Apa itu Modulasi? Proses modifikasi sinyal carrier berdasarkan sinyal input

Apa itu Modulasi ?

• Modulasi adalah pengaturan parameter dari sinyal pembawa (carrier) yang berfrequency tinggi sesuai sinyal informasi (pemodulasi) yang frequencynya lebih rendah, sehingga informasi tadi dapat

disampaikan.

• Proses modifikasi sinyal carrier berdasarkan sinyal input

Apa itu Modulasi ?

• Sinyal informasi (suara, gambar, data), agar dapat dikirim ke tempat lain, sinyal tersebut harus

ditumpangkan pada sinyal lain.

• Dalam konteks radio siaran, sinyal yang menumpang adalah sinyal suara, sedangkan yang ditumpangi adalah sinyal radio yang disebut sinyal pembawa (carrier).

• Jenis dan cara penumpangan sangat beragam.

• Yaitu untuk jenis penumpangan sinyal analog akan berbeda dengan sinyal digital.

• Penumpangan sinyal suara juga akan berbeda dengan penumpangan sinyal gambar, sinyal film, atau sinyal lain.

Modulation

• Tujuan utama modulasi adalah untuk menghasilkan sinyal termodulasi yang sesuai dengan karakteristik saluran transmisi.

• Beberapa manfaat lain dari modulasi :

• Mendapatkan transmisi yang efisien • Mengatasi keterbatasan hardware • Mengurangi noise dan interferensi • Untuk penempatan frekuensi

• Modulation Theorem  Frequency Translation

• Shifting atau pergeseran dari spektrum didalam frequency domain

• Merubah atau menempatkan frekwensi rendah menjadi frekwensi yang lebih tinggi agar dapat dikirimkan/ditransmisikan melalui media transmisi.

0 4 KHz f_c frekuensi carrier wave

Jenis-jenis modulasi analog : 1. Amplitude modulation (AM) 2. Frequency modulation (FM)

3. Pulse Amplitude Modulation (PAM)

Jenis Modulasi Berdasarkan Sinyal

Carrier (1)

• Continuous Wave (CW) Carrier Modulation

• Gelombang pembawa (carrier waveform) berupa gelombang kontinyu (biasanya sinusoidal)

• Salah satu parameter dari gelombang pembawa diubah sesuai bentuk sinyal informasi yang akan ditransmisikan

• Modulasi Sinyal Continue (continues wave) :

• Amplitude Modulation (AM)

• Modulasi Sudut (Angle Modulation) : • Phase Modulation (PM)

Jenis Modulasi Berdasarkan Sinyal

Carrier(2)

• Pulse Modulation

• Gelombang pembawa (carrier waveform) berbentuk pulsa (biasanya pulsa persegi/rectangular)

• Salah satu parameter dari pulsa gelombang pembawa diubah sesuai bentuk sinyal informasi yang akan

ditransmisikan

• Modulasi Pulsa

• Pulse Amplitude Modulation (PAM) • Pulse Wide Modulation (PWM)

Jenis Modulasi Berdasarkan Sinyal

Informasi

• Modulasi Analog

• Amplitude Modulation (AM) • Angle Modulation

• Frequency Modulation (FM) • Phase Modulation (PM)

• Modulasi Digital

• Amplitude Shift Keying (ASK) • Frequency Shift Keying (FSK) • Phase Shift Keying (PSK)

• Quadrature Amplitude Modulation (QAM) • dll

Parameter dalam Modulasi

Analog

Slide 10 E_c(t) = E_c cos( _ct +  ) Modulasi amplitude (amplitude modulation,AM) Modulasi sudut (angle modulation) Modulasi frekuensi (frequency modulation, FM) Modulasi fase (phase modulation, PhM) ( _ct +  )

cycle (T) Amplitude (V) 00 +900 1800 -900 time (t) A B A _B Amplitudo

Nilai maksimum dari besaran elektrik (mis voltage) dari gelombang

volta

ge

Frekuensi

Jumlah cycle yang dihasilkan dalam satu detik (cycles per second atau Hertz)

Phase

Gelombang A dengan phase 00

Gelombang B dengan selisih phase -900 _{(lebih lambat) terhadap A}

Gelombang C dengan selisih phase +900 _{(lebih cepat) terhadap A}

C

C

0 π 2π

Amplitude Modulation (AM)

• Sinyal Informasi : m(t)

• Sinyal Carrrier : V_c(t) = A_c cos(_ct)

