ART Budihardja Murtianta Perancangan Modulator BPSK Full text

35

PERANCANGAN MODULATOR BPSK

Budihardja Murtianta

Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik – UKSW Jalan Diponegoro 52-60, Salatiga 50711

Email: budihardja@yahoo.com

Intisari

Dalam tulisan ini akan dirancang dan direalisasikan sebuah modulator BPSK (Binary Phase Shift Keying) yang mempunyai kecepatan pengiriman data 5 Kbps dengan menggunakan isyarat pembawa mempunyai frekuensi 10 KHz. Modulator akan memodulasi data informasi dengan isyarat pembawa sehingga akan menghasilkan isyarat BPSK. Dari pengujian yang dilakukan secara keseluruhan modulator BPSK yang direalisasikan dapat dipergunakan untuk mengirimkan data sesuai yang diharapkan.

Kata kunci : Modulator, Binary Phase Shift Keying

1.

Pendahuluan

Untuk mendukung kelangsungan proses komunikasi data, suara atau gambar dibutuhkan suatu teknik modulasi digital. Modulator bekerja dengan cara menggabungkan isyarat-isyarat informasi berbentuk isyarat pita dasar (baseband) pada frekuensi rendah dengan isyarat pembawa yang berfrekuensi lebih tinggi untuk menghasilkan isyarat termodulasi. Proses penggabungan dilakukan dengan mengubah karakteristik amplitudo, fase atau frekuensi isyarat pembawa berfrekuensi tinggi sesuai dengan isyarat informasi yang ditransmisikan. Proses pengubahan karakteristik isyarat pembawa disebut proses modulasi.

Salah satu teknik modulasi yang digunakan adalah teknik modulasi Phase Shift Keying. Dalam hal ini pergeseran fase yang digunakan adalah BPSK (Binary Phase Shift Keying) . Teknik modulasi BPSK merupakan modulasi yang memiliki 2 aras isyarat yang mempresentasikan 2 kode biner yaitu 0 dan 1 dengan perbedaan sudut fase sebesar 180o.

36

D A T A M A S U K A N

L E V E L C O N V E R T E R

C L O C K M A S U K A N

F R E K U E N S I P E M B A G I

T A P IS L O L O S P IT A

T P 1

T P 2

T P 3

T P 4

T P 5

T P 6 _{K E L U A R A N}

B P S K M IX E R

P H A S E M O D U L A T O R

C A R R IE R G E N E R A T O R

2.

Modulator BPSK

Modulator ini terdiri dari carrier generator dan phase modulator. Carrier Generator terdiri dari sebuah pembagi frekuensi (frekuensi divider) dan sebuah tapis lolos pita digital. Pembagi frekuensi menghasilkan gelombang kotak dengan frekuensi 100 kali lebih kecil daripada frekuensi isyarat yang datang pada clock masukan. Gelombang kotak ini kemudian ditapis oleh tapis lolos pita digital untuk menghasilkan isyarat pembawa sinusoidal yang kemudian digeser fasenya sebesar 180°. Phase modulator terdiri dari sebuah level converter dan sebuah mixer (pengali analog). Level converter mengubah isyarat NRZunipolar ( 0V, 5V ) pada data masukan menjadi isyarat NRZ bipolar (-5V, +5V ). Kemudian mixer menggabungkan isyarat NRZ bipolar dengan gelombang sinusoidal yang dihasilkan oleh carrier generator. Sehingga hasilnya adalah isyarat pembawa sinusoidal yang fasenya terbalik sesuai dengan perubahan polaritas isyarat NRZbipolar.

37 1 2 3 J1 IN 5 6 7 U1B TL084 3 2 1 4 11 U1A TL084 220 10 9 8 U1C TL084 5 6 7 U1B TL084 +12 -12 PT 300k 10k 103 102 PT 1k5 PT 180k 100k

BPF

PT 1k3 103

LPF

10k 47k

I n v e r t i n g

b u f f e r

SW=SI NUS

1 2 3 J2 OUT

2.1.1.

Pembangkit Isyarat Pembawa

(Carrier Generator)

Pembangkit isyarat pembawa akan menghasilkan gelombang sinusoidal yang diperlukan sebagai isyarat pembawa acuan. Pembangkit isyarat pembawa direalisasikan dengan menggunakan untai clock masukan, untai pembagi frekuensi, untai tapis lolos pita, dan untai penggeser fase.

