DEMODULATOR QPSK (QUADRATURE PHASE SHIFT KEYING) TUGAS AKHIR - Demodulator QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) - USD Repository

  

DEMODULATOR QPSK

( QUADRATURE PHASE SHIFT KEYING)

TUGAS AKHIR

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada

  Program Studi Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi

  

Disusun Oleh:

Yohana Febrianti Sumardi

NIM : 035114017

  

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

  QPSK DEMODULATOR FINAL PROJECT Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree In Electrical Engineering Study Program By: Yohana Febrianti Sumardi Student Number : 035114017 ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY

  HALAMAN PENGESAHAN TUGAS AKHIR DEMODULATOR QPSK ( QUADRATURE PHASED SHIFT KEYING)

  Disusun Oleh :

  YOHANA FEBRIANTI SUMARDI

  NIM : 035114017 Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji

  Pada tanggal : 8 Maret 2008 dan dinyatakan memenuhi syarat Susunan Panitia Penguji

  Nama Lengkap Tanda Tangan Ketua : Martanto, S.T., M.T. ...................................

  Sekretaris : Damar Widjaja, S.T., M.T. ................................... Anggota : A. Bayu Primawan, S.T., M.Eng. ................................... Anggota : Pius Yozy Merucahyo, S.T., M.T. ................................... Yogyakarta, ....................................

  Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Dekan

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

  Yogyakarta,

  22 Februari 2008 Penulis

  Yohana Febrianti Sumardi Percayalah kepada TUHAN dengan segenap hatimu, dan janganlah bersandar kepada pengertianmu sendiri (Amsal 3:5)

  

Orang yang tidak mau mendengarkan kritik

Tidak akan pernah belajar darinya

Ketika seorang sahabat melukai kita,

kita harus menulisnya di atas pasir agar angin maaf datang

dan menghapus tulisan itu. Dan bila sesuatu yang luar biasa baik terjadi, kita harus memahatnya di atas batu hati kita, agar takkan pernah bisa hilang tertiup angin.

  Tugas akhir ini kupersembahkan untuk: Tuhan Yesus atas kasih-Nya

Kedua orang tuaku tercinta (Bpk.Sumardi

& Ibu Ninik Sri Lestari)

  

Kakaku tersayang (Danang Indra Sumardi)

yang selalu memberikan cinta, doa, dorongan dan nasehat.

DEMODULATOR QPSK

  

INTISARI

  QPSK merupakan salah satu teknik modulasi yang dapat digunakan untuk IDR dan VSAT pada komunikasi satelit, modem ISDN, serta telepon seluler. Demodulasi QPSK merupakan proses mengkodekan kembali sinyal analog yang memiliki empat keadaan fasa yang berbeda menjadi dua bit data digital pada masing-masing keadaannya. Keunggulan QPSK adalah efisiensi bandwidth dan lebih tahan terhadap interferensi yang disebabkan oleh perubahan amplitudo. Dengan banyaknya manfaat QPSK, maka perlu dibuat suatu modul sebagai alat bantu belajar.

  Demodulator QPSK ini terdiri dari BPF untuk menyaring frekuensi tertentu yang berasal dari modulator QPSK, Carrier Recovery untuk menghasilkan sinyal pembawa, Product Detector untuk mengalikan sinyal termodulasi dan sinyal pembawa, LPF, Komparator, Bit-timing recovery untuk mengasilkan clock, dan register PISO untuk mengubah data paralel menjadi data serial.

  Demodulator QPSK yang dibuat dapat mengkodekan kembali sinyal informasi dari modulator QPSK jika mengunakan sinyal pembawa dari modulator. Tetapi tidak demikian jika digunakan sinyal pembawa dari Carrier Recovery. Kata kunci : demodulator QPSK, modulasi fasa.