Index Modulasi

• Untuk sinyal sinusoidal

• 𝑚 = 𝐴𝑚

𝐴_𝑐

• Biasanya modulasi dihitung berdasarkan sinyal hasil modulasi

Contoh Soal

• Tentukan m, V_c dan V_m jika diketahui tegangan puncak sinyal AM adalah 5.9V dan tegangan lembah terendah adalah 1.2 V

Modulasi Amplitude

Untuk m(t) = A_m cos (_mt) maka

V_AM (t) = [A_c + A_m cos (_mt)] cos(_ct) = A_c [1 + cos (_mt)] cos(_ct) = A_c [1 + m . cos (_mt)] cos (_ct)

= A_c cos (_ct) + mA_c cos (_mt) cos(_ct)

= A_c cos (_ct) + A_ccos (_c + _m)t + A_c cos(_c - _m)t

Slide 19 c m A A 2 m 2 m

Spektrum dan Bandwidth

• Spektrum Elektromagnetik :

• frekuensi yang terdapat dalam sinyal

• Bandwidth

• Spektrum elektromagnetik yang diduduki sinyal. • Lebar pita frekuensi yang dilalukan oleh kanal

(rangkaian).

• Luas daerah spektral yang signifikan dari sinyal untuk frekuensi-frekuensi positif

Contoh Soal

• Sebuah sinyal AM memancarkan sinyal modulasi dengan menggunakan sinyal carier 980kHz untuk sinyal informasi 5kHz.

• Tentukan f_USB, f_LSB dan BW yang digunakan oleh

sinyal tersebut. Gambarkan spectrum jika A_c = 10V dan A_m = 3V

• Jika sinyal informasi yang digunakan adalah sinyal suara dengan rentang frekuensi 300 – 3000Hz. Tentukan f_USB, f_LSB dan BW serta gambarkan

AM Power (Daya AM)

• Sinyal AM diperkuat menggunakan power amplifier dan diteruskan ke antenna

• Antena memiliki impedansi

• Sinyal AM adalah sinyal composite

• Sinyal carrier + Sinyal USB + Sinyal LSB

Contoh

• Jika daya dari sebuah sinyal carrier AM adalah

1000W, dan dimodulasi 100%, tentukan total AM dayanya.

• Sebuah AM transmitter memiliki power sinyal carrier 30W. Persentase modulasi adalah 85%.

Tentukan (a) Total daya AM dan (b) Daya salah satu sideband.

AM Power

• Sulit mengukur AM power dengan mengukur tegangan dan menghitung daya.

• Lebih mudah mengukur arus dalam beban

Contoh

• Sebuah antenna memiliki impedansi 40ohm. Sinyal unmodulated AM menghasilkan arus 4.8A. Jika

persentase modulasi adalah 90%, tentukan (a) daya sinyal carrier (b) total daya dan (c) sideband power.

Persentase modulasi

• Cara lain untuk mengukur persentase modulasi adalah dengan menggunakan arus yang melalui antenna.

LINEAR MODULATION:DSB-AM

Demodulasi

• Demodulasi :

• Proses untuk mendapatkan kembali sinyal informasi dari sinyal termodulasi

• Proses demodulasi dapat dilakukan dengan dua cara :

• Dengan menggunakan carrier recovery (detektor Sinkron/ detektor koheren)

• Tanpa menggunakan carrier recovery (detektor non koheren)

• Sinyal termodulasi DSB-AM dapat menggunakan kedua cara tersebut.

• Detektor Koherent dengan menggunakan product detector • Detektor Non Koheren dengan menggunakan Envelope

Demodulasi : Envelope Detector

• Envelope detector :

Rangkaian yang menghasilkan output berupa real envelope dari sinyal inputnya. Rangkaiannya sederhana dan biaya murah tetapi tidak dapat bekerja dengan baik pada kondisi over modulasi.

Demodulasi : Product Detector

LPF Ac cos ω_ct S_AM X(t) Y(t) X

Asumsi : fasa carrier recovery Sinkron dengan fasa sinyal carrier

AMPLITUDE MODULATION

•AM process produces upper and lower sidebands plus original carrier.

•Sidebands are original signal bandwidth and spectrum shifted in frequency. Total bandwidth is 2 times original bandwidth.

•Significant energy remains in carrier.

•DSB-SC and SSB are techniques that provide for more energy efficient transmission and lower modulated signal bandwidth requirements.

Modifikasi terhadap DSB AM

• 2/3 daya yang ditranmisikan berada dalam sinyal carrier

• Informasi terletak pada sideband sinyal.

• Sinyal carrier tidak mengandung informasi.