2.1.2. Tapis Lolos Pita

Untai ini digunakan untuk mengubah isyarat kotak dari untai pembagi frekuensi menjadi isyarat sinusoidal yang digunakan sebagai isyarat pembawa acuan.

Gambar 2. Untai Tapis Lolos Pita.

2.1.3. Penggeser Fase

Untuk mendapatkan isyarat pembawa yang saling berbeda fase 180º digunakan untai penggeser fase. Untai penggeser fase ditunjukkan pada Gambar 3.

38

+12

-12

R3 100K R1

100k

3 2

1

4

11

U1A

TL084

5 6

7

U1B

TL084

R4 10K

12 13

14

U1D

TL084

PT1 Rx

C1 Cx

1 2 3

J1

IN

1 2 3

J2

OUT

Gambar 3. Untai Penggeser Fase.

Suatu untai penggeser fase ideal hanya mengubah sudut fase isyarat masukan tanpa mengubah amplitudonya.

2.1.4.

Level Converter

Untai ini berfungsi untuk mengubah isyarat NRZ unipolar (0V,5V) pada data masukan menjadi isyarat NRZ bipolar (-5V,+5V). Untuk memperoleh isyarat ini digunakan untai offset yang kemudian diberi penguat. Untai ini direalisasikan dengan menggunakan Op-Amp TL084.

39 +12 -12 R3 10K R1 10k R2 15k +12 -12 3 2 1 4 1 1 U1A TL084 5 6 7 U1B TL084 R4 10K 12 13 14 U1D TL084 PT1 10K

of f s e t

carier recovery 1 2 3 J1 IN 1 2 3 J2 OUT R1 10K U1A TL084 +12 -12 R3 10K 3 2 1 4 11 PT1 10K INPUT OUTPUT

Gambar 4. Untai Offset.

Keluaran offset kemudian dikuatkan dengan untai penguat yang direalisasikan juga dengan Op-Amp TL084.

Gambar 5. Untai Penguat ( NRZ x 2 ). Keluaran untai pada Gambar 5. mempunyai persamaan :

      + ₊ = 1 1 ) 1 3 ( R PT R Vin Vout

40 -A 2 +A 3 -B 6 +B 5 OA 1 OB 7 V C C 8 V E E 4 U1 LM833 +12 -12 X0 13 X1 14 X2 15 X3 12 X4 1 X5 5 X6 2 X7 4 V D D 1 6 V E E 7 V S S 8 O/I 3 /EN 6 C 9 B 10 A 11 U2 4051 +12 -12 R2 10K +12 12 13 14 U1D TL084 12 13 14 U1D TL084 CL 100u R2 10K TAP IS LOLOS PITA

GESER FASE

LEVEL CONVERTER

DATA ORIGINAL

2.1.5.

Mixer

Mixer berfungsi untuk menggabungkan isyarat NRZ bipolar dengan gelombang sinusoidal yang dihasilkan oleh carrier generator. Untai ini direalisasikan dengan menggunakan Op-Amp LM833 dan IC HEF4051. Op-Amp LM833 berfungsi untuk menjumlahkan keluaran untai pembangkit isyarat pembawa yang telah melalui frekuensi pembagi (frekuensi divider) dengan keluaran dari untai penggeser fase. Sedangkan IC HEF4051 berfungsi untuk menjumlahkan keluaran Op-Amp LM833 dengan keluaran level converter sehingga hasilnya adalah isyarat pembawa sinusoidal yang fasenya terbalik sesuai dengan perubahan polaritas isyarat NRZ bipolar.

41

3.

Pengukuran dan Analisa Modulator BPSK

Pengukuran dan pengujian bertujuan untuk mengetahui apakah modulator yang dirancang dapat bekerja dengan baik serta memenuhi spesifikasi yang ditetapkan. Analisis dilakukan berdasarkan hasil pengujian terhadap keseluruhan sistem dengan spesifikasi teknis yang telah direncanakan.

3.1.

Isyarat Pembawa

Isyarat pembawa merupakan isyarat yang dihasilkan pembagi frekuensi setelah ditapis oleh tapis lolos pita dengan menggunakan Op-Amp TL084 . Isyarat pembawa berbentuk gelombang sinusoidal dengan frekuensi 10 KHz. Berdasarkan Gambar 7, bentuk isyarat pembawa yang dihasilkan cukup baik.

