Laporan Praktikum Sistem Telekomonikasi
Modul 3 – Amplitude Modulation
Defan Faiz Adytama/22524042 Asisten: Fitri
Tanggal praktikum: 7 Juni 2024 [email protected] Teknik Elektro – Fakultas Teknologi Industri
Universitas Islam Indonesia
Abstrak—Amplitude Modulation (AM) adalah teknik modulasi yang digunakan dalam komunikasi radio di mana amplitudo sinyal pembawa diubah sesuai dengan informasi sinyal pesan. Eksperimen ini bertujuan untuk memahami prinsip dasar AM dan mengukur indeks modulasi menggunakan osiloskop.
Hasil pengukuran menunjukkan bahwa sinyal termodulasi AM memiliki amplop yang bervariasi, dengan amplitudo maksimum 3 V dan minimum 1 V, menghasilkan indeks modulasi 0.5.
Pengaturan yang tepat pada osiloskop memastikan observasi yang jelas terhadap perubahan amplitudo, mengungkapkan karakteristik sinyal AM. Masalah utama dalam AM adalah over- modulasi, yang terjadi ketika indeks modulasi melebihi 1, menyebabkan distorsi dan degradasi kualitas sinyal. Oleh karena itu, nilai indeks modulasi maksimal yang aman adalah 1.
Kesimpulan menunjukkan bahwa pemahaman tentang AM penting bagi mahasiswa teknik elektro untuk merancang dan menganalisis sistem komunikasi yang efektif dan andal.
Kata kumci—Amplitude Modulation (AM); Indeks Modulasi;
Over-Modulasi
I. PENDAHULUAN
Amplitude modulation (AM) adalah teknik modulasi yang digunakan dalam komunikasi radio di mana amplitudo sinyal pembawa (carrier signal) diubah-ubah sesuai dengan informasi atau sinyal pesan yang akan dikirim. Teknik ini adalah salah satu metode modulasi tertua dan paling dasar, dan telah digunakan sejak awal perkembangan radio komunikasi. Dalam AM, frekuensi dan fase dari sinyal pembawa tetap konstan, sementara amplitudonya yang berubah-ubah mengikuti amplitudo sinyal pesan. Dengan cara ini, informasi dari sinyal pesan dapat ditransmisikan melalui gelombang radio yang dapat diterima dan didemodulasi oleh penerima untuk mengembalikan sinyal pesan aslinya.
Bagi mahasiswa teknik elektro, pemahaman tentang amplitude modulation sangatlah penting karena merupakan dasar dari banyak teknik komunikasi modern. Dengan mempelajari AM, mahasiswa dapat memahami prinsip dasar modulasi, yang merupakan komponen kunci dalam transmisi dan penerimaan sinyal elektronik. Pengetahuan ini tidak hanya membantu mereka dalam mengerti bagaimana sistem komunikasi bekerja, tetapi juga memberikan dasar yang kuat untuk mempelajari teknik modulasi lainnya seperti Frequency Modulation (FM) dan Phase Modulation (PM). Selain itu, memahami AM membantu mahasiswa dalam merancang dan menganalisis sistem komunikasi, yang merupakan keterampilan penting dalam bidang teknik elektro.
II. TINJAUAN PUSTAKA A. Master Signal
Gambar 1. Modul Adder
Modul master signal menyediakan berbagai sinyal utama yang digunakan dalam sistem komunikasi, termasuk sinyal pembawa 100 kHz dalam bentuk sinusoidal (sin(wt)) dan cosinusoidal (cos(wt)), serta sinyal digital TTL. Panel ini juga menyediakan jam sampel 8.3 kHz dalam format TTL untuk menyinkronkan proses sampling, dan sinyal pesan 2 kHz dalam bentuk sinusoidal (sin(wt)) serta digital TTL. Fungsi utama dari modul ini adalah untuk mendukung proses modulasi, di mana sinyal pesan dimodulasi ke sinyal pembawa untuk transmisi, dan demodulasi, di mana sinyal pembawa yang dimodulasi diekstraksi kembali menjadi sinyal pesan asli. Selain itu, jam sampel digunakan untuk konversi sinyal analog menjadi digital, yang penting dalam pemrosesan sinyal digital (DSP). Modul ini sangat penting dalam eksperimen dan aplikasi komunikasi, memungkinkan pengguna untuk memahami dan mengimplementasikan konsep dasar dan teknik lanjutan dalam komunikasi sinyal.
