802.11 Transceiver (2.4 GHz)

(1)

1

802.11 Transceiver (2.4 GHz)

(2)

2

Transceiver Masa Depan

(3)

3

Sistem Komunikasi Sistem Komunikasi

Tujuan dari sistem komunikasi adalah untuk

mentransfer informasi dari pengirim ke penerima

^.

(4)

4

Sistem Komunikasi Radio

Modulator

RF power

amp

Carrier (oscillator)

m(t) Demodu

lator RF

amp

Local Oscillator

m(t) ampIF

Mixer

Sinyal informasi m(t) dikirim dengan cara menumpangkan- nya pada suatu sinyal pembawa (carrier)

(5)

5

Modulasi Modulasi

Modulasi adalah proses dimana suatu sinyal yang berisi informasi (message signal) digunakan untuk mengontrol parameter dari suatu sinyal pembawa (carrier signal)

Sinyal Informasi (Message Signal)

Sinyal informasi (message signal atau modulating signal) dapat berupa:

• Sinyal analog – dinyatakan dengan m(t)

• Sinyal digital – dinyatakan dengan d(t)

Sinyal Pembawa (Carrier)

Sinyal pembawa (carrier) dapat berupa ‘ gelombang sinusoid' atau 'pulse train'.

(6)

6

Modulasi Modulasi

Pandang suatu ‘message signal‘ digital d(t) :

• Jika d(t) mengontrol amplitudo – diperoleh AMPLITUDE SHIFT KEYING (ASK)

• Jika d(t) mengontrol frekuensi – diperoleh FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK)

• Jika d(t) mengontrol fasa – diperoleh PHASE SHIFT KEYING (PSK)

Pandang sinyal pembawa (carrier) dlm bentuk sinusoid :

 

_c



_c _c



c t =V ω t +φ

v cos

• Jika m(t) mengontrol amplitudo – diperoleh AMPLITUDE MODULATION (AM)

• Jika m(t) mengontrol frekuensi – diperoleh FREQUENCY MODULATION (FM)

• Jika m(t) mengontrol fasa – diperoleh PHASE MODULATION (PM)

(7)

7

Multi-Level Message Signal Multi-Level Message Signal

Suatu message signal dapat berupa multi-level atau m-level dimana setiap level direpresentasikan sebagai suatu pola bit 'informasi’. Sebagai contoh untuk m = 4 level

(8)

8

• n bit per codeword akan menghasilkan 2ⁿ = m level berbeda.

• Sinyal ini disebut m-ary (untuk m=2 disebut binary).

• Jadi, untuk m = 4 level pada:

Amplitudo menghasilkan 4ASK or 4-ary ASK Frekuensi menghasilkan 4FSK or 4-ary FSK Phase menghasilkan 4PSK or 4-ary PSK

4-level PSK disebut QPSK (Quadrature Phase Shift Keying).

Multi-Level Message Signal

(9)

9

Carrier berupa Pulse Train Carrier berupa Pulse Train

•

3 parameter pada Carrier adalah:

Amplitudo Pulsa E Lebar Pulsa τ

Posiisi Pulsa T Jadi:

• Jika m(t) mengontrol E – diperoleh PULSE AMPLITUDE MODULATION (PAM)

• Jika m(t) mengontrol τ – diperoleh PULSE WIDTH MODULATION (PWM)

• Jika m(t) mengontrol T – diperoleh PULSE POSITION MODULATION (PPM)

(10)

10

Demodulasi Demodulasi

Demodulasi adalah adalah kebalikan dari proses modulasi untuk me-recover message signal m(t) atau d(t) pada sisi penerima.

(11)

11

Teknik Modulasi (1)

(12)

12

Teknik Modulasi (2)

(13)

13

Teknik Modulasi (3)

(14)

14

Teknik Modulasi (4)

(15)

15

Teknik Modulasi (5)

(16)

16

Jenis Modulasi: AM, FM, PAM

(17)

17

Jenis Modulasi: AM, FM, PAM

(18)

18

Jenis Modulasi: Binary ASK, FSK, PSK

(19)

19

Jenis Modulasi: Binary ASK, FSK, PSK

(20)

20

Jenis Modulasi – 4 Level ASK, FSK, PSK

(21)

21

Jenis Modulasi – 4 Level ASK, FSK, PSK

(22)

22

Modulasi Amplitudo (AM) Modulasi Amplitudo (AM)

v_c(t) = V_c cos(_ct), amplitudo = V_c, frekuensi carrier = _c rps.

Karena _c = 2f_c, maka

frekuensi = f_c Hz dimana f_c = 1/T.

Pandang suatu sinyal pembawa (carroer) berbentuk ‘gelombang sinusoid'.

