Simulink Matlab - DASAR TEORI - SKRIPSI SIMULASI MODULATOR-DEMODULATOR FREQUENCY SHIFT KEYING(F

BAB II DASAR TEORI

2.14 Simulink Matlab

Simulink merupakan bagian tambahan dari Software MATLAB (Mathworks Inc.). Simulink digunakan sebagai sarana pemodelan, simulasi dan analisis dari sistem linier maupun non- linier. Simulink menyediakan GraphicalUser Interface (GUI) sebagai blok diagram untuk membangun model simulasi sistem. Beberapa blok diagram simulink diantaranya adalah;

a. Blok Sine Wave Generator.

Blok Sine Wave Generator berfungsi untuk membangkitkan sinyal sinusoidal.

Sinyal sinusoidal dapat berupa sinyal kontinyu atau sinyal diskrit. Blok Sine Wave Generator ditunjukkan pada Gambar 2.13.

Gambar 2.13 Blok Sine Wave Generator Simulink.

b. Blok Switch.

Blok Switch Simulink berfungsi melewatkan input 1 atau sinyal input 3 berdasarkan nilai input 2. Input 1 dan input 3 adalah input data sedangkan input 2 adalah input kontrol. Blok Switch ditunjukkan pada Gambar 2.14.

Gambar 2.14 Blok Switch Simulink c. Blok Transfer Function.

Blok Transfer Function Simulink memodelkan sistem linier dengan fungsi transfer dalam domain variabel s yaitu variabel transformasi Laplace. Blok Transfer Function ditunjukkan pada Gambar 2.15.

Gambar 2.15 Blok Transfer Function Simulink.

d. Blok Substract.

Blok Substract berfungsi untuk melakukan operasi pengurangan dua sinyal input.

Blok Substract ditunjukkan pada Gambar 2.16.

Gambar 2.16 Blok Substractor Simulink e. Blok Relational

Blok Relational berfungsi untuk melakukan operasi relasi antara dua masukan.

Relasi tersebut bisa berupa lebih kecil, lebih besar atau sama kondisinya. Blok Relational ditunjukkan pada Gambar 2.17.

Gambar 2.17 Blok Relational Simulink In 1

BAB III

PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI

3.1 Perancangan Blok Modulator BFSK

Perancangan blok Modulator BFSK dapat dubuat dengan menggunakan dua blok Sine Wave Generator (OSC1 & OSC2) , blok Switch, blok Binary Bernoulli Generator, blok Repeating Sequence dan blok Manual Switch pada simulink. Rancangan blok Modulator BFSK ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Blok Simulator Modulator BFSK Pada Simulink.

Blok OSC1 membangkitkan sinyal carrier berfrekuensi tinggi yang mewakili bit 1, OSC2 membangkitkan sinyal carrier berfrekuensi rendah yang mewakili bit 0. Blok Switch memilih sinyal dari OSC1 dan OSC2 yang akan ditransmisikan dimana selektornya adalah sinyal bit informasi. Sinyal bit informasi dapat menggunakan blok Bernoulli Binary Generator atau blok Repeating Sequence dengan blok Manual Switch sebagai selektornya. Jika menggunakan blok Bernoulli Binary Generator dalam periode waktu simulasi tertentu, bit 1 dan bit 0 yang dihasilkan bersifat acak dikarenakan blok Bernoulli Binary Generator menggunakan fungsi Random Number dalam men-generate bit informasi. Sementara itu blok Repeating Sequence menggunakan fungsi Sequence Number dalam men-generate sinyal informasi dimana bit 1 dan bit 0 dapat ditentukan, misalnya 1 Byte informasi dimana bitnya 10110110 maka blok

Repeating Sequence akan mengulangi informasi tersebut sesuai lamanya waktu simulasi. Adapun parameter yang harus di isi pada simulasi Modula tor BFSK pada Gambar 3.1 adalah;

OSC1 dan OSC 2

Frekuensi (rad/sec) :______

Sample Time (sec) :______

Bernoulli Binary Generator Probability of Zero :______

Sample Time (sec) :______

Repeating Sequence

Output values :[ _,_,_ ,]

Sample Time :______

Parameter Sample Time pada blok OSC1 dan OSC2 adalah menyatakan periode waktu pencuplikan diamana waktunya sama dengan 𝑵∙𝑭𝒓𝒆𝒌𝒖𝒆𝒏𝒔𝒊^𝟏 dengan N adalah kelipatan pencuplikan. Parameter Sample Time pada blok Bernoulli Binary Generator dan blok Repeating Sequence menyatakan periode waktu 1 bit informasi . parameter Probability of Zero pada blok Bernoulli Binary Generator menyatakan peluang munculnya bit 1 atau bit 0 pada sinyal bit acak yang dihasilkan. Pada blok Repeating Sequence parameter Output Values menyatakan nilai bit-bit informasi yang hendak kita transmisikan.