B. Modul Adder
Gambar 2. Modul Adder
Modul Adder adalah modul penambah (adder) yang digunakan untuk menggabungkan dua sinyal input. Modul ini memiliki dua input, yaitu A dan B, serta dua kontrol penguatan (gain) G dan g untuk masing-masing input. Sinyal yang masuk ke input A dan B dapat disesuaikan amplitudonya menggunakan pengatur penguatan G dan g, kemudian kedua sinyal tersebut dijumlahkan untuk menghasilkan sinyal output yang merupakan kombinasi linear dari sinyal input, yaitu GA + gB. Output ini dapat digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk modulasi, demodulasi, dan pengolahan sinyal lainnya di mana kombinasi sinyal diperlukan. Fungsi penambah ini penting dalam sistem komunikasi untuk manipulasi sinyal yang lebih kompleks, memungkinkan pengguna untuk menguji dan memahami efek dari penjumlahan sinyal dan pengaturan amplitudo pada hasil akhir sinyal yang diproses.
C. Modul Multiplier
Gambar 3. Modul Multiplier
Modul Multiplier digunakan untuk mengalikan dua sinyal input. Modul ini memiliki dua input, yaitu X dan Y, serta sebuah kontrol untuk memilih antara sinyal DC atau AC. Sinyal input X dan Y dimasukkan ke modul, dan modul ini menghasilkan output yang merupakan hasil kali dari kedua sinyal input tersebut, ditandai sebagai kXY, di mana k adalah faktor skala.
Pengaturan DC atau AC memungkinkan pengguna untuk memilih apakah mereka ingin mengalikan sinyal dengan komponen DC (sinyal konstan) atau AC (sinyal berosilasi).
Fungsi pengali ini sangat penting dalam sistem komunikasi, terutama dalam proses modulasi seperti modulasi amplitude
(AM) dan modulasi frekuensi (FM), di mana sinyal pembawa dikalikan dengan sinyal pesan. Modul pengali juga digunakan dalam berbagai aplikasi pemrosesan sinyal lainnya, seperti deteksi fase dan pengolahan citra. Dengan kemampuan untuk mengalikan sinyal secara presisi, modul ini memungkinkan pengguna untuk melakukan eksperimen yang kompleks dan analisis mendalam terhadap interaksi antara berbagai sinyal dalam sistem komunikasi.
D. Modul Variable DC
Gambar 4. Modul Variable DC
Modul Variable DC menyediakan fungsi pengaturan tegangan DC variabel dan penguatan sinyal. Modul ini memiliki beberapa komponen utama: output +5V, output DC variabel yang dapat diatur menggunakan kenop VOLTAGE, dan koneksi ground (GND). Selain itu, modul ini memiliki dua penguat terpisah yang masing-masing dikendalikan oleh kenop k1 dan k2 untuk mengatur penguatan sinyal input A dan B, menghasilkan output k1A dan k2B. Tegangan DC variabel yang dihasilkan oleh modul ini dapat digunakan untuk memberikan bias pada komponen lain atau sebagai sumber daya yang dapat disesuaikan dalam berbagai eksperimen elektronik. Penguatan sinyal memungkinkan pengguna untuk memperkuat sinyal input sesuai kebutuhan aplikasi spesifik, yang sangat penting dalam pengujian dan pengembangan sirkuit analog dan digital.
III. METODE PRAKTIKUM A. Modulasi AM dengan Sinyal Pesan Sederhana
Untuk memulai eksperimen dengan EMONA Trainer Telekomunikasi, buka perangkat lunak dan siapkan modul yang diperlukan seperti yang tercantum dalam daftar peralatan.
Pastikan Input Coupling pada osiloskop Channel A diatur pada posisi DC. Putar kontrol pada modul Adder maksimal berlawanan arah jarum jam, serta atur kontrol DC Voltage pada modul Variable DCV ke arah berlawanan jarum jam hingga hampir mencapai nilai minimum.
Pengaturan berikutnya dapat dilihat pada Gambar 5, yang direpresentasikan dalam bentuk blok diagram seperti pada Gambar 6.
Gambar 5.
Gambar 6.
Proses perhitungan dalam blok diagram adalah (𝐴 + 𝐵) 𝑋 𝐶. Pada tahap ini, osiloskop seharusnya menampilkan garis lurus karena keluaran modul Adder masih bernilai 0. Untuk mendapatkan hasil (1 + 1(2πft)) × C, Langkah-langkah 6 hingga 9 perlu diselesaikan.