Amplitude Modulation (AM)

Pada AM, sinyal informasi (modulating signal atau message signal) m(t) ‘ditumpangkan' pada amplitudo dari sinyal

pembawa (carrier).

(23)

23

Sinyal Informasi

Sinyal Informasi m m ( ( t t ) )

Pada umumnya m(t) akan berupa suatu band dari sinyal;

sebagai contoh, sinyal video.

Notasi atau konvensi untuk menyatakan sinyal baseband m(t) terlihat di bawh ini

(24)

24

Sinyal Informasi

Sinyal Informasi m m ( ( t t ) )

Pada umumnya lebar band dari sinyal m(t) terbatas (m(t) disebut band limited).

Pandang, sebagai contoh, suatu sinyal suara via mikrofon.

Envelope dari spektrum sinyal tersebut terlihat di bawah ini:

(25)

25

Persamaan untuk AM Persamaan untuk AM

  ^t ⁼ ^V   ^ω ^t ⁺ ^m     ^t ^ω ^t

v

_s _DC

cos

_c

cos

_c

(26)

26

Persamaan untuk AM Persamaan untuk AM

Misalkan m(t) = V_m cos _mt, i.e. suatu sinyal 'test', maka

  ^t ⁼ ^V   ^ω ^t ⁺ ^V  ^ω ^t    ^ω ^t

v

_s _DC

cos

_c _m

cos

_m

cos

_c

Dengan menggunakan ^A ^B ⁼



^cos



^A⁺^B



⁺^cos



^A^ ^B

 

2 cos 1

cos

 

^t ⁼^V

 

^ω ^t ⁺^V

 

^ω ⁺^ω



^t



⁺^V

 

^ω ^ω



^t



v_s _DC _c ^m _c _m ^m cos _c  _m cos 2

cos 2

diperoleh

Komponen: Carrier upper-sideband (USB) lower-sideband (LSB)

Amplitudo: V_DC V_m/2 V_m/2

Frekuensi: _c _c + _m _c – _m

f_c f_c + f_m f_c + f_m

Persamaan di atas merepresentasikan

Double Amplitude Modulation – DSBAM

(27)

27

Spektrum dan Bentuk Gelombang Spektrum dan Bentuk Gelombang

Spektrum dari sinyal-sinyal input, yaitu spektrum dari (V_DC + m(t)), dengan m(t) = V_m cos _mt, dan carrier cos _ct terlihat di bawah ini.

Juga terlihat bentuk gelombang dalam domain waktu

(28)

28

Diagram di bawah memperlihatkan spektrum dan bentuk

gelombang sinyal output, yang persamaannya dinyatakan dg:

  ^t ⁼ ^V   ^ω ^t ⁺ ^V   ^ω ⁺ ^ω  ^t  ⁺ ^V   ^ω ^ω  ^t 

v

_s _DC _c ^m _c _m ^m

cos

_c



_m

cos 2 cos 2

Spektrum dan Bentuk Gelombang

(29)

29

Modulation Depth Modulation Depth

Pandang persamaan DSBAM

 ^t ⁼^V ⁺^V ^ω ^t  ^ω ^t

v_s _DC _mcos _m cos _c

yang dapat dituliskan kembali sebagai

Nisbah didefinisikan sebagai modulation depth, m^,

  ^ω ^t  ^ω ^t

V + V V

= t

v _m _c

DC m DC

s 1 cos cos

 





DC m

V V

(30)

30

2E_max = maximum peak-to-peak of waveform 2E_min = minimum peak-to-peak of waveform

Modulation Depth

min max

E + E

E

= E

m 2 2

2

2 

Dapat diperlihatkan bahwa:



_DC _m



max = V +V

E 2

2 ²^E_min ⁼ ²



^V_DC ^^V_m



m DC

V V

+ V + V

V + V

V +

= V

m 2 2 2 2

2 2



DC m

V V 4

4

DC m

V

= = V

Modulation Depth

(31)

31

Modulasi

Modulasi Double Sideband (DSB) Double Sideband (DSB)

Ada 3 jenis DSB

• Double Sideband Amplitude Modulation, DSBAM – dengan carrier

• Double Sideband Diminished (Pilot) Carrier, DSB Dim C

• Double Sideband Suppressed Carrier, DSBSC –

tanpa carrier

(32)

32

Representasi Grafis DSBAM

(33)

33

Representasi Grafis DSBDimC dan DSBSC

(34)

34

Ringkasan Representasi Grafis Ringkasan Representasi Grafis

DSBAM V_DC >> V_m, m  1

DSBDimC 0 < V_DC < V_m, m > 1 (1 < m < ) DSBSC V_DC = 0, m = 

(35)

35

Keperluan Bandwidth untuk DSBAM

(36)

36

Modulasi Single Sideband (SSB) Modulasi Single Sideband (SSB)

Jenis SSB bisa jadi SSBAM (dengan komponen carrier yang ‘besar’), SSBDimC atau SSBSC tergantung dari besar V_DC pada input.