3.2 Waktu Simulasi

Pada saat simulasi hendak dijalankan perlu di isi nilai yang menyatakan waktu lamanya simulasi dijalankan dalam satuan detik. waktu simulasi nilainya sama dengan ^𝑘

𝑆𝑎𝑚𝑝𝑙𝑒 𝑇𝑖𝑚𝑒 dengan nilai k menyatakan banyaknya bit informasi yang ingin ditampilkan dalam blok Scope Simulink dan nilai parameter Sample Time diambil dari blok Bernoulli Binary Generator atau blok Repeating Sequence. Jika sinyal informasi menggunakan blok Repeating Sequence makan nilai k sama dengan banyaknya bit yang ada pada parameter Output Values pada blok Repeating Sequence Simulink.

3.3 Perancangan Blok Demodulator BFSK

Blok Demodulator BFSK terdiri dari beberapa blok yaitu blok bandpass filter, blok lowpass filter, blok highpass filter, blok envelope, blok riak filter, blok substract dan blok komparator. Blok simulasi Demodulator BFSK ditunjukkan pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Blok Simulasi Demodulator BFSK Pada Simulink.

Rangkaian elektronik blok filter yaitu bandpass filter, highpass filter, lowpass filter diubah kedalam bentuk fungsi transfernya yang akan disi kedalam blok Transfer Function Simulink. Pengubahan tersebut ditunjukka pada Gambar 3.3.

(a)

(b)

(c)

Gambar 3.3 Pengubahan Rangkaian Elektronik Filter ke Bentuk Fungsi Transfer.(a) Bandpass Filter, (b) Highpass Filter, (c) Lowpass Filter.

Blok envelope adalah blok penyearah yang berfungsi untuk menyearahkan sinyal AC kedalam bentuk sinyal DC. Blok envelope dapat dibuat dengan menggunakan blok Switch, Abs, dan blok Adder. Switch1 berfungsi melewatkan sinyal positif, Switch2 berfungsi melewatkan sinyal negatif. Kemudian blok Abs(Absolute) berfungsi membalikkan nilai negatif menjadi positif setelah itu blok Adder adalah titik pertemuan sinyal Switch1 dan Switch2 sehingga membentuk sinyal full wave rectifier. Blok envelope ditunjukkan pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Blok Envelope.

Rangkaian substract pada hardware yang menggunakan komponen resistor dan oprational-amplifier dapat digantikan dengan menggunakan blok Substract simulink. Penggunaan blok Substract Simulink sebagai pengganti rangkaian substract ditunjukkan pada Gambar 3.5.

Constant

Switch 1

Switch 2 Abs

Adder

Out

Gambar 3.5 Blok Substract Simulink Pengganti Rangkaian Substract.

Komparator adalah blok terakhir pada Demodulator BFSK yang berfungsi untuk mengkomparasi sinyal hasil pengurangan yang terjadi di blok Substract.

Rangkaian elektronik komparator menggunakan op-amp digantikan dengan blok Relational pada simulink yang ditunjukka pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Blok Relational Simulink Pengganti Rangkaian Komparator.

Pada Gambar 3.2 ada beberapa blok tambahan supaya simulasi dapat dijalankan yaitu blok delay yang berfungsi untuk mengubah sinyal kontinyu menjadi sinyal diskrit dan data type conversion berfungsi untuk mengubah tipe data dari boolean pada blok relational menjadi bilangan real agar. nilai Parameter yang disi pada blok Demodulator BFSK ini adalah

Bandpass Filter

Frekuensi tinggi cut-off (rad/sec) :___

Frekuensi rendah cut-off (rad/sec) :___

Highpass Filter

Frekuensi cut-off (rad/sec) :___

Lowpass Filter

Frekuensi cut-off (rad/sec) :___

Riak Filter

Frekuensi cut-off (rad/sec) :___

3.4 Simulasi Modulator-Demodulator BFSK

Pada proses simulasi ini adalah dengan menghubungkan blok modulator dengan blok demodulator seperti yang ditunjuukan pada Gambar 3.7. Kemudian isikan nilai parameter dari modulator dan demodulator tersebut dan jalankan simulasi. klik scope simulink dan lihat bentuk sinyal pada masing- masing blok penyusun demodulator kemudian capture dan save gambar sinyal tersebut.