  

QPSK DEMODULATOR

ABSTRACT

  QPSK is one of the modulation technique that is used for IDR and VSAT in satellite communication, ISDN modem, and cell phone. QPSK demodulation is an encoding process of analog signal that have four different phase resulting two bit digital data on each phase. The benefit of QPSK is bandwidth efficiency and more robust from interference signal that is caused by amplitude changing. With the benefit of the QPSK modulation, so a practicum module is important to be made.

  QPSK demodulator that has been made consist of BPF to filter a certain frequency from QPSK modulator, Carrier Recovery to produce carrier signal, Product Detector to multiply between modulated signal and carrier signal, LPF, Comparator, Bit-timing recovery to produce clock signal for PISO register, and PISO register to change parallel data to serial data.

  QPSK demodulator that has been made can encode the information signal from QPSK modulator if use carrier signal from modulator. But if use carrier signal from Carrier Recovery, demodulator QPSK cannot encode the information signal.

  Key word: QPSK demodulator, phase modulation.

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis panjatkan ke Hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul. “Demodulatror QPSK ”. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik. Dalam penyusunannya, banyak pihak yang telah membantu memberikan dukungan dan dorongan pada penulis, oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1.

  Bapak Damar Widjaja, ST., MT., yang telah bersedia meluangkan waktu untuk membimbing penulis.

  2. Bapak Martanto, ST.,MT., yang telah bersedia meluangkan waktu dan kesabaran dalam membimbing. Terima kasih pula untuk seluruh dosen-dosenku di Fakultas Teknik atas segala ilmu yang berguna 3. Papa, Mama, Yang Ti, Mbah putri di Kartasura, serta kakakku

  Danang. Terima kasih atas segalanya. Thanx for you’re love…

  4. Untuk Tante Yekti, Om Budi, Titin, terima kasih atas tumpangan hidupnya selama di Yogya.

  5. Untuk Ntong, terima kasih atas kebersamaan kita, susah ,senang, dan belajar untuk hidup sabar.

  6. Sahabat-sahabatku Inggit Suminggit, Amoh alias Gigih , Cik Mer, Kiwil alias Suryo menggolo, Kokop alias Jakop, Gendut alias Alex, Angga, Jeffry, Win, Cecep, Adit, terima kasih atas segala kebersamaan

  8. Untuk mas Sur, mas Mardi, mas Broto, terima kasih atas segala bantuannya di Laboratorium dan kesabarannya.

9. Semua teman-teman Teknik Elektro angkatan 2003 mari kita berkarya bersama.

  10. Teman-teman di PMK Apostolos, mari kita bertumbuh bersama.

  Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari Pembaca agar dalam proses penulisan di kemudian hari dapat semakin baik. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat secara luas, baik bagi penulis maupun bagi semua pihak yang membacanya.

  Yogyakarta, Februari 2008 Penulis

  

Daftar Isi

  Halaman Judul................................................................................................. i Lembar Pengesahan Pembimbing .................................................................. iii Lembar Pengesahan Tugas Akhir................................................................... iv Lembar Pernyataan keaslian karya.................................................................. v Motto............................................................................................................... vi Halaman Persembahan.................................................................................... vii Intisari.............................................................................................................. viii Abstract........................................................................................................... ix Kata Pengantar................................................................................................ x Daftar Isi ........................................................................................................ xii Daftar Gambar ................................................................................................ xvi Daftar Tabel .................................................................................................. xx Daftar Lampiran ............................................................................................ xxi BAB I. Pendahuluan .......................................................................................

  1 1.1. Latar Belakang ..................................................................................

  1 1.2. Batasan Masalah ................................................................................

  2 1.3. Tujuan Penelitian ...............................................................................

  2 1.4. Manfaat Penelitian .............................................................................

  2

  BAB II. Dasar Teori .......................................................................................

  4 2.1. Modulasi.............................................................................................

  4 2.2. Modulasi Digital ................................................................................

  5 2.2.1. Amplitude Shift Keying (ASK) .................................................

  5 2.2.2. Frequency Shift Keying (FSK) ................................................

