Levy Olivia Nur, MT

Modulasi Digital

Sumber

informasiFormat Modulator

Channel

Demodulat

orUnformatTujuan

Informasi

Analog

atau

digital

Simbol

digital

Baseband

atau

bandpass

Noise

Simbol

digital

Analog

atau

digital

Model Komunikasi Digital

Untuk dapat dikirimkan secara elektrik pada satu kanal, setiap bit

direpresentasikan dengan dua bentuk sinyal yang berbeda, dapat

disebut sebagai simbol : s0(t) dan s1(t)

Proses ini dilakukan setiap T detik, salah satu simbol dikirimkan

sesuai dengan bit yang akan ditransmisikan

Pemilihan bentuk s0(t) dan s1(t) bergantung pada jenis modulasi

digital yang digunakan

Dasar Modulas Digital

Perubahan fasa 1800

Modulasi amplitudo

(ASK)

Modulasi Frekuensi

(FSK)

Modulasi Fasa

(PSK)

Jenis Modulasi Digital

ASK disebut juga OOK merupakan bentuk modulasi yang paling

sederhana

Misalkan bit pertama yang akan dikirimkan = b1 , yang akan

dikirimkan pada interval bit pertama, yaitu 0 t T

Pada modulasi OOK :

s0(t) = 0 , 0 t T

s1(t) = A sin (2pfct) , 0 t T

dimana A adalah amplituda sinyal , fc adalah frekuensi carrier

Dengan OOK kita mengirimkan “burst” sinusoidal apabila b1 =1

dan tidak mengirimkan sinyal apapun apabila b1 = 0

Amplitude shif keying

Sumber

+V, -VBipolar to

Polar Con.

+V, 0

SinyalASK

Pembawa

Sumber

+V, -VBipolar to

Polar Con.

+V, 0

SinyalASK

Pembawa

1 0 01 1

Sumber

Pembawa

Sinyal ASK

1 0 01 1

Sumber

Pembawa

Sinyal ASK

Pembangkitan ASK

0 1 0 1 0 1 0 1

Slicing

Rectifier

Decision circuit

Low Pass Filter

Sinyal yang

diterima

Deteksi ASK

Deteksi ASK dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu :

1. Detektor koheren

2. Detektor non-koheren

b

e

EQP

02

0

2

e NA,)N8

A(exp

2

1P

Eb : Energi bit sinyal

A : amplitudo sinyal

: level daya noise

N0 : rapat spektral daya noise

Kinerja ASK

Seperti pada FM, sinyal FSK dihasilkan akibat pengaruh informasi

terhadap frekuensi carrier.

Sinyal informasi pada FSK berupa digit biner dengan lebar bit Tb.

Frekuensi carrier mempunyai 2 harga, misalnya :

- f0 untuk bit “1”

- f1 untuk bit “0”

Frekuensi Shift Keying

s0(t) = A sin (2pf0t) , 0 t T

s1(t) = A sin (2pf1t) , 0 t T

Sumber

+V, -V

+ SinyalFSK

Sumber

+V, -V

f1

+ SinyalFSKf0

Sinyal ASK 1

Sinyal ASK 2

1 0 01 1

Sumber

Sinyal FSK

f1 f1 f1f2 f2

Carrier

1 0 01 1

Sumber

f1 f1 f1f2 f2

Sinyal FSK

Pembangkitan FSK

Sinyal

yang diterima

Limitter

Differentiator

Low Pass

Filter

Rectifier

Pulse generator

Decision circuit

Deteksi FSK

Deteksi ASK dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu :

1. Detektor koheren

2. Detektor non-koheren

b

e

E21.1QP

2

E

e

b

e2

1P

Kinerja FSK

s0(t) = A sin (2pfct + p) , 0 t T

s1(t) = A sin (2pfct) , 0 t T

Dengan demikian, untuk mengirimkan bit “0” fasa dari gelombang

carrier dimajukan sebesar p radian

Binary Phase Shift Keying

Mengubah fasa sinyal carrier oleh sinyal informasi digital

Deskripsi :

Sumber+V, -V Sinyal PSK

Pembawa

1 0 01 1

Sumber

Pembawa

Sinyal PSK

Pembangkitan BPSK

si (t)

+ (t)

2 A cos wot = s 1 (t) - s 2(t)

KORELATOR

bT

0

dt...1BPF

Deteksi BPSK

Deteksi BPSK dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu :

1. Detektor koheren

2. Detektor non-koheren

b

e

E2QP

)2

TA(exp

2

1P b

2

e

Kinetrja BPSK

Pada sistem Modulasi M-Ary (M > 2) satu simbol digunakan untuk

mewakili lebih dari satu bit.