(37)

37

Modulasi Single Sideband (SSB)

(38)

38

Modulasi Single Sideband (SSB) Modulasi Single Sideband (SSB)

dengan m(t) = V_m cos _mt, diperoleh^:

 ^t ⁼^V  ^ω ^t ⁺^V ^ω ⁺^ω ^t⁺^V ^ω ^ω ^t

v_s _DC _c ^m _c _m ^m cos _c  _m cos 2

cos 2

Filter SSB filter meredam LSB sehingga output bisa dinyatakan sebagai

 ^t ⁼^V  ^ω ^t ⁺^V ^ω ⁺^ω ^t

v_s _DC _c ^m cos _c _m

cos 2

Catatan, output dapat berupa SSBAM, V_DC besar

SSBDimC, V_DCkecil SSBSC, V_DC = 0

Untuk SSBSC, sinyal output =

  V ω +ω t

= t

v_s ^m cos _c _m 2

(39)

39

Demodulasi Sinyal AM Demodulasi Sinyal AM

Ada 2 metoda utama untuk Demodulasi AM:

• Envelope (Non-coherent) Detection/Demodulation.

• Synchronized (Coherent) Demodulation.

(40)

40

Sederhana, murah, tetapi sinyal input AM harus DSBAM

dengan m << 1, jadi tidak dapat digunakan untuk demodulasi DSBDimC, DSBSC atau SSB.

Detektor Envelope untuk AM terlihat berikut ini:

Envelope (Non-Coherent) Detection

(41)

41

Jika modulation depth > 1, maka akan terjadi distorsi

Kerja Detektor

Kerja Detektor Envelope Envelope

(42)

42

Demodulasi Sinkron (Coherent) Demodulasi Sinkron (Coherent)

Blok diagram demodulator sinkron (coherent) terlihat di bawah ini

Local Oscillator (LO) harus sinkron (coherent), dkl. mempunyai frekuensi dan fasa yang dengan the carrier pada sinyal input AM. Mahal dan tidak sederhana.

Tetapi demodulator ini dapat digunakan untuk semua bentuk sinyal input AM , yaituDSBAM, DSBDimC, DSBSC or SSBAM, SSBDimC, SSBSC.

(43)

43

Demodulasi Sinkron (Coherent) Demodulasi Sinkron (Coherent)

Jika sinyal input AM mengandung komponen pada frekuensi carrier (baik besar maupun kecil), LO bisa diperoleh dari sinyal tersebut sbb.

(44)

44

Catatan Catatan

Modulasi Amplitudo (AM) merupakan basis bagi:

• Modulasi Digital – Amplitude Shift Keying ASK

• Modulasi Digital – Phase Reversal Keying PR

• Multiplexing – Frequency Division Multiplexing FDM

• Up Conversion – Pada Pemancar Radio

• Down Conversion – Pada Penerima Radio

(45)

45

Modulasi

Modulasi Angle Angle

• VHF (30M-300M) untuk high-fidelity broadcast

• Wideband FM (FM TV), narrow band FM (two- way radio)

• Ditemukan oleh Armstrong pada 1933 tetapi baru berhasil secara komersial pada 1949.

• Digital: Frequency Shift Keying (FSK), Phase Shift Keying (BPSK, QPSK, 8PSK,…)

• AM/FM: Transverse wave/Longitudinal wave

(46)

46

Modulasi Angle vs. AM Modulasi Angle vs. AM

• Sifat Modulasi Amplitudo (AM)

– Modulasi Amplitudo bersifat linear

• Hanya memindahkan spektrum dari baseband ke passband, bentuk spektrum tidak berubah.

– Spektrum: S(f) merupakan versi translasi dari M(f) – Bandwidth ≤ 2W

• Sifat Modulasi Angle

– Modulasi Angle bersifat nonlinear

• Bentuk spektrum berubah

– S(f) bukan hanya versi translasi dari M(f)

– Bandwidth umumnya jauh lebih besar dari 2W

(47)

47

Pro/Kontra Aplikasi Modulasi Pro/Kontra Aplikasi Modulasi

Angle Angle

• Kelebihan

– Pengurangan Noise yang lebih baik

– Memperbaiki fidelity dari sistem komunikasi

• Kekurangan

– Efisiensi bandwidth rendah

– Implementasinya tidak sederhana (kompleks)

• Aplikasi

– Radio (broadcast) FM

– Komunikasi sinyal suara TV – Two-way mobile radio

– Radio Selular

– Komunikasi Satelit dan Microwave

(48)

48

Frekuensi

Frekuensi Instantaneous Instantaneous

 