• Modifikasi Sinyal AM

• DSBSC • SSB

DSBSC (Double Side Band

Supressed Carrier)

• Kelebihan

• Penggunaan DSBSC tidak luas

• Sulit recovery sinyal informasi (demodulasi)

• Contoh penggunaan :

LINEAR MODULATION:DSB-SC

Demodulasi : Product Detector

X LPF

Ac cos ω_ct

S_{AM X(t)}

Y(t)

Envelope detector tidak dapat digunakan secara langsung pada demodulasi Sinyal DSB-SC, karena komponen carrier tertekan (sangat kecil), dan terjadi over modulasi

KECUALI sinyal DSB-SC diberi Carrier dahulu kemudian baru digunakan envelope detector

Pengaruh Beda Phasa

• Jika tidak terdapat beda phasa (φ = 0) maka sinyal hasil demodulasi yang diperoleh akan maksimal (proporsional dengan sinyal informasi awal ) yaitu sebesar : (Ac2 _{/2) m(t)}

• Jika terdapat beda phasa dengan nilai konstan (φ = c) maka sinyal hasil demodulasi yang diperoleh akan mengalami redaman dengan nilai konstant sebesar cos φ, tetapi sinyal hasil demodulasi tidak mengalami distrorsi

• Jika terdapat error phasa dengan nilai konstan (φ = c(t) ), dimana φ bersifat berubah secara random terhadap waktu sehingga cos φ juga berubah-ubah maka sinyal hasil demodulasi yang diperoleh akan mengalami distorsi.

• Oleh karena itu digunakan detector Koherent yang memiliki rangkaian penyinkron fasa dan frekuensi dari sinyal carrier pada transmitter dengan sinyal carrier pada receiver

Single Side Band (SSB)

• Informasi terkandung dalam kedua sideband

• Cukup satu saja.

• Karakteristik

• Jika tidak ada sinyal informasi, tidak ada sinyal yang ditransmisikan.

• SSB

• Proses modulasi yang hanya mengirimkan salah satu side band, mengirimkan upper side band (USB) atau lower side band (LSB).

• SSB-Supressed Carrier

• Proses modulasi SSB yang mengalami penekanan carrier

• Upper Single Side Band Signal (USSB)

• Sinyal yang memiliki nilai spektrum nol untuk | f | < |fc|, dimana fc adalah frekuensi carrier

• Lower Single Side Band Signal (LSSB)

• Sinyal yang memiliki nilai spektrum nol untuk | f | > |fc|

• Proses pembentukan sinyal SSB dapat dilakukan dengan beberapa cara :

• Filtering method • Phasing method • Weaver’s Method

Filter Method

• Filter method / Frequency Discrimination Method

• Side band yang diinginkan berada dalam passband filter dan yang tidak diinginkan berada dalam stopband filter • Karakteristik filter yang tidak ideal dapat menyebabkan

pemotongan side band yang tidak sempurna

m(t)

Product Modulator BPF

Upper/Lower _{Sinyal SSB}

Oscillator f=fc

Phasing Method

• Upper Side Band Signal : s(t) = x(t) – y(t) • Lower Side Band Signal : s(t) = x(t) + y(t)

m(t) Pergeseran Phasa 900 Oscillator f=fc Pergeseran _{Phasa 90}0 X X ∑ S(t) Sinyal SSB Ac cos ωct Ac sin ωct Am cos ωmt m(t)’ = Am sin ωmt + m(t) = Am cos ωmt x(t) y(t)

Phasing Method

• Phasing method merupakan salah satu metoda pembentukan modulasi SSB dengan melakukkan

pergeseran Phasa sebesar 900 pada sinyal informasi dan sinyal carrier. Pergeseran phasa dilakukan dengan tujuan agar pada rangkaian penjumlah sinyal, sinyal

yang tidak diinginkan akan saling meniadakan sehingga yang terkirim hanya satu side band yang diinginkan

saja, yaitu USB atau LSB.