  6 2.2.3 Phase Shift Keying (PSK) ........................................................

  6 2.3. Phase Shift Keying (PSK) .................................................................

  7 2.4. Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) ..........................................

  8 2.5. Demodulator QPSK ...........................................................................

  11 2.6. Komponen Pendukung ............ .........................................................

  13 2.6.1 Band Pass Filter (BPF) ............................................................

  13 2.6.2 Carrier recovery ......................................................................

  17 2.6.3 Penggeser Fasa .....................................................................

  21 2.6.4 Product Detector ..................................................................

  24 2.6.5 Low Pass Filter ....................................................................

  25 2.6.6 Komparator (Pembanding) ...................................................

  26 2.6.7 Bit-Timing Recovery ................................................................

  27 2.6.7.1 Tunda waktu (delay) ....................................................

  28 2.6.7.2 Gerbang XOR ............................................................

  30 2.6.8 Masukan Paralel Keluaran Serial .............................................

  31 BAB III. Perancangan .................................................................................

  35

  3.2.1. Band Pass Filter ...................................................................

  51

  43

  45

  47

  48

  48

  49

  50

  52

  39

  55

  55

  56

  57

  66

  73

  73

  41

  36

  3.2.2. Carrier Recovery ...................................................................

  3.2.7.3 Gerbang XOR ................................................................

  3.2.3. Penggeser Fasa.... .....................................................................

  3.2.4 Product Detector .....................................................................

  3.2.5 Low Pass Filter .....................................................................

  3.2.6 Komparator ................................................................................

  3.2.7 Bit-Timing Recovery ..................................................................

  3.2.7.1 Komparator ....................................................................

  3.2.7.2 Tunda waktu (delay) ......................................................

  3.2.7.4 PLL ...............................................................................

  4.3.2 Carrier Recovery .......................................................................

  3.2.8 Parallel In Serial Out ................................................................

  BAB IV Hasil dan Pembahasan .....................................................................

  4.1 Perangkat Keras Hasil Perancangan ...................................................

  4.2 Analisis Demodulator QPSK secara keseluruhan ..............................

  4.2.1 Menggunakan Sumber Sinyal Pembawa dari Moduator QPSK

  4.2.2 Menggunakan Sumber Sinyal Pembawa dari Carrier

  Recovery 4.3 Analisa pada tiap blok ........................................................................

  4.3.1 Band Pass Filter .........................................................................

  76

  4.3.5 Low Pass Filter ..........................................................................

  83 4.3.6 Komparator ................................................................................

  86 4.3.7 Bit Timing Recovery .................................................................

  87 4.3.8 PISO ..........................................................................................

  88 BAB V Kesimpulan dan Saran .......................................................................

  90 Daftar Pustaka ................................................................................................

  91 Lampiran ........................................................................................................

  

Daftar Gambar

Gambar 2.1 Modulasi sinyal ASK ..................................................................

  5 Gambar 2.2 Modulasi sinyal FSK....................................................................

  6 Gambar 2.3 Modulasi sinyal PSK ...................................................................

  7 Gambar 2.4 Sinyal dalam bentuk polar ...........................................................

  9 Gambar 2.5 Diagaram fasor QPSK ................................................................

  9 Gambar 2.6 Empat keadaan fasa QPSK ........................................................

  10 Gambar 2.7 Sinyal termodulasi QPSK ...........................................................

  10 Gambar 2.8 Diagram Blok Demoulator QPSK ..............................................

  11 Gambar 2.9 Karakteritik BPF ........................................................................

  14 Gambar 2.10 Rangkaian multiple-feedback BPF ...........................................

  15 Gambar 2.11 Diagram Blok PLL ..............................................................

  18 Gambar 2.12 Blok diagram LM 565 …………...........................................

  20 Gambar 2.13 IC PLL LM 565 ...................................................................

  21 Gambar 2.14 Rangkaian Integrator dasar ...................................................

  22 Gambar 2.15 Rangkaian Integrator AC ......................................................

  23 Gambar 2.16 IC MC 1496...........................................................................

  24 Gambar 2.17 Karakteristik ideal LPF.........................................................

  25 Gambar 2.18 Rangkaian LPF aktif dengan 2 pole......................................

  26

Gambar 2.21 Sinyal pada Bit-timing recovery................................................