Gambar 3.7 Simulasi Modulator-Demodulator BFSK.

3.5 Simulasi Modulator-Demodulator BFSK dengan Kanal AWGN

Pada tahapan simulasi ini adalah menggunakan Kanal AWGN sebagai medium transmisi dan melihat pengaruh SNR terhadap kerja Demodulator BFSK.

Tentukan rentang dan kenaikan (step) nilai dari SNR.. Setelah menjalankan simulasi lihatlah bentuk sinyal dan bandingkan sinyal demodulator dengan sinyal informasi tiap step SNR. Gambar 3.8 menunjukkan diagram simulasi modulator-demodulator dengan kanal AWGN.

Gambar 3.8 Simulasi Modulator-Demodulator Dengan Kanal AWGN.

Modulator BFSK Demodulator BFSK

Kanal AWGN

3.6 Simulasi Modulator-Demodulator BFSK dengan Kanal Rayleigh Fading dan Kanal AWGN

Pada tahapan simulasi ini adalah menggunakan kanal AWGN dan kanal Rayleigh Fading sebagai medium transmisi. Pertama adalah tentukan parameter SNR pada kanal AWGN, kemudian isi parameter doppler frequency, path delay dan path gain pada blok Rayleigh Fading. Gambar 3.9 menunjukkan diagram simulasi modulator-demodulator dengan kanal AWGN dan Rayleigh Fading.

Gambar 3.9 Simulasi Modulator-Demodulator Dengan Kanal Rayleigh Fading dan AWGN.

Modulator BFSK Demodulator BFSK

Kanal AWGN Kanal

Rayleigh Fading

BAB IV PEMBAHASAN

4.1 Nilai Parameter Modulator BFSK

Pada kondisi nyata, Modulator-Demodulator BFSK bekerja pada frekuensi VHF (Very High Frequency) yang mana rentang frekuensinya dari 30 MHz sampai 300 MHz. Namun penulis menetapkan frekuensi carrier BFSK 50 KHz dengan pergeseran frekuensi ∆f 30 KHz dan frekuensi bit informasi 5 KHz.

Adapun alasan penulis memilih nilai- nilai tersebut karena memudahkan melihat bentuk sinyal pada blok Scope Simulink. Adapun Parameter Selengkapnya dari Modulator BFSK ditunjukkan pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Nilai Parameter Modulator BFSK.

OSC1 (frekuensi mark)

Probability of Zero 0.5

Frekuensi (Hz) 500x10³

Sample Time (sec) 1

500x10³

4.2 Nilai Parameter Demodulator BFSK

Parameter Demodulator BFSK yang di isi yaitu batas atas dan batas bawah blok bandpass filter, frekuensi cut-off lowpass, frekuensi highpass filter dan frekuensi cut-off riak filter.. Adapun nilai Parameter Demodulator BFSK ditunjukkan pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Nilai Parameter Demodulator BFSK Bandpass Filter

Frekuensi batas atas (rad/sec) 2π ㆍ 90x10⁶ Frekuensi batas bawah (rad/sec) 2π ㆍ 20x10⁶

Highpass Filter

Frekuensi cut-off (rad/sec) 2π ㆍ 90x10⁶ Lowpass Filter

Frekuensi cut-off (rad/sec) 2π ㆍ 20x10⁶ Riak Filter

Frekuensi cut-off (rad/sec) 2π ㆍ 500x10³

4.3 Sinyal Keluaran Tiap Blok Penyus un Demodulator BFSK

Sinyal keluaran dari masing- masing blok pada Demodulator BFSK didapat setelah melakukan percobaan simulasi menghubungkan modulator dengan demodulator secara langsung. Tiap blok pada Demodulator BFSK di hubungkan dengan Scope Simulink untuk di capture gambar sinyal keluarannya. Adapun bentuk sinyal pada tiap blok Demodulator BFSK, yaitu;

a. Sinyal Keluaran dari blok bandpass filter.

Sinyal termodulasi pertama akan memasuki blok bandpass filter. Sinyal keluaran dari blok bandpass filter adalah sinyal termodulasi. Bentuk sinyal keluaran dari blok bandpass filter ditunju kkan pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Sinyal Termodulasi.