Langkah 6 adalah mengatur Vertical Attenuation pada osiloskop Channel A ke posisi 0.5 V/div. Gunakan Vertical Position pada Channel A untuk memindahkan trace pada osiloskop sehingga sejajar dengan garis horizontal tampilan osiloskop. Sambil memutar kontrol searah jarum jam, perhatikan keluaran modul Adder hingga level DC mencapai 1 V. Selanjutnya, terus perhatikan keluaran modul Adder sambil memutar kontrol searah jarum jam untuk mendapatkan gelombang sinusoidal 1 V. Jawab pertanyaan Q1 pada Lembar Kerja.
Setelah ini, pengaturan modul Trainer yang sudah dilakukan (ditandai dengan garis putus-putus) tidak perlu diubah. Garis terang (hitam) menunjukkan pengaturan baru yang akan ditambahkan pada langkah percobaan berikutnya. Langkah selanjutnya adalah membuat pengaturan pada trainer seperti pada Gambar 7, yang juga dapat direpresentasikan dalam diagram blok pada Gambar 8.
Gambar 7.
Gambar 8.
Penambahan pengaturan ini mencakup faktor pengali sinyal pembawa, yang jika direpresentasikan dalam persamaan matematika menjadi 𝐷 = (𝐴 + 𝐵) × 𝐶, sehingga persamaan lengkapnya adalah 𝐷 = 1 + 1(2𝜋𝑓𝑡) + 4(100𝜋𝑓𝑡).
Langkah 11 adalah mengatur kontrol Vertical Attenuation pada Channel B osiloskop ke posisi 1 V/div. Gambarkan dua gelombang yang terlihat pada osiloskop pada Lembar Kerja (2).
Gunakan kontrol Vertical Position pada Channel A osiloskop untuk menyatukan sinyal pesan dan sinyal AM pada tampilan osiloskop, sehingga sinyal AM terlihat menyelimuti sinyal pesan. Jawab pertanyaan Q2, Q3, dan Q4 pada Lembar Kerja.
B. Modulasi AM
Percobaan berikut ini bertujuan untuk menghasilkan sinyal termodulasi amplitudo dengan menggunakan gelombang sinusoidal sebagai sinyal pesan dari modul Speech. Dalam sistem telekomunikasi modern, sinyal pesan sering kali berupa sinyal suara dan musik.
Langkah pertama, lepaskan kabel yang menghubungkan keluaran modul Master Signal 2 dengan masukan pada modul Adder. Selanjutnya, hubungkan keluaran modul Speech dengan masukan pada modul Adder, sesuai dengan yang ditunjukkan pada Gambar 9.
Gambar 9.
Setelah itu, atur kontrol Timebase pada osiloskop ke posisi 2 ms/div. Amati perubahan tampilan pada layar osiloskop ketika masukan sinyal dari modul Speech dihubungkan.
C. Menginvestigasi Indeks Modulasi
Langkah-langkah berikut ini bertujuan untuk mengamati efek dari indeks modulasi pada sinyal AM dan menghindari over-modulation. Pertama, kembalikan kontrol Timebase pada osiloskop ke posisi 0.1 ms/div. Lepaskan kabel penghubung
yang terhubung ke modul Speech, kemudian sambungkan kembali masukan pada modul Adder ke keluaran sinyal sinusoidal dari modul Master Signal 2. Ubah nilai amplitudo sinyal pesan dengan memutar kontrol pada modul Adder ke kanan dan kiri sambil memperhatikan perubahan pada sinyal AM yang terlihat. Jawablah pertanyaan Q5 pada Lembar Kerja.
Setelah langkah-langkah ini, Anda telah memahami bagaimana sinyal pesan memodulasi sinyal pembawa.
Perubahan pada sinyal termodulasi ini dikenal sebagai efek dari indeks modulasi (m). Nilai indeks modulasi sangat mempengaruhi karakteristik sinyal AM dan dapat digunakan untuk menghitung distribusi daya dari sinyal pembawa dan sinyal sideband-nya. Dua dimensi dari sinyal termodulasi AM ditunjukkan pada Gambar 10. Nilai dari dua dimensi ini digunakan untuk menghitung nilai indeks modulasi.
Gambar 10.