Untuk memasukkan 2-bit dalam satu simbol misalnya, maka jumlah

simbol yang digunakan harus sama dengan 22 = 4 ----> M = 4

Dengan memilih M-amplituda carrier yang berbeda , M fasa carrier

yang berbeda atau M frekuensi carrier yang berbeda, atau M-

kombinasi amplituda/frekuensi/fasa berbeda, daapt dibentuk satu

sistem modulasi digital “M-state”.

Modulasi Tingkat Tinggi (M-Ary)

Pembangkitan QPSK :

Urutan bit …11000111… misalnya, dikelompokkan menjadi urutan

pasangan bit … 11 , 00 , 01 , 11 , ….

Bit pertama digunakan untuk memodulasi BPSK carier in- phase A

cos (2pfct)

Bit kedua digunakan untuk memodulasi BPSK carrier quadrature

A sin (2pfct)

Kedua tegangan sinyal BPSK in-phase dan quadrature dijumlahkan

intuk membentuk sinyal QPSK

Perubahan simbol terjadi setiap pemrosesan dua-bit ----> Symbol

Interval = 2 x Bit Interval

Quadrature Phase Shift Keying

Pembangkitan QPSK

Apabila terjadi loncatan fasa 180 derajat akan muncul gejala

“carrier-null”

Jumlah state (dinyatakan dalam fasa carrier yang berbeda) M = 4

dengan kemungkinan transisi sebagai berikut :

Konstelasi dan State Transsisi pada QPSK

Pada sistem modulasi Offset QPSK sinyal quadrature BPSK

diperlambat satu Bit Interval relatif terhadap sinyal In-phase BPSK

Dengan demikian transisi simbol kedua sinyal BPSK tidak pernah

terjadi pada saat yang sama , sehingga tidak pernah terjasi loncatan

fasa sebesar 180 derajat -------> tidak akan ada “carrier null”

Offset QPSK (OQPSK)

Pada sinyal OQPSK tidak pernah terjadi transisi fasa 180 mderajat.

Konstelasi dan State Transisi pada OQPSK

Sinyal QPSK dan OQPSK

Sinyal QPSK ideal akan memiliki amplituda konstan; tetapi dalam

prakteknya dibatasi spektrumnya oleh filter bandpass, sehingga

terjadi variasi amplituda. Apabila terjadi transisi fasa 180 derajat, hal

ini akan menyebabkan gejala carrier-null.

Hal-hal diatas dapat menimbulkan masalah apabila sinyal diperkuat

oleh penguat daya yang selalu memiliki karakteristik non-linier

sehingga terjadi gejala AM-AM dan AM-PM

Keuntungan OQPSK

Minimum Shift Keying (MSK) dari OQPSK

Perbandingan QPSK, OQPSK, dan MSK

Sinyal pemodulasi pada GMSK difilter lowpass dahulu sebelum

dimasukkan ke modulator MSK

Dengan respons filter Gaussian, spektrum sinyal lebih sempit

dibandingkan dengan MSK

Gaussian MSK

Modulator GMSK

Demodulasi dan Deteksi Digital

Deteksi sinyal digital koheren direalisasikan dengan berbagai metoda,

antara lain yaitu :

Si (t) + Ni (t)

Integrator

Vt

h

Decision

Circuit

Sample &

Hold S^(t)

.... dt

Tb

0

Integrator/Korelator

Filter

Optomal

Sample & Hold

v o (Tb)S1 (t) atau S2 (t)

Derau

n (t)

v o(t)

Filter optimal

Filter didesain untuk nose yang bukan AWGN

Deteksi Koheren

hopt (t)