Mark space

Sinyal informasi

Untuk melihat frekuensi mark dan frekuensi space di dalam sinyal termodulasi ditunjukkan pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Frekuensi Mark dan Frekuensi Space.

b. Sinyal Keluaran dari Blok Highpass Filter.

Setelah melihat sinyal dari blok bandpass filter, selanjutnya melihat bentuk sinyal dari blok highpass dan lowpass filter. Bentuk sinyal keluaran dari blok highpass dan lowpass filter ditunjukkan pada Gambar 4.3.

(a)

(b)

Gambar 4.3 Sinyal Keluaran Blok Filter. (a) Highpass Filter. (b) Lowpass Filter.

Frekuensi (MHz)

Mark space

Jika sinyal diperbesar skalanya maka akan terlihat sinyal berbentuk sinusoidal seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.4.

(a)

(b)

Gambar 4.4 Sinyal Keluaran Blok Filter Skala Diperbesar. (a) Highpass Filter. (b) Lowpass Filter.

Untuk melihat sinyal keluaran dari blok highpass dan lowpass dalam domain frekuensi ditunjukkan pada Gambar 4.5.

(a)

(b)

Gambar 4.5 Frekuensi Domain. (a) Highpass Filter. (b) Lowpass Filter.

Frekuensi (MHz)

space Mark

Mark space

space Mark

c. Sinyal Keluaran Blok Envelope.

Tahap selanjutnya adalah melihat sinyal dari blok envelope pada masing-masing jalur sinyal yaitu jalur frekuensi mark dari blok highpass filter dan jalur frekuensi space dari blok lowpass filter. Sinyal keluaran blok envelope ditunjukkan pada Gambar 4.6.

(a)

(b)

Gambar 4.6 Sinyal Keluaran Blok Envelope. (a) Jalur Sinyal Frekuensi Mark. (b) Jalur Sinyal Frekuensi Space.

Jika sinyal diperbesar skalanya maka akan terlihat sinyal berbentuk sinusoidal seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.7.

(a)

(b)

Gambar 4.7 Sinyal Keluaran Blok Envelope Skala Diperbesar. (a) Jalur Sinyal Frekuensi Mark. (b) Jalur Snyal Frekuensi Space.

Mark space

Mark

space

Mark space

d. Sinyal Keluaran dari Blok Riak Filter.

Setelah sinyal di searahkan dari AC menjadi DC pada blok envelope, sinyal keluaran dari blok envelope masih terdapat riak sehingga perlu difilter kembali dengan blok lowpass filter agar sinyal mendekati DC murni sehingga dapat dilakukan operasi pengurangan (substracting) sinyal. Gambar 4.8 menujukkan sinyal keluaran dari riak filter.

Gambar 4.8 Sinyal Keluaran dari Blok Riak Filter.

e. Sinyal Keluaran Blok Substract.

Setelah riak dari kedua sinyal di filter sehingga mendekati nilai DC murni, maka dilakukan proses pengurangan dengan menggunakan blok substract.

Adapun bentuk sinyal keluaran blok substract ditunjukkan pada Gambar 4.9.

Gambar 4.9 Sinyal Keluaran dari Blok Substract.

f. Sinyal Keluaran Blok Komparator

Hasil pengurangan kedua sinyal tersebut menjadikan sinyal DC kembali menjadi sinyal AC karena adanya amplitudo positif dan negatif. Sinyal positif dan sinyal negatif inilah yang akan dikomparasikan oleh blok komparator. Dengan membuat referensi komparator bernilai nol, maka sinyal postif akan menandakan

Mark space

bit 1 informasi dan sinyal negatif menandakan bit 0 informasi. Adapun bentuk sinyal blok komparator yang merupakan sinyal demodulator dan perbandingannya dengan sinyal informasi ditunjukkan pada Gambar 4.10.

Gambar 4.10 Bentuk Sinyal Output Demodulator dan Sinyal informasi.

Sinyal berwarna ungu adalah sinyal output demodulator dan yang berwarna kuning adalah sinyal informasi. Tampak pada Gambar 4.10 bahwasanya terjadi delay sehingga sinyal keluaran demodulator bergeser fasenya.