Pada percobaan selanjutnya, Anda akan menghitung dua dimensi ini untuk menentukan indeks modulasi dari sinyal termodulasi AM. Pertama, atur kontrol pada modul Adder dan kembalikan nilai pesan ke 1 V. Ukur dan catat dimensi sinyal pada Tabel 1 di Lembar Kerja. Kemudian, hitung dan catat indeks modulasi sinyal AM menggunakan persamaan:
𝑚 =𝐴𝑚𝑎𝑥− 𝐴𝑚𝑖𝑛 𝐴𝑚𝑎𝑥+ 𝐴𝑚𝑖𝑛
Salah satu hal yang harus dihindari dalam modulasi AM adalah over-modulation. Sinyal pembawa yang mengalami over-modulation akan merusak sinyal yang diterima oleh penerima. Pada langkah berikut, Anda akan mengamati proses over-modulation pada sinyal AM. Naikkan nilai amplitudo sinyal pesan dengan memutar kontrol pada modul Adder searah jarum jam dan amati perubahan sinyal AM pada layar osiloskop.
Gunakan kontrol Vertical Position pada osiloskop untuk menyelaraskan sinyal pesan dan envelope pada sinyal AM, lalu bandingkan keduanya. Jawablah pertanyaan Q6 dan Q7 serta gambarkan hasil pengamatan sinyal pada Lembar Kerja.
IV. HASIL DAN ANALISIS
Gambar 11.
Analisis hasil keluaran gelombang pada gambar menunjukkan proses modulasi amplitudo (AM) dengan sinyal pesan sederhana. Terlihat dua gelombang utama: gelombang merah sebagai sinyal pembawa dan gelombang biru sebagai sinyal termodulasi. Pada modulasi AM, sinyal pesan mengubah amplitudo sinyal pembawa. Gelombang merah menunjukkan frekuensi tetap, sedangkan gelombang biru menunjukkan variasi amplitudo sesuai dengan sinyal pesan. Ini menyebabkan terbentuknya amplop pada gelombang biru yang mengikuti bentuk gelombang merah, mencerminkan informasi yang dibawa oleh sinyal pesan.
Perbedaan antara keluaran modul Adder dan modul Master Signal 2 kHz terletak pada kompleksitas sinyal.
Keluaran modul Adder adalah hasil penjumlahan sinyal pembawa dan sinyal pesan, menciptakan variasi amplitudo yang tidak ada pada sinyal sinusoidal murni 2 kHz dari modul Master Signal. Ciri khas dari sinyal termodulasi amplitudo pada keluaran modul Adder adalah adanya amplop yang berubah sesuai dengan sinyal pesan. Salah satu sinyal pembentuk sinyal termodulasi AM adalah sinyal sinusoidal 2 kHz, yang bertindak sebagai sinyal pembawa. Sinyal pembawa ini dimodulasi oleh sinyal pesan, menyebabkan perubahan amplitudo yang sesuai dengan sinyal pesan.
Sinyal AM adalah sinyal kompleks yang terdiri dari tiga komponen sinusoidal utama: frekuensi pembawa (2 kHz), frekuensi pembawa ditambah frekuensi pesan, dan frekuensi pembawa dikurangi frekuensi pesan. Dengan sinyal pesan berfrekuensi 1 kHz, sinyal AM terdiri dari komponen dengan frekuensi 2 kHz, 3 kHz, dan 1 kHz. Amplitudo sinyal pesan mempengaruhi derajat modulasi sinyal pembawa, di mana amplitudo sinyal pesan yang lebih besar menghasilkan variasi amplitudo yang lebih besar pada sinyal pembawa, dan sebaliknya. Hal ini menunjukkan bahwa informasi sinyal pesan ditransfer melalui perubahan amplitudo sinyal pembawa dalam proses modulasi AM.
Gambar 12.
Dimensi (P) Dimensi (Q)
𝑚 =𝐴𝑚𝑎𝑥− 𝐴𝑚𝑖𝑛
𝐴𝑚𝑎𝑥+ 𝐴𝑚𝑖𝑛
3 1
𝑚 =3 − 1 3 + 1 𝑚 = 0,5 Dari Gambar 12. Dan perhitungan nilai dari indeks modulasi. menunjukkan bahwa sinyal termodulasi AM memiliki amplop yang bervariasi, mencerminkan informasi dari sinyal pesan. Ketika sinyal pesan memodulasi sinyal pembawa, amplitudo sinyal pembawa berubah, menghasilkan
pola gelombang yang kompleks. Amplitudo maksimum (Amax) dan minimum (Amin) dari sinyal termodulasi diukur sebagai 3 V dan 1 V masing-masing, sesuai dengan pengukuran pada gambar pertama. Dengan indeks modulasi sebesar 0.5, gelombang biru menunjukkan variasi amplitudo yang signifikan namun tidak ekstrem. Ini memastikan bahwa sinyal termodulasi masih dalam rentang yang dapat diterima untuk transmisi tanpa mengalami distorsi yang signifikan. Pengaturan timebase yang tepat memungkinkan observasi yang jelas terhadap perubahan amplitudo, memberikan pandangan yang akurat mengenai karakteristik sinyal AM.