• X(t) = AcAm cos (ωct) cos (ωmt) = (AcAm / 2) {cos (ωct + ωmt) + cos (ωct - ωmt)

• Y(t) = AcAm sin (ωct) sin (ωmt) = (AcAm / 2) {cos (ωct -ωmt) - cos (ωct + -ωmt)

• Jika ingin mengirimkan Upper Side Band maka siynal X(t) – Sinyal Y(t) :

• SUSB = X(t) – Y(t) = AcAm cos (ωct + ωmt)

• Jika ingin mengirimkan Lower Side Band maka siynal X(t) + Sinyal Y(t) :

Weaver’s Method

• Untuk Upper Side Band : output Modulator Balans 3 dijumlahkan dengan output Modulator Balans 4

• Untuk Lower Side Band : input Modulator Balans 3 dipertukarkan dengan input Modulator Balans 4 kemudian output masing-masing modulator balans tersebut dijumlahkan

Masukan audio m(t) Mod Balans 1 Pergeseran Phasa 90 Rangkaian Penjumlah Oscillator Pembawa Audio Mod Balans 2 LPF Audio LPF Audio Mod Balans 3 Oscillator Pembawa RF Pergeseran Phasa 90 Mod Balans 4 s(t) wo Wo+90 wo wo±wm (wo+90)±wm (wo+90)-wm wo-wm (wc+wo-wm)+90 wc wc wc+90 (wc-wo+wm)-90 (wc+wo-wm)+90 (wc-wo+wm)+90

Kelebihan dan Kekurangan SSB

• Kelebihan:

• Menggunakan spectrum yang sedikit (1/2). • Menggunakan daya yang rendah

• Noise yang kecil karena BW yang sempit

• Less selective fading terhadap sinyal SSB untuk long distance

• Perlakuan yang berbeda dari ionosfer • Kekurangan:

• Recover sinyal informasi (demodulasi) membutuhkan rangkaian yang lebih kompleks.

• Sinyal carrier harus degenerate di receiver. • Demodulasi memobutuhkan sinyal carrier.

SSB Power

• Efisiensi power antara SSB dan AM = 4 : 1

• Transmitter output : Peak Envelope Power (PEP)

Contoh

• Sebuah transmitter SSB memiliki 24 V power

supply. Arus pada saat puncak sinyal suara adalah 9.3 A. Tentukan (a) PEP dan (b) rata-rata daya yang digunakan.

Demodulasi SSB

• Jika yang dikirimkan USB maka demodulasi :

= { A_m cos (ω_ct + ω_mt) } A_c cos (ω_ct )

= (A_m / 2) {cos (2ω_ct + ω_mt ) + cos ( ω_mt );

(di inputkan ke LPF)

Y(t) = (A_m) cos ( ωmt )

Jika yang dikirimkan LSB maka demodulasi :

Dengan cara yang sama seperti diatas maka didapatklan sinyal hasil demodulasi :

= A_m cos ( ω_mt ) LPF Ac cos ω_ct S_{SSB SC X(t)} Y(t)

LINEAR MODULATION:SSB

Demodulasi : Pengaruh Beda Fasa

• Jika tidak terdapat beda phasa (φ = 0)maka sinyal hasil demodulasi yang diperoleh akan maksimal (proporsional dengan sinyal informasi awal ) yaitu sebesar : (Ac2 _{Am / 2) cos ωmt = (Ac}2 _{/2) m(t)}

• Jika terdapat beda phasa maka sinyal hasil demodulasi akan mengalami distrosi fasa terhadap sinyal informasi awalnya, dimana setiap

komponen frekuensi dari sinyal informasi asli akan mengalami pergeseran fasa

• Distrosi phasa untuk komunikasi suara dapat ditoleransi karena pendengaran manusia relatif tidak sensitif terhadap distorsi phasa.

Tetapi untuk pentransmisiaan sinyal video dan music hal ini sama sekali tidak dapat diterima.

Aplikasi DSB dan SSB

• DSB

• transmisi informasi warna pada gambar TV.

• SSB :

• Two-way radio (marine application, military communication, dan radio amatir /ham)

Vestigial Side Band (VSB)

• Pada beberapa aplikasi tertentu, spt televisi teknik DSB

terlalu lebar mengambil bandwidth transmisi dan teknik SSB terlalu mahal untuk diimplementasikan meskpiun hanya

menggunakan bandwidth sebesar fm (1/2 bandwidth DSB) • Kompromi antara DSB dan SSB menimbulkan teknik VSB

• VSB diperoleh dengan penekanan partial dari satu side band DSB

• Sinyal DDSB diredam dengan menggunakan Filter bandpass yang disebut Vestigial Side Band Filter

Pembuatan Sinyal VSB

• Sinyal VSB dapat

dibangkitkan dengan proses seperti terlihat pada diagram blok

berikut t c  cos 2 ) (t m VSB FILTER ) (t X_VSB

Spektrum VSB

c  c   ) ( VSB X

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 DSB

Demodulasi sinyal VSB

• Sinyal VSB dapat didemodulasi dengan cara synchronous detection t c  cos ) (t X_VSB LPF ) (t y