4.4 Pengaruh Nilai SNR Pada Sinyal Demodulasi

Dengan menggunakan kanal AWGN sebagai medium transmisi pada simulasi Modulator-Demodulator BFSK maka akan terjadi perubahan pada sinyal demodulasi. Hal ini disebabkan karena terdapat noise pada kanal AWGN yang berupa whitenoise yaitu noise yang amplitudonya tersebar merata disetiap frekuensi. Adapun nilai parameter kanal AWGN ditunjukkan pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Paramter AWGN

Parameter Nilai

Rentang SNR 0 dB - 9 dB

Kenaikan Step 1 dB

Bit Informasi 10110101 10110101 10110101

Pada percobaan ini melihat bagaiamana bentuk sinyal demodulasi akibat pengaruh nilai SNR mulai dari 0 dB sampai 4.5 dB. Adapun bentuk sinyal demodulasi akibat pengaruh nilai SNR ditunjukkan pada Tabel 4.4.

Sinyal De modulasi

Sinyal Informasi

Tabel 4.4 Bentuk Sinyal Demodulasi Akibat Nilai SNR pada kanal AWGN SNR Sinyal demodulasi vs Sinyal Informasi Sesuai

tujuan?

Tidak

Tidak 5

Tidak

Ya 9

4.5 Pengaruh Nilai Frekuensi Doppler Pada Sinyal Demodulasi

Dengan menggunakan kanal Rayleigh Fading sebagai medium transmisi pada simulasi Modulator-Demodulator BFSK maka akan terjadi perubahan pada sinyal demodulasi. Hal ini disebabkan karena terjadi pergeseran frekuensi dan perubahan amplitudo pada kanal Rayleigh Fading. Nilai SNR yang cocok agar Demodulator BFSK bekerja dengan baik telah di dapat saat percobaan simulasi Modulator-Demodulator BFSK dengan Kanal AWGN. Nilai SNR pada percobaan ini adalah 4.5 dB.

Tabel 4.5 Parameter Rayleigh Fading.

Maximum dopler shift(Hz) 1Hz, 10Hz, 100Hz, 1KHz, 10KHz, 100KHz, 1MHz Discrete path delay vector(sec) 2e-6

Average Path Gain (dB) -3

SNR(dB) 6

Pengaruh sinyal modulasi dan demodulasi akibat adanya Fading pada kanal Rayleigh Fading ditunjukkan pada tabel 4.6.

Tabel 4.6 Bentuk Sinyal Demodulasi Untuk Setiap Nilai Frekuensi Doppler Maksimum.

Frekuensi dopler max (Hz)

Bentuk Sinyal Demodulasi Sistem

Sesuai?

Ya 10

100

10K

Tidak

100K

Tidak

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil pembahasan pada bab 4 maka dapat dibuat kesimpulan bahwa:

1. Modul simulasi modulator dan demodulator BFSK telah sesuai dengan teori yang ada dengan dibuktikan bahwa program simulasi yang dibuat telah berhasil dengan baik.

2. Simulasi BFSK dengan medium transmisinya berupa kanal AWGN, sinyal output demodulasi akan bekerja dengan baik apabila SNR diatas 6dB.

3. Simulasi BFSK dengan medium transmisinya berupa kanal Rayleigh Fading dan AWGN, berdasarkan parameter yang ditunjukkan pada Tabel 4.5 maka didapat sinyal output modulasi akan mulai mengalami gangguan yang buruk apabila frekuensi doppler maksimum diatas 10 Khz.

5.2 Saran

Saran bagi mahasiswa yang akan menggunakan modul ini adalah 1. Lakukan percobaan dengan nilai parameter yang berbeda.

2. Coba untuk menambahkan orde filter.

3. Perbesar atau perkecil nilai pergeseran frekuensi ∆f.

4. Coba gunakan halfwave rectifier pada blokenvelope dan lihat bentuk sinyal mulai dari blok envelope sampai blok komparator yaitu sinyal demodulasi.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Simon Haykin and Michael Moher, Introduction to Analog and Digital Communications, 2nd ed. USA: Jhon Wiley & Sons,INC, 2007.

[2] Mylene Pischella and Didier Le Ruyet, Digital Communications 2. USA: Jhon Wiley & Sons,INC, 2015.

[3] Arthur A Giordano and Allen H Levesque, Modeling of Digital Communication systems Using simulink. USA: Jhon Wiley & Sons,Inc, 2015.

[4] Thede Les, Practical Analog and Digital Filter Design.: Artech House, Inc, 2004.

[5] Wai Kai Chen, The Circuit and Filters handbook, 3rd ed. USA: Taylor &

Francis Group, 2009.

Dalam dokumen SKRIPSI SIMULASI MODULATOR-DEMODULATOR FREQUENCY SHIFT KEYING(FSK) UNTUK KEBUTUHAN PRAKTIKUM MODULASI SINYAL DIGITAL (Halaman 25-0)