Secara keseluruhan, pengukuran dan analisis ini menunjukkan bagaimana sinyal pesan mengubah amplitudo sinyal pembawa dalam modulasi AM, serta pentingnya pengaturan osiloskop untuk mendapatkan tampilan yang jelas dan informatif dari sinyal termodulasi. Indeks modulasi memberikan ukuran kuantitatif dari tingkat modulasi, yang esensial untuk memastikan kualitas dan keandalan transmisi sinyal. Masalah yang terjadi pada sinyal AM saat dia mengalami over-modulasi adalah distorsi. Over-modulasi terjadi ketika indeks modulasi (m) melebihi nilai 1, menyebabkan amplitudo sinyal pesan menjadi lebih besar dari amplitudo sinyal pembawa. Hal ini mengakibatkan munculnya komponen frekuensi tambahan yang tidak diinginkan (harmonik dan intermodulasi), yang dapat menyebabkan interferensi dengan sinyal lain dan degradasi kualitas sinyal.
Dalam kasus yang parah, over-modulasi dapat menyebabkan kehilangan informasi sinyal pesan dan membuat sinyal menjadi tidak dapat dikenali atau diterima dengan benar oleh penerima.
Oleh karena itu, nilai indeks modulasi paling maksimal dari sebuah sinyal pembawa tanpa harus mengalami over-modulasi adalah 1. Pada nilai ini, amplitudo sinyal pesan sama dengan amplitudo sinyal pembawa, memastikan modulasi penuh tanpa distorsi.
V. KESIMPULAN
Kesimpulan dari eksperimen ini menunjukkan bahwa amplitude modulation (AM) adalah teknik modulasi yang efektif untuk mentransmisikan informasi sinyal pesan melalui perubahan amplitudo sinyal pembawa. Analisis hasil gelombang menunjukkan bahwa sinyal termodulasi AM memiliki amplop yang bervariasi, mencerminkan informasi dari sinyal pesan. Ketika sinyal pesan memodulasi sinyal pembawa, amplitudo sinyal pembawa berubah, menghasilkan pola gelombang yang kompleks dengan variasi amplitudo yang signifikan namun tidak ekstrem, seperti yang ditunjukkan oleh indeks modulasi sebesar 0.5. Pengukuran dan pengaturan yang tepat pada osiloskop memungkinkan observasi yang jelas terhadap perubahan amplitudo, memberikan pandangan yang akurat mengenai karakteristik sinyal AM. Masalah utama yang dapat terjadi adalah over-modulasi, di mana indeks modulasi melebihi nilai 1, menyebabkan distorsi dan degradasi kualitas sinyal. Oleh karena itu, nilai indeks modulasi maksimal tanpa over-modulasi adalah 1, memastikan sinyal pesan ditransmisikan dengan kualitas yang baikagian ini memuat kesimpulan-kesimpulan dari proses perancangan, implementasi, terutama pada analisis kerja sistem.
DAFTAR PUSTAKA
[1] J. Lewandowsky, M. Stark, and G. Bauch, “Message alignment for discrete LDPC decoders with quadrature amplitude modulation,” in 2017 IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT), 2017, pp. 2925–
2929. doi: 10.1109/ISIT.2017.8007065.
[2] A. Phadikar, “Multibit quantization index modulation: A high-rate robust data-hiding method,” J. King Saud Univ.
- Comput. Inf. Sci., vol. 25, no. 2, pp. 163–171, 2013, doi:
https://doi.org/10.1016/j.jksuci.2012.11.005.
[3] P. Kainan, A. Sinchai, P. Tuwanut, and P. Wardkein, “New pulse oximetry detection based on the light absorbance ratio as determined from amplitude modulation indexes in the time and frequency domains,” Biomed. Signal Process.
Control, vol. 75, p. 103627, May 2022, doi:
10.1016/j.bspc.2022.103627.
[4]" MODUL 3 AMPLITUDE MODULATION “MODUL PERTEMUAN W2.pdf.”
