kembali) pada penerima.

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

Sebuah tampilan kawasan frekuensi sinyal DSB

Sinyal SSB

o Satu sideband sudah mengandung sinyal informasi yang akan disampaikan.

o Single-Sideband (SSB-SC) adalah sinyal dimana sinyal pembawa ditekan dan salah satu sideband nya dihilangkan.

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

Sinyal SSB

Sinyal SSB menawarkan empat manfaat utama:

o Spektrum ruang adalah tetap dan memungkinkan lebih banyak sinyal yang akan dikirim dalam rentang frekuensi yang sama.

o Semua daya disalurkan ke dalam sideband tunggal. Ini menghasilkan sinyal yang lebih kuat yang akan membawa lebih jauh dan akan lebih andal diterima pada jarak yang lebih jauh.

o Pemakaian bandwidt yang tajam menyebabkan noise pada sinyal akan berkurang.

o Akan sedikit terdengar sayup sayup dalam jarak jauh.

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

Kekurangan DSB dan SSB

o Single dan double-sideband tidak banyak digunakan karena sinyal sulit untuk memulihkan (yaitu demodulasi) pada penerima.

o Untuk daya yang rendah, “pilot carrier” kadang kala ikut dipancarkan bersama dengan sideband nya. Hal ini dilakukan untuk mempermudah mengembalikan atau mendapatkan sinyal informasi pada penerima.

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

Pertimbangan Daya Sinyalo Daya yang dipancarkan dipusatkan pada selubung nya atau peak

envelope power (PEP). Sehingga daya maksimum yang dihasilkan adapah pada puncak amplitudo suara

o Aplikasi DSB dan SSB

Vestigial Sideband (VSB) dihasilkan dengan menekan sebagian daya pada sideband nya. Jenis ini digunakan untuk memancarkan sinyal TV

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

6. Klasifikasi Emisi Radio

o Sebuah kode yang digunakan untuk menunjuk jenis sinyal yang dapat ditransmisikan melalui radio dan kawat.

o Kode ini terdiri dari huruf kapital dan angka.

o Huruf kecil subscript digunakan untuk definisi yang lebih spesifik.

Contoh kode:DSB dua sidebands, pembawa penuh = A3

DSB dua sidebands, pembawa ditekan = A3b

OOK dan ASK = A1

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

o International Telecommunication Union (ITU), sebuah organisasi standar, menggunakan kode untuk menggambarkan sinyal.

o Contohnya adalah:• A3F TV amplitude-modulated analog TV• J3E SSB voice• F2D FSK data• G7E phase-modulated voice, multiple signals

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

04/13/2023


Modulasi Amplitudo

1. Modulasi Frekwensi (FM)

Sebuah pembawa gelombang sinus dapat dimodifikasi untuk tujuan mennirimkan informasi dari satu tempat ke tempat lain dengan meng ubah-ubah frekuensi. Hal ini dikenal sebagai modulasi frekuensi (FM).

Di FM, amplitudo pembawa tetap konstan dan frekuensi pembawa diubah oleh sinyal modulasi.

Amplitudo sinyal informasi yang ber ubah-ubah akan merubah frekuensi pembawa secara proporsional.

04/13/2023


Modulasi Sudut

• Amplitudo sinyal pemodulasi meningkat maka frekwensi sinyal pembawa akan meningkat pula.

• Jika sinyal pembawa tidak dimodulasi dengan kata lain sinyal pembawa tetap pada frekwensi center.

• Deviasi frekuensi (fd) adalah jumlah perubahan frekuensi pembawa yang dihasilkan oleh sinyal modulasi.

• Tingkat deviasi frekuensi adalah berapa kali per detik frekuensi pembawa menyimpang atas atau di bawah frekuensi center.

• Frekuensi sinyal modulasi menentukan tingkat deviasi frekuensi.• Sebuah jenis modulasi disebut frekuensi-shift keying (FSK)

digunakan dalam transmisi data biner dalam ponsel digital dan kecepatan rendah modem komputer.

04/13/2023


Modulasi Sudut

04/13/2023


Modulasi Sudut

FM dan AM sinyal. Pengangkut digambar sebagai sebuah gelombang segitiga untuk kesederhanaan, tetapi dalam prakteknya adalah gelombang sinus. (a) Pembawa. (b) sinyal pemodulasi. (c) sinyal FM.

2. Modulasi Fasa (Phase Modulation – PM)

Jika pergeseran fase nya tetap pada frekuensi pembawa yang ber ubah-ubah sesuai dengan sinyal modulasi, maka output yang dihasilkan adalah modulasi sinyal fasa (PM).

Modulator fase menghasilkan pergeseran fasa yang merupakan pemisahan waktu antara dua gelombang sinus dari frekuensi yang sama.