  39

  31

  31

  32

  33

  33

  34

  37

  41

  29

  42

  43

  44

  45

  47

  48

  49

  50

  29

  28

Gambar 2.22 Rangkaian RC .........................................................................Gambar 3.2 Tanggapan frekuensi BPF.............................................................Gambar 2.23 Step respon rangkaian RC.........................................................Gambar 2.24 IC 74LS86..................................................................................Gambar 2.25 Register geser PISO dengan D flip-flop ...................................Gambar 2.26 Diagram blok flip-flop JK ........................................................Gambar 2.27 IC 74LS76.................................................................................Gambar 2.28 Diagram blok flip-flop D..........................................................Gambar 2.29 IC 74LS74.................................................................................Gambar 3.1 Rangkaian tapis BPF aktual BPF..................................................Gambar 3.3 Rangkaian PLL..............................................................................Gambar 3.12 Rangkaian PLL ...........................................................................Gambar 3.4 Rangkaian integrator .....................................................................Gambar 3.5 Gelombang keluaran integrator.....................................................Gambar 3.6 Rangkaian Product detector menggunakan MC 1496 .................Gambar 3.7 LPF dua kutub...............................................................................Gambar 3.8 Tanggapan frekuensi LPF ............................................................Gambar 3.9 Komprator ....................................................................................Gambar 3.10 Rangkaian tunda (delay) ............................................................Gambar 3.11 Simulasi tunda waktu ..................................................................

  52

Gambar 4.1 Modul Demodulator QPSK............................................................

  64

  58

  59

  60

  61

  62

  63

  64

  56

  65

  66

  67

  67

  68

  69

  69

  57

  56

Gambar 4.2 Bagian – bagian Demodulator QPSK............................................Gambar 4.10 Keluaran sistem PISO..................................................................Gambar 4.3 Pengujian dengan sinyal pembawa dari Modulator QPSK............Gambar 4.4 Sinyal SSB [CH1]dan keluaran PD kanal I [CH2]........................Gambar 4.5 Sinyal keluaran PD [CH1]dan komparator kanal I [CH2].............Gambar 4.6 Perbandingan sinyal informasi Modulator Demodulator kanal I...Gambar 4.7 Sinyal termodulasi [CH1] dan keluaran PD kanal Q [CH2]..........Gambar 4.8 Komparator kanal Q dan PD kanal Q............................................Gambar 4.9 Perbandingan sinyal informasi Modulator Demodulator kanal Q.Gambar 4.11 Perbandingan data serial Modulator Demodulator QPSK...........Gambar 4.20 Sinyal keluaran PD kanal Q dan sinyal keluaran komparatorGambar 4.12 Sinyal termudolasi dan sinyal keluaran PISO..............................Gambar 4.13 Pengujian dengan sinyal pembawa dari carrier recovery……… Gambar 4.14 Sinyal keluaran carrier recovery pengambilan ke-1…………….Gambar 4.15 Sinyal keluaran carrier recovery pengambilan ke-2…………....Gambar 4.16 Perbandingan sinyal SSB dengan sinyal carrier recovery............Gambar 4.17 Sinyal SSB dan keluaran PD I.....................................................Gambar 4.18 Sinyal keluaran PD kanal I dan sinyal keluaran komparator kanal I............................................................................................Gambar 4.19 Sinyal SSB dan keluaran PD Q..................................................

  70

Gambar 4.22 Grafik BPF...................................................................................

