Modulasi Digital - Repository UNIKOM

  Modulasi Digital

  Sumber informasi Format Modulator Channel Analog atau digital Simbol digital Baseband atau bandpass Noise

Model Komunikasi Digital

  Dasar Modulas Digital  Untuk dapat dikirimkan secara elektrik pada satu kanal, setiap bit

  direpresentasikan dengan dua bentuk sinyal yang berbeda, dapat disebut sebagai simbol : s (t) dan s (t)

  1

 Proses ini dilakukan setiap T detik, salah satu simbol dikirimkan

  sesuai dengan bit yang akan ditransmisikan

  

 Pemilihan bentuk s (t) dan s (t) bergantung pada jenis modulasi

  1 Modulasi amplitudo (ASK) Modulasi Frekuensi (FSK)

  Jenis Modulasi Digital

  Amplitude shif keying  ASK disebut juga OOK merupakan bentuk modulasi yang paling

  sederhana

   Misalkan bit pertama yang akan dikirimkan = b , yang akan

  1

  dikirimkan pada interval bit pertama, yaitu 0  t  T

   Pada modulasi OOK : s (t) = 0 , 0  t  T s (t) = A sin (2pf t) , 0

  Sumber +V, -V Bipolar to Polar Con. +V, 0

SinyalASK

Pembawa

  Sumber +V, -V Bipolar to Polar Con. +V, 0

SinyalASK

Pembawa

  1

  1

  1 Sumber Pembawa Sinyal ASK

  1

  1

  1 Sumber Pembawa Sinyal ASK Pembangkitan ASK

Deteksi ASK

  Sinyal yang diterima Rectifier Low Pass Filter

   Deteksi ASK dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu :

  1. Detektor koheren

  2. Detektor non-koheren

     

      b e E Q P

  E b

  : Energi bit sinyal A : amplitudo sinyal  : level daya noise N : rapat spektral daya noise

  Kinerja ASK Frekuensi Shift Keying

 Seperti pada FM, sinyal FSK dihasilkan akibat pengaruh informasi

terhadap frekuensi carrier.

   Sinyal informasi pada FSK berupa digit biner dengan lebar bit T . b

   Frekuensi carrier mempunyai 2 harga, misalnya :

  f untuk bit “1” - - f

  1 untuk bit “0”

  s (t) = A sin (2pf t) , 0  t  T s ₁ (t) = A sin (2pf ₁ t) , 0  t  T Sumber +V, -V + SinyalFSK Sumber +V, -V + SinyalFSK f Sinyal ASK 1

  1

  1

  1 Sumber Carrier

  1

  1

  1 Sumber Pembangkitan FSK Sinyal yang diterima Limitter Differentiator

  Rectifier Deteksi FSK

   Deteksi ASK dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu :

  1. Detektor koheren

  2. Detektor non-koheren

     

      b e E 21 . P 1 Q

  Kinerja FSK Binary Phase Shift Keying

  s (t) = A sin (2pf t + p) , 0  t  T

  c

  s (t) = A sin (2pf t) , 0  t  T

  1 c

   carrier dimajukan sebesar p radian

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

  Pembangkitan BPSK

   Mengubah fasa sinyal carrier oleh sinyal informasi digital

   Deskripsi :

  1

  1

  1 Sumber Sumber +V, -V Sinyal PSK Pembawa Pembawa

      b T ... dt

  s _i (t)

  1 BPF Deteksi BPSK

• +  (t) KORELATOR

   Deteksi BPSK dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu :

  1. Detektor koheren

  2. Detektor non-koheren

     

      b e E

  Kinetrja BPSK Modulasi Tingkat Tinggi (M-Ary)

 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

  2

  simbol yang digunakan harus sama dengan 2 = 4 ----> M = 4

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

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

  Quadrature Phase Shift Keying  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 (2pf t)

  c  Bit kedua digunakan untuk memodulasi BPSK carrier quadrature

  A sin (2pf t)

  c

  Pembangkitan QPSK Konstelasi dan State Transsisi pada QPSK

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

  dengan kemungkinan transisi sebagai berikut :

  Offset QPSK (OQPSK)  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”

   Pada sinyal OQPSK tidak pernah terjadi transisi fasa 180 mderajat.

  Konstelasi dan State Transisi pada OQPSK

  Sinyal QPSK dan OQPSK

  Keuntungan 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 Minimum Shift Keying (MSK) dari OQPSK

  Perbandingan QPSK, OQPSK, dan MSK

  Gaussian MSK

 Sinyal pemodulasi pada GMSK difilter lowpass dahulu sebelum

  dimasukkan ke modulator MSK

   Dengan respons filter Gaussian, spektrum sinyal lebih sempit

  dibandingkan dengan MSK

  Modulator GMSK Demodulasi dan Deteksi Digital

  

Deteksi Koheren

 Deteksi sinyal digital koheren direalisasikan dengan berbagai metoda,

  antara lain yaitu : _{Integrator Decision Circuit}

  T _b   .... dt _{S (t) + N (t) i i}  _{Sample & Hold S^(t) Sample & Hold}

  Vt _{h Filter} h opt

  (t) A o s o

  (T b

  ) + n o

  (T b

  ) n (t) s i

  (t) B

  Deteksi Koheren Catatan untuk Deteksi  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

  Kebutuhan Bandwidth dan Spektrum Frekuensi  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)

  Spektrum Sinyal Base Band Spektrum ASK atau OOK

  Spektrum BPSK Spektrum FSK

• -4

  1

  9.4 BER = 1 x 10

  8.4

  0.8

  1

  11.8 BPSK (detector coherent)

  12.5

  0.8

  9.5 FSK

  Efisiensi Spektral = Bit Rate/Transmission Bandwidth

  8.4

  1.7

  2

  12.5 QAM

  11.4

  0.8

  1

  Waveform Theoretical Practical (bit/Hz) (bit/Hz) E b /N E b /N theoretical (dB) practical (dB) OOK (detector coherent)

  

Efisiensi Spektral Frekuensi

  Spektral OQPSK dan MSK

  Spektrum GMSK

  

Diferensial PSK (DPSK)

 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

  Kinerja BER Sistem Digital  Dinyatakan sebagai harga Bit Error Rate sebagai fungsi dari E /N b

  (Energi-per-bit terhadap Noise Density)

  BPF IF RF Koax Penguat pradeteksi T A , S i NF = 6 dB G = 80 dB Demodulator BPSK

  Diketahui

  Contoh Disain Sistem Digital

  Jawab (1)

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

  B 100 R

  =

    50 kbps

  2

  2 

  b BER  P  Q e     

   : rapat spektral derau di keluaran antena (input koax)    k T T

    A e

  Jawab (2)

   18 , 0625  

  20 ( 18 , 0625 ) ( 3 , 96 x 10 )

  19 

  E   3 , 58 x

  10 Joule b

  

  

19

5 

  14 b Jadi S   E B  3 , 58 x

10 .

10  3 , 5 x

  10 Watt i b r T b   104 , 5 dBm

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

  4 c c c

  5 10 x Sehingga 2 BER 59 ,

  3 4 ,

  1 25 ,

  4 4 ,

  1 v 25 ,

  Q 4 v v

  10  

      

       

     

  Dari tabel Sehingga dengan adanya kenaikkan lebar pita derau ekivalen akan mengakibatkan kenaikkan harga BER, performansi menjadi turun.

  Jawab (3)