Semakin besar amplitudo sinyal modulasi, semakin besar pergeseran fasa.

Deviasi frekuensi maksimum yang dihasilkan oleh modulator fase terjadi pada saat itu sinyal pemodulasi berubah pada tingkat yang paling cepat.

04/13/2023


Modulasi Sudut

04/13/2023


Modulasi Sudut

Sebuah pergeseran frekuensi terjadi pada PM hanya ketika amplitudo sinyal modulasi ber ubah-ubah. (a) sinyal pemodulasi. (b) sinyal FM. (c) PM sinyal.

Hubungan antara Sinyal modulasi dan Sinyal Pembawa Deviasi

• Pada FM dan AM, deviasi frekuensi berbanding lurus dengan amplitudo sinyal modulasi.

• Pada PM, jumlah maksimum pergeseran fasa mendahului atau tertinggal terjadi pada saat amplitudo puncak sinyal pemodulasi.

• Dalam PM, deviasi sinyal pembawa sebanding dengan frekuensi pemodulasi dan amplitudo.

04/13/2023


Modulasi Sudut

04/13/2023


Modulasi Sudut

Deviasi frekuensi sebagai fungsi dari (a) amplitudo sinyal modulasi (b) modulasi frekuensi sinyal.

Konversi PM ke FM

• Dalam rangka untuk membuat PM kompatibel dengan FM, deviasi yang dihasilkan dari frekuensi sinyal modulasi yang berubah-ubah harus dikompensasikan.

• Kompensasi ini dapat dicapai dengan melewatkan sinyal informasi melalui jaringan “low-pass RC”.

• “RC low-pass filter” ini disebut frequency-correcting network, predistorter, atau 1/f filter dan menyebabkan frekuensi pemodulasi yang lebih tinggi akan diredam.

• FM yang dihasilkan oleh modulator fase disebut indirect FM.

04/13/2023


Modulasi Sudut

Phase-Shift Keying

• Proses pemodulasi fase pembawa dengan data biner disebut Phase-Shift Keying (PSK) atau biner Phase-Shift Keying (BPSK).

• Sinyal PSK memiliki frekuensi konstan, tetapi fase sinyal akan berubah seperti sinyal pemodulasi biner (0 dan 1).

04/13/2023


Modulasi Sudut

04/13/2023


Modulasi Sudut

Tahap pemodulasi pembawa oleh data biner menghasilkan PSK.

3. Indeks Modulasi dan Sideband

• Setiap proses modulasi menghasilkan sideband.

• Ketika frekuensi konstan gelombang sinus memodulasi carrier, akan menhasilkan dua frekuensi samping (Sideband).

• Frekuensi Samping (Side Frequency) adalah jumlah dan selisih dari frekwensi pembawa dan frekuensi pemodulasi.

• Bandwidth dari sinyal FM biasanya jauh lebih luas dari sebuah sinyal AM dengan sinyal pemodulasi yang sama.

04/13/2023


Modulasi Sudut

Indeks Modulasi

• Perbandingan frekuensi deviasi dengan frekuensi pemodulasi dikenal sebagai indeks modulasi (mf).

• Dalam sistem komunikasi FM, batas maksimum diletakkan pada deviasi frekuensi dan frekuensi pemodulasi.

• Dalam siaran FM standar, deviasi frekuensi maksimum yang diijinkan adalah 75 kHz dan frekuensi modulasi maksimum yang diijinkan adalah 15 kHz.

• Maka indeks modulasi untuk penyiaran FM standar adalah 5.

04/13/2023


Modulasi Sudut

Fungsi Bessel

• Persamaan yang mengungkapkan sudut fase dalam hal gelombang sinyal modulasi sinus diselesaikan dengan proses matematis rumit yang dikenal sebagai fungsi Bessel.

• Bessel koefisien tersedia secara luas dan tidak perlu menghafal atau menghitung.

04/13/2023


Modulasi Sudut

04/13/2023


Modulasi Sudut

Sideband pembawa dan amplitudo untuk indeks modulasi yang berbeda dari sinyal FM berdasarkan fungsi Bessel.

04/13/2023


Modulasi Sudut

Plot data fungsi Bessel

Fungsi Bessel

• Simbol ! berarti faktorial. Artinya mengalikan semua bilangan bulat dari 1 sampai jumlah yang simbol terpasang. (mis. 5! Berarti 1 × 2 × 3 × 4 × 5 = 120)

• Narrowband FM (NBFM) adalah sistem FM di mana indeks modulasi kurang dari π / 2 = 1,57, atau

mf <π / 2.

• NBFM banyak digunakan dalam komunikasi. Ini menghemat ruang spektrum dengan mengorbankan rasio signal-to-noise.