  84

  78

  79

  80

  81

  82

  83

  85

  77

  86

  86

  87

  88

  88

  89

  77

  75

Gambar 4.23 Sinyal dari AFG dan sinyal keluaran PLL kaki 9.......................Gambar 4.30 PD dan komparator......................................................................Gambar 4.24 Keluaran penggeser fasa 1..........................................................Gambar 4.25 Keluaran PLL pada kondisi free running.....................................Gambar 4.26 Keluaran PLL pada kondisi capture ..........................................Gambar 4.27 Sinyal keluaran pengeser fasa 2..................................................Gambar 4.28 Sinyal keluaran BM dan keluaran PD kanal I.............................Gambar 4.29 Sinyal keluaran BM dan keluaran PD kanal Q............................Gambar 4.31 Grafik LPF kanal I.......................................................................Gambar 4.39 Keluaran PISO.............................................................................Gambar 4.32 Grafik LPF kanal Q......................................................................Gambar 4.33 PD dengan Vref...........................................................................Gambar 4.34 Keluaran komparator....................................................................Gambar 4.35 Sinyal tunda..................................................................................Gambar 4.36 Sinyal picu....................................................................................Gambar 4.37 Data D0 dan D1............................................................................Gambar 4.38 Clock sistem PISO.......................................................................

  89

  

Daftar Tabel

Tabel 2.1.Tabel kebenaran keluaran QPSK....................................................

  13

  84

  78

  74

  72

  34

  32

  30

  8

  Tabel 2.2.Tegangan keluaran yang mewakili bit keluaran demodulator .......

Tabel 4.5 Data Pengukuran LPF kanal Q........................................................Tabel 4.4 Data Pengukuran LPF kanal I..........................................................Tabel 4.3 Pengukuran PLL..............................................................................Tabel 4.2 Data Pengukuran BPF.....................................................................Tabel 4.1 Perhitungan kanal I dan Q..............................................................Tabel 2.5 Tabel kebenaran flip-flop D............................................................Tabel 2.4 Tabel kebenaran flip-flop JK .........................................................Tabel 2.3 Tabel kebenaran gerbang XOR.......................................................

  85

  Daftar Lampiran

  Lampiran 1. Rangkaian Keseluruhan Lampiran 2. Tunda Modulator Demodulator QPSK Lampiran 3. Tunda tiap sistem Modulator Demodulator QPSK Lampiran 4. Rangkaian Product Detector Lampiran 5. Datasheet

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Beberapa perangkat digital membutuhkan pengubahan data digital menjadi sinyal analog agar dapat ditransmisikan kedalam media transmisi analog. Teknik modulasi untuk mentransformasikan data digital menjadi sinyal-sinyal analog antara lain Amplitude Shift Keying (ASK), Frequency Shift Keying (FSK), Phase

  Shift Keying (PSK) [1].

  QPSK merupakan salah satu teknik modulasi pengembangan dari PSK yang dapat digunakan untuk IDR (Intermedite Data Rate) dan VSAT pada komunikasi satelit, modem ISDN, telepon seluler [2][3]. Sebuah sinyal PSK dapat dibangkitkan dengan menggunakan data digital untuk mengubah fasa yang mempunyai frekuensi dan amplitudo tetap. Demodulasi QPSK merupakan proses mengkodekan kembali sinyal analog menjadi sinyal digital berdasarkan perubahan fasa dari sinyal termodulasi. Keunggulan QPSK adalah efisiensi bandwidth dan lebih tahan terhadap interferensi yang disebabkan oleh perubahan amplitudo [1].

  Karena fungsi dan keunggulan dari QPSK maka perlu dibuat suatu modul QPSK dalam bentuk hardware. Sehingga nantinya dapat digunakan sebagai alat bantu untuk menjelaskan cara kerja sistem demodulator QPSK.

  1.2 Batasan Masalah

  2. Frekuensi sinyal pembawa 100 kHz dengan kecepatan data 20kbps.

  2. Perancangan dalam membuat perangkat demodulator QPSK.

  1. Studi pustaka menggunakan buku-buku dan jurnal-jurnal.

  Metode penelitian yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

  1.5 Metoda Penelitian

  Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini yaitu menjadi acuan dan bahan pertimbangan untuk pengembangan teknik modulasi digital.