( ) cos ( ) ,

where : carrier amplitude, ( ) : angle (phase)

c i

s t A t

A t



 1 ( )

( ) 2

i i

f t d t

dt



  Modulasi Angle mempunyai 2 bentuk

- Modulation Frekuensi (FM): message signal direpresentasi kan sebagai variasi dari frekuensi sesaat (instantaneous

frequency) dari carrier

- Modulasi Phase (PM): message signal direpresentasi

kan sebagai variasi dari fasa sesaat (instantaneous phase) dari carrier

 

( )

_c

cos 2

_c

( ) s t  A  f t   t

Dimana Φ(t) merupakan fungsi dari sinyal informasi m(t)

(49)

49

Modulasi Fasa (PM) Modulasi Fasa (PM)

 Sinyal PM (phase modulation)

( )

_c

cos 2

_c _p

( ) s t  A ^   f t k m t  ^ 

( ) ( ), : phase sensitivity instantanous frequency ( ) ( )

2

p p

p

i c

t k m t k

k dm t f t f

dt







 

(50)

50

Modulasi Frekuensi (FM) Modulasi Frekuensi (FM)

• Sinyal FM (frequency modulation)

( )

_c

cos 2

_c

2

_f 0^t

( )

s t  A ^    f t   k  m   d ^  

0

: frequency sensitivity

instantanous frequency ( ) ( ) angle ( ) 2 ( )

2 2 ( )

f

i c f

t

i i

t

c f

k

f t f k m t

t f d

f t k m d

   

   

 



 



(51)

51

Karakteristik FM Karakteristik FM

 Karakteristik sinyal FM

– Zero-crossing tidak regular – Envelope-nya konstan

– Sinyal FM dan PM serupa

(52)

52

Hubungan antara FM dan PM

(53)

53

Deviasi Frekuensi Deviasi Frekuensi

• Deviasi Frekuensi Δf

– Selisih antara frekuensi sesaat maksimum dengan frekuensi carrier

– Definisi:

– Hubungan dengan frekuensi sesaat max | ( ) |

f m f

f k A k m t

  

single-tone ( ) case: cos(2 ) general case:

i c m

c i c

m t f f f f t

f f f f f



  

     

(54)

54

Indeks Modulasi Indeks Modulasi

• Indeks Modulasi menyatakan berapa besar variabel modulasi (frekuensi instantaneous) berubah disekitar level tanpa-modulasi

(frekuensi sinyal message )

• Bandwidth

max | ( ) | AM (envelope): ,

1

max | ( ) | FM (frequency):

a

f m

k m t

  f





 ^t m d t

a( ) () 











   



 ( )sin ...

! cos 3

)

! ( sin 2

) ( cos

)) ( Re(

)

( ³

2 2

2

t w t

k a t w t

a k t w A

t

t  _c _f _c ^f _c ^f _c



(55)

55

Narrow Band Angle Modulation Narrow Band Angle Modulation

1 )

(t 

a k_f

 ^w ^t ^k ^a ^t ^w ^t 

A

t ) cos

_c _f

( ) sin

_c

(  



Definisi

Persamaan

(56)

56

Contoh

(57)

57

Diagram Blok Pembangkitan sinyal NBFM

(58)

58

Wide Band FM Wide Band FM

 Sinyal Wideband FM

 Representsai dalam Fourier Seies

 

( ) cos(2 )

( ) cos 2 sin(2 )

m m

c c m

m t A f t

s t A f t f t



  



 

 

( ) ( ) cos 2 ( )

( ) ( ) ( ) ( )

2

c n c m

n

c n c m c m

n

s t A J f nf t

S f A J f f nf f f nf

 

  









 

     



( ) : -th order Bessel function of the first kind Jn  n

(59)

59

Contoh

(60)

60

Bandwidth dari sinyal FM Bandwidth dari sinyal FM

• Secara teoritis sinyal FM mempunyai bandwidth tak terhingga

• Pada kenyataannya, daya pada komponen side frequencies menjadi sangat kecil diatas suatu titik tertentu sengga bisa diabaikan, dengan demikian sinyal FM dapat dianggap mempunyai bandwidth yang berhingga

• Aproksimasi besar bandwidth suatu sinyal FM signal dinyatakan oleh

– Aturan Carson (merupakan batas bawah)

(61)

61

Aturan Carson Aturan Carson

 Hampir seluruh daya sinyal FM terdapat pada bandwidth

– Untuk sinyal message single-tone dengan frekuensi f_m

– Untuk sinyal message m(t) dengan bandwidth (atau komponen frekuensi tertinggi) W

2 2 2( 1)

T m m

B    f f    f

2 2 2( 1)

B

T

   f W  D  W

max | ( ) |

f m f

f k A k m t

  

802.11 Transceiver (2.4 GHz)