Gambar 7. Isyarat Keluaran Untai Tapis Lolos Pita dengan Clock Masukan 1MHz. Isyarat pembawa acuan adalah isyarat sinusoidal. Isyarat pembawa acuan ini merupakan keluaran untai offset tidak membalik fase menggunakan Op-Amp TL084. Dengan menggunakan untai penggeser fase isyarat yang dihasilkan mempunyai beda fase 180°. Hal ini tampak pada Gambar 8 dan beda fase yang dihasilkan cukup baik.

42

Gambar 8. Keluaran Isyarat Pembawa Acuan dan Invers Isyarat Pembawa Acuan dengan Frekuensi Clock Masukan 1MHz

3.2.

Isyarat Keluaran

Level Converter

Isyarat keluaran level converter merupakan isyarat data masukan NRZ unipolar yang diubah menjadi isyarat NRZ bipolar. Isyarat ini diperoleh menggunakan untai offset dan untai penguat dengan Op-Amp TL084. Perubahan isyarat NRZ unipolar menjadi NRZ bipolar terlihat pada Gambar 9a dan Gambar 9b.

43 Gambar 9b. Isyarat Keluaran Level Converter

3.3.

Isyarat Keluaran

BPSK

Isyarat keluaran BPSK adalah hasil penggabungan isyarat NRZ bipolar dengan gelombang sinusoidal yang dihasilkan pembangkit isyarat pembawa. Keluaran BPSK ini merupakan bentuk isyarat AM. Pada saat data masukan berlogika “1” maka phase modulator mengeluarkan isyarat sinus dan saat data masukan berlogika “0” phase modulator mengeluarkan isyarat –sinus. Kecepatan data tersebut 5 Kbps.

44

4.

Kesimpulan

Pada modulasi BPSK memiliki kombinasi isyarat modulasi yang mengalami pergeseran fasa sesuai kombinasi data masukkan yakni

_s

₁

(t)

=

A

_c

cos

(

ω

_c

t

)

untuk data “1” dan

cos

(

)

0

A

c c

t

s

=

−

ω

untuk data “0” yang direalisasi dengan Op-Amp LM833 dan IC HEF4051 sebagai mixer untuk menghasilkan dua isyarat sinusoidal dengan beda fase 180º. Dan kecepatan data 5 Kbps dapat tercapai dengan menghasilkan isyarat pembawa yang mempunyai frekuensi 10 KHz.

Daftar Pustaka

[1] Young, Paul H, “Electronic Communication Technique”, 5th Edition, New Jersey, Pearson Prentice Hall, 2004.

[2]Haykin, Simon, “Digital Communication”, McGraw-Hill, Series in Electrical Engeneering, 2002.

[3] Tocci, Ronald J, “Digital System, Principle, and Application”, 5th Edition, Englewood Cliff, Prentice Hall, 1991.

39 +12 -12 R3 10K R1 10k R2 15k +12 -12 3 2 1 4 1 1 U1A TL084 5 6 7 U1B TL084 R4 10K 12 13 14 U1D TL084 PT1 10K

of f s e t

carier recovery 1 2 3 J1 IN 1 2 3 J2 OUT R1 10K U1A TL084 +12 -12 R3 10K 3 2 1 4 11 PT1 10K INPUT OUTPUT Gambar 4. Untai Offset.

Keluaran offset kemudian dikuatkan dengan untai penguat yang direalisasikan juga dengan Op-Amp TL084.

Gambar 5. Untai Penguat ( NRZ x 2 ). Keluaran untai pada Gambar 5. mempunyai persamaan :

      + ₊ = 1 1 ) 1 3 ( R PT R Vin Vout

40 -A 2 +A 3 -B 6 +B 5 OA 1 OB 7 V C C 8 V E E 4 U1 LM833 +12 -12 X0 13 X1 14 X2 15 X3 12 X4 1 X5 5 X6 2 X7 4 V D D 1 6 V E E 7 V S S 8 O/I 3 /EN 6 C 9 B 10 A 11 U2 4051 +12 -12 R2 10K +12 12 13 14 U1D TL084 12 13 14 U1D TL084 CL 100u R2 10K

TAP IS LOLOS PITA

GESER FASE

LEVEL CONVERTER

DATA ORIGINAL

2.1.5.