  1.4 Manfaat Penelitian

  Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuat suatu perangkat demodulator QPSK.

  1.3 Tujuan Penelitian

  π π π π untuk data digital 01,00,10 dan 11.

  Batasan masalah pada penelitian ini adalah:

  4

  3 ,

  4

  5 ,

  4

  7 ,

  4

  1. Demodulator QPSK memiliki empat perubahan fasa

  3. Membuat perangkat keras demodulator QPSK.

1.6 Sistematika Penulisan

  1. BAB I PENDAHULUAN Pendahuluan berisi latar belakang masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metode penelitian dan sistematika penulisan.

  2. BAB II DASAR TEORI

  Bab ini berisi penjelasan tentang QPSK sebagai salah satu jenis teknik modulasi digital, pemahaman demodulator QPSK dam perangkat-perangkat yang digunakan untuk menunjang penelitian ini.

  3. BAB III RANCANGAN PENELITIAN

  Bab ini berisi penjelasan alur perhitungan, persamaan-persamaan matematis, serta parameter-parameter dalam membuat perangkat demodulator QPSK.

  4. BAB IV HASIL IMPLEMENTASI DEMODULATOR QPSK DAN PEMBAHASAN

  Bab ini berisi hasil pengamatan demodulator QPSK dan menganalisa data yang diperoleh.

  5. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  Bab ini berisi ringkasan hasil penelitian yang telah dilakukan, spesifikasi peralatan yang dibuat dan usulan berupa ide-ide untuk perbaikan atau pengembangan terhadap penelitian yang telah dilakukan.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Modulasi

  Modulasi adalah pengaturan parameter sinyal pembawa (carrier) yang berfrekuensi tinggi oleh sinyal informasi (pemodulasi) yang berfrekuensi lebih rendah, sehingga informasi dapat tersampaikan. Tujuan dari modulasi yaitu untuk memperkecil interferensi sinyal pada pengiriman informasi yang menggunakan frekuensi sama atau berdekatan dan untuk mempermudah mewujudkan dimensi antena. Sinyal temodulasi dapat ditransmisikan melalui sebuah saluran transmisi menggunakan metode multiplexing [4]. Berdasarkan sumbernya, modulasi dapat dibagi menjadi dua, yaitu modulasi analog dan modulasi digital. Jika sumbernya analog, maka teknik modulasi yang digunakan adalah modulasi analog. Jika sumbernya digital, maka menggunakan modulasi digital. Modulasi digital didapatkan dengan mengubah parameter sinyal pembawa (amplitudo, frekuensi, fasa), berdasarkan aliran data digital dari sumber informasi [1].

  Teknik umum yang dipakai dalam modulasi analog adalah modulasi fasa (Phase Modulation - PM), modulasi frekuensi (Frequency Modulation - FM), dan modulasi amplitudo (Amplitude Modulation – AM). Teknik yang umum dipakai

2.2 Modulasi digital

  Modulasi dipengaruhi oleh satu atau lebih dari tiga karakteristik sinyal pembawa yaitu amplitudo, frekuensi, dan fasa. Sehingga terdapat tiga dasar teknik modulasi untuk mentransformasikan data digital menjadi sinyal-sinyal analog.

  2.2.1 Amplitude-shift keying (ASK) Pada ASK, dua nilai biner diwakili oleh dua amplitudo yang berbeda dari sinyal pembawa. Hal tersebut dapat dilihat seperti pada Gambar 2.1. Umumnya salah satu dari amplitudo adalah nol. Digit satu ditunjukkan dengan adanya sinyal pada amplitudo yang konstan dari suatu sinyal pembawa, sedangkan untuk digit nol ditunjukkan dengan ketidakadaan sinyal pembawa [1].