Ao

s o(Tb) + no(Tb)

n (t)

si (t)

B

Matched filter

Filter didesain untuk noise AWGN

Deteksi Koheren

PSK dan FSK tidak sensitif terhadap distorsi amplituda pada kanal

Deteksi koheren memerlukan informasi eksak mengenai frekeusni dan

fasa dari sinyal carrier ----> perlu Carrier Recovery

Untuk OOK dapat digunakan detektor AM

Awal dan akhir satu Symbol Interval harus diketahui ---> perlu

bantuan rangkaian Symbol Timing Recovery

Catatan untuk Deteksi

Bandwidth dari kanal transmisiakan membatasi symbol rate sinyal

yang disalurkan

Selanjutnya apabila kanal juga menyenbabkan gangguan noise, maka

kemungkinan ada k4esalahan deteksi

Laju kesalahan dinyatakan dalam BER (Bit Error Rate)

Kebutuhan Bandwidth dan Spektrum Frekuensi

Spektrum Sinyal Base Band

Spektrum ASK atau OOK

Spektrum BPSK

Spektrum FSK

Efisiensi Spektral = Bit Rate/Transmission Bandwidth

Waveform Theoretical Practical

(bit/Hz) (bit/Hz) Eb/N0 Eb/N0

theoretical (dB) practical (dB)

OOK (detector coherent) 1 0.8 11.4 12.5

QAM 2 1.7 8.4 9.5

FSK 1 0.8 12.5 11.8

BPSK (detector coherent) 1 0.8 8.4 9.4

QPSK 2 1.9 8.4 9.9

8-ary PSK 3 2.6 11.8 12.8

16-ary PSK 4 2.9 16.2 17.2

16-ary APK (4-QAM) 4 3.1 13.1 13.4

32-ary APK (8-QAM) 6 4.5 17.8 18.4

64-ary APK (16-QAM) 8 22.4

BER = 1 x 10-4

Efisiensi Spektral Frekuensi

Spektral OQPSK dan MSK

Spektrum GMSK

Perubahan fasa carrier (dari 0 ke p) dan sebaliknya terjadi apabila

ada transisi bit dari 0 ke 1 maupun sebaliknya

Salah satu bentuk DPSK adalah p/4-Shift QPSK

Diferensial PSK (DPSK)

Dinyatakan sebagai harga Bit Error Rate sebagai fungsi dari Eb/N0

(Energi-per-bit terhadap Noise Density)

Kinerja BER Sistem Digital

BPF IF

RFKoax

Penguat pradeteksi

TA, Si NF = 6 dB

G = 80 dB

Demodulator BPSK

Diketahui

TA : 20000K

Sinyal BPSK : 100 kbps

Impedansi masukan : 1 Ohm

a. Jika BER = 10-5, hitung daya sinyal

masukan Si, asumsi filter low pass ideal

b. Berapa Si jika lebar pita derau

ekivalen = 1,4 harga idealnya

Contoh Disain Sistem Digital

a. Lebar pita derau ekivalen LPF (ideal, Nyquist filter) :

=

: rapat spektral derau di keluaran antena (input koax)

kbps502

100

2

BR

b

e

E2QPBER

Hz/watt20

623

eA

10x96,3

290).110(200010.38,1

TTk

25,4E2

10BER b5

Dari Tabel bit error rate

Jawab (1)

dBm5,104

Watt10x5,310.10x58,3BET

ESJadi

Joule10x58,32

)10x96,3()0625,18(E

0625,18E2

14519rb

b

bi

1920

b

b

Jadi daya sinyal masukkan Si yang diperlukan adalah -104,5 dBm

b. Bila lebar pita derau ekivalen naik menjadi 1,4 x BW idealnya, maka tegangan

efektir derau di input decision circuit naik kali4,1

Jawab (2)

4

c

cc

5

10x2BERSehingga

59,34,1

25,4

4,1

v

25,4vv

Q10

Dari tabel

Sehingga dengan adanya kenaikkan lebar pita derau ekivalen akan

mengakibatkan kenaikkan harga BER, performansi menjadi turun.

Jawab (3)