Mixer

Mixer berfungsi untuk menggabungkan isyarat NRZ bipolar dengan gelombang

sinusoidal yang dihasilkan oleh carrier generator. Untai ini direalisasikan dengan menggunakan Op-Amp LM833 dan IC HEF4051. Op-Amp LM833 berfungsi untuk menjumlahkan keluaran untai pembangkit isyarat pembawa yang telah melalui frekuensi pembagi (frekuensi divider) dengan keluaran dari untai penggeser fase. Sedangkan IC

HEF4051 berfungsi untuk menjumlahkan keluaran Op-Amp LM833 dengan keluaran

level converter sehingga hasilnya adalah isyarat pembawa sinusoidal yang fasenya

terbalik sesuai dengan perubahan polaritas isyarat NRZ bipolar.

41

3.

Pengukuran dan Analisa Modulator BPSK

Pengukuran dan pengujian bertujuan untuk mengetahui apakah modulator yang dirancang dapat bekerja dengan baik serta memenuhi spesifikasi yang ditetapkan. Analisis dilakukan berdasarkan hasil pengujian terhadap keseluruhan sistem dengan spesifikasi teknis yang telah direncanakan.

3.1.

Isyarat Pembawa

Isyarat pembawa merupakan isyarat yang dihasilkan pembagi frekuensi setelah ditapis oleh tapis lolos pita dengan menggunakan Op-Amp TL084 . Isyarat pembawa berbentuk gelombang sinusoidal dengan frekuensi 10 KHz. Berdasarkan Gambar 7, bentuk isyarat pembawa yang dihasilkan cukup baik.

Gambar 7. Isyarat Keluaran Untai Tapis Lolos Pita dengan Clock Masukan 1MHz. Isyarat pembawa acuan adalah isyarat sinusoidal. Isyarat pembawa acuan ini merupakan keluaran untai offset tidak membalik fase menggunakan Op-Amp TL084. Dengan menggunakan untai penggeser fase isyarat yang dihasilkan mempunyai beda fase 180°. Hal ini tampak pada Gambar 8 dan beda fase yang dihasilkan cukup baik.

42

Gambar 8. Keluaran Isyarat Pembawa Acuan dan Invers Isyarat Pembawa Acuan dengan Frekuensi Clock Masukan 1MHz

3.2.

Isyarat Keluaran

Level Converter

Isyarat keluaran level converter merupakan isyarat data masukan NRZ unipolar

yang diubah menjadi isyarat NRZ bipolar. Isyarat ini diperoleh menggunakan untai offset

dan untai penguat dengan Op-Amp TL084. Perubahan isyarat NRZ unipolar menjadi NRZ

bipolar terlihat pada Gambar 9a dan Gambar 9b.

43 Gambar 9b. Isyarat Keluaran Level Converter

3.3.

Isyarat Keluaran

BPSK

Isyarat keluaran BPSK adalah hasil penggabungan isyarat NRZ bipolar dengan gelombang sinusoidal yang dihasilkan pembangkit isyarat pembawa. Keluaran BPSK ini merupakan bentuk isyarat AM. Pada saat data masukan berlogika “1” maka phase

modulator mengeluarkan isyarat sinus dan saat data masukan berlogika “0” phase

modulator mengeluarkan isyarat –sinus. Kecepatan data tersebut 5 Kbps.

44

4.

Kesimpulan

Pada modulasi BPSK memiliki kombinasi isyarat modulasi yang mengalami pergeseran fasa sesuai kombinasi data masukkan yakni

_s

₁

(t)

=

A

_c

cos

(

ω

_c

t

)

untuk data “1” dan

cos

(

)

0

A

c c

t

s

=

−

ω

untuk data “0” yang direalisasi dengan Op-Amp LM833 dan

IC HEF4051 sebagai mixer untuk menghasilkan dua isyarat sinusoidal dengan beda fase

180º. Dan kecepatan data 5 Kbps dapat tercapai dengan menghasilkan isyarat pembawa yang mempunyai frekuensi 10 KHz.

Daftar Pustaka

[1] Young, Paul H, “Electronic Communication Technique”, 5th Edition, New Jersey, Pearson Prentice Hall, 2004.

[2]Haykin, Simon, “Digital Communication”, McGraw-Hill, Series in Electrical Engeneering, 2002.

[3] Tocci, Ronald J, “Digital System, Principle, and Application”, 5th Edition, Englewood Cliff, Prentice Hall, 1991.