04/13/2023


Modulasi Sudut

Bandwidth Sinyal FM

• Semakin tinggi indeks modulasi FM, semakin besar jumlah sideband signifikan dan lebih luas bandwidth sinyal.

• Ketika konservasi spektrum diperlukan, bandwidth dari sinyal FM dapat dibatasi dengan menempatkan batas atas indeks modulasi.

04/13/2023


Modulasi Sudut

contoh:• Jika frekuensi modulasi tertinggi adalah 3 kHz dan deviasi

maksimum adalah 6 kHz, • Berapa indeks modulasi?

mf = 6 kHz / 3 kHz = 2

• Berapa bandwidth?

BW = 2fmN

• Dimana N adalah jumlah sidebands * signifikan

BW = 2 (3 kHz) (4) = 24 kHz

• * Sidebands signifikan adalah mereka yang memiliki amplitudo yang lebih besar dari 1% (01) dalam tabel Bessel.

04/13/2023


Modulasi Sudut

4. Efek dari Penekan Noise pada FM

Kebisingan adalah interferensi yang dihasilkan oleh petir, motor, sistem pengapian otomotif, dan garis switching power yang menghasilkan sinyal transien.

Kebisingan adalah biasanya paku sempit tegangan dengan frekuensi tinggi.

Kebisingan (lonjakan tegangan) menambah sinyal dan mengganggu dengan itu.

Beberapa kebisingan benar-benar obliterates sinyal informasi.

04/13/2023


Modulasi Sudut

• Sinyal FM memiliki amplitudo pembawa termodulasi konstan.• FM receiver mengandung limiter sirkuit yang sengaja membatasi

amplitudo sinyal yang diterima.• Setiap variasi amplitudo yang terjadi pada sinyal FM secara efektif

dipotong oleh sirkuit limiter.• Kliping pada amplitudo tidak mempengaruhi isi informasi dari

sinyal FM, karena semata-mata terkandung dalam variasi frekuensi pembawa.

04/13/2023


Modulasi Sudut

04/13/2023


Modulasi Sudut

Sebuah sinyal FM dengan Noise

Preemphasis• Kebisingan dapat mengganggu sinyal FM dan khususnya dengan komponen

frekuensi tinggi dari sinyal modulasi.• Kebisingan terutama lonjakan tajam energi dan mengandung banyak harmonik

dan komponen frekuensi tinggi lainnya.• Untuk mengatasi noise frekuensi tinggi, teknik yang dikenal sebagai

preemphasis digunakan.• Sederhana high-pass filter dapat berfungsi sebagai rangkaian pra-penekanan

pemancar itu.• Pra-penekanan menyediakan lebih amplifikasi hanya komponen frekuensi

tinggi.

04/13/2023


Modulasi Sudut

04/13/2023


Modulasi Sudut

Preemphasis and deemphasis. (a) Preemphasis circuit

Preemphasis• Sederhana low-pass filter dapat beroperasi sebagai rangkaian

deemphasis dalam penerima.• Sebuah rangkaian deemphasis mengembalikan respon frekuensi

ke tingkat normal datar.• Efek gabungan preemphasis dan deemphasis adalah untuk

meningkatkan rasio signal-to-noise untuk komponen frekuensi tinggi selama transmisi sehingga mereka akan lebih kuat dan tidak tertutup oleh kebisingan.

04/13/2023


Modulasi Sudut

04/13/2023


Modulasi Sudut

Preemphasis and deemphasis. (c) Deemphasis circuit.

• Keuntungan FM• FM biasanya menawarkan beberapa manfaat yang signifikan atas

AM.• FM memiliki kekebalan unggul kebisingan, dimungkinkan oleh

pemotong sirkuit limiter di penerima.• Di FM, mengganggu sinyal pada frekuensi yang sama ditolak. Hal

ini dikenal sebagai efek capture.• Sinyal FM memiliki amplitudo konstan dan tidak perlu untuk

menggunakan amplifier linier untuk meningkatkan tingkat daya. Hal ini meningkatkan efisiensi pemancar.

04/13/2023


Modulasi Sudut

Kerugian FM• FM menggunakan frekuensi spektrum jauh lebih lebar.• FM telah menggunakan sirkuit yang lebih kompleks untuk

modulasi dan demodulasi.• Di masa lalu, sirkuit yang digunakan untuk modulasi frekuensi

dan demodulasi yang terlibat adalah kompleks. Dengan proliferasi IC, sirkuit kompleks yang digunakan dalam FM memiliki semua tapi menghilang. IC yang murah dan mudah digunakan. FM dan AM telah menjadi metode modulasi yang paling banyak digunakan dalam elektronik komunikasi saat ini.

04/13/2023


Modulasi Sudut

04/13/2023


Modulasi Sudut

Engineering

Dasar sistem telekomunikasi (modulasi)