Gambar 2.1 Modulasi sinyal ASK [1]

  Sinyal yang dihasilkan adalah [1] A cos(2 πf c t) biner 1 (2.1) dengan f c adalah frekuensi sinyal pembawa dan A adalah amplitudo sinyal pembawa.

  2.2.2 Frequency-shift keying (FSK) Pada FSK, dua nilai biner diwakili oleh dua frekuensi yang berbeda di dekat frekuensi sinyal pembawa seperti terlihat pada Gambar 2.2. Sinyal yang dihasilkan adalah [1]

  A cos(

  2 π f t ) biner 1 (2.3) ₁ s(t) =

  A cos(

  2 f t ) biner (2.4) π dengan f

  1 adalah frekuensi tinggi dan f adalah frekuensi rendah di dekat frekuensi sinyal pembawa.

  Data masukan Modulasi sinyal FSK

Gambar 2.2 Modulasi sinyal FSK [1]

2.2.3 Phase-shift keying (PSK)

  Pada PSK, fasa sinyal pembawa diubah untuk menampilkan data seperti

  2 f t ) = s biner + A cos( 1 (2.5) π θ _{c 1} s(t) = cos( 2 ) biner 0 (2.6)

  A π f t = s _{c o}

  dengan θ adalah sudut fasa sinyal, θ = π rad.

Gambar 2.3 Modulasi sinyal PSK [1]

2.3 PSK ( Phase Shift Keying)

  PSK (Phase Shift Keying) merupakan proses modulasi fasa gelombang _n pembawa. Keadaan fasa yang digunakan pada PSK yaitu 2 . Untuk n=1 memberikan dua keadaan fasa yang berbeda yang disebut Binary Phase Shift

  Keying (BPSK). Untuk n=2 memberikan empat keadaan fasa yang berbeda yang

  disebut Quadrature Phase Shift Keying (QPSK). Sedangkan untuk n=3 memberikan delapan keadaan fasa yang berbeda dan seterusnya yang disebut M-

  ary PSK [5], [6].

  Pada proses modulasi BPSK, perubahan sinyal informasi yang berupa data modulasi QPSK, perubahan sinyal informasi yang merupakan data digital 2 bit (00,10,11,01) akan merubah keadaan fasa sinyal pembawa, sehingga ada empat keadaan fasa sinyal termodulasi yaitu 135°, -135°, -45°, 45° [4], [6].

2.4 QPSK ( Quadrature Phase Shift Keying)

  QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) adalah salah satu teknik modulasi digital yang menghasilkan sinyal dengan empat kondisi data yang berbeda pada masukannya, sehingga akan menghasilkan empat fasa keluaran yang berbeda. Masing-masing fasa mewakili dua bit data [1], [6]. Kombinasi tiap bit dan keluaran fasa QPSK ditunjukkan dalam Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Tabel kebenaran [6]

  Masukan bit Keluaran fasa QPSK

  I Q

  0 1 45° 0 0 135° 1 0 -135° 1 1 -45°

  Dari tabel dapat dilihat bahwa untuk bit 01 disandikan dengan fasa 45°, bit 00 disandikan dengan fasa 135°, bit 10 disandikan dengan fasa -135°, dan bit 11 disandikan dengan fasa -45°. Bit data masukan terdiri dari dua jenis yaitu I (inphase) dan Q (quadrature). dilihat pada Gambar 2.4. Koefisien s menggambarkan amplitudo dari sinyal I (in ₁₁ ) dan koefisien s menggambarkan amplitudo dari sinyal Q (quadrature) [7].

  phase ₂₁ ^{2 2}

  I Q (2.7)

• Magnitudo sinyal S =

  Fasa sinyal = arc tan I/Q (2.8)

  

φ ( t )

₁

s ₂₁ s , s _{11 21}

  θ ° φ ( t ) ₂ s ₁₁ Gambar 2.4 Sinyal dalam bentuk polar [6]

  Sinyal QPSK dalam bentuk fasor dapat dilihat pada Gambar 2.5. Terlihat bahwa jarak anguler antara kedua fasor yang berdekatan pada QPSK yaitu sebesar 90°. Karena itu suatu sinyal QPSK dapat mengalami pergeseran fasa +45° atau

• 45° selama tranmisi. Keempat output QPSK mempunyai amplitudo dan frekuensi yang sama [6].

  Dalam QPSK terdapat dua proses penyandian sinyal yaitu modulasi QPSK dan demodulasi QPSK. Modulasi QPSK merupakan suatu proses mengubah sinyal informasi yang berupa data biner menjadi sinyal termodulasi berupa sinyal analog. Referensi untuk perubahan fasa sinyal termodulasi QPSK dapat ditunjukkan pada

Gambar 2.6. Untuk data I bernilai 0 dan Q bernilai 1 diwakili fasa 45°. Untuk data

  

I bernilai 0 dan Q bernilai 0 diwakili fasa 135°. Untuk data I benilai 1 dan Q

  bernilai 0 diwakili fasa -135°. Sedangkan untuk data I bernilai 1 dan Q bernilai 1 diwakili fasa -45°.

Gambar 2.6 Empat keadaan fasa QPSK [6]Gambar 2.7 memperlihatkan sinyal QPSK yang termodulasi. Demodulasi QPSK merupakan proses menyandikan kembali sinyal termodulasi yang berupa sinyal

  analog menjadi sinyal informasi yang berupa data digital (2bit).

2.5 Demodulator QPSK

  Demodulator QPSK merupakan suatu perangkat yang berfungsi untuk menyandikan kembali sinyal termodulasi yang berupa sinyal analog menjadi sinyal informasi (data digital 2 bit) yang berasal dari modulator QPSK. Sebuah demodulator QPSK tersusun atas beberapa perangkat yaitu Band Pass Filter (BPF), Carrier recovery, penggeser fasa, Product Detector, Low Pass Filter (LPF), komparator, Bit-timming recovery, dan Parallel In Serial Out (PISO) [6],[8]. Gambar 2.8 memperlihatkan diagram blok demodulator QPSK.

Gambar 2.8 Diagram blok demodulator QPSK [6],[8]

  Sinyal yang diterima demodulator QPSK setelah di-filter oleh BPF adalah cos( ω + t θ ) . Kemudian sinyal tersebut langsung dipisah menuju ke bagian _{c d} harus mempunyai frekuensi dan fasa yang konsisten dengan sinyal pembawa referensi yang dikirimkan [8].

  Masukan dari product detector (PD) berasal dari sinyal keluaran BPF yaitu sinyal yang termodulasi dan sinyal keluaran dari carrier recovery. Apabila masukan dari PD I adalah ) cos( yang berasal dari sinyal termodulasi dan

  ω + t θ _{c d}

  o − cos( ω t _c 90 ) yang berasal dari carrier recovery, maka keluaran dari PD I adalah

  cos( ω t θ ) × cos( ω + t − _{c d c} 90 ° )

  o o

  1

  1 = cos[( t ) ( t − ω θ ω + + + + _{c d c c d c} 90 )] cos[( ω t θ ) − ( ω t − 90 )]

  2

  2

  o o

  1

  1 cos( 2 t 90 ) cos( 90 ) (2.9)

  = ω θ − θ _{c d d} + + +

  2

  2 Keluaran dari product detector lalu diumpankan ke dalam Low Pass Filter (LPF) sehingga [8]

  1 V

  I cos(

• o

  90 ) (2.10) _{o d} = θ

  2 dengan

  V I adalah tegangan keluaran pada I dan _o

  θ adalah fasa sinyal _d termodulasi.

  Apabila masukan dari PD Q adalah ) cos( ω + t θ yang berasal dari sinyal _{c d} termodulasi dan cos t yang berasal dari carrier recovery maka keluaran dari ω _c

  PD Q adalah

  1

  1 cos( t ) cos t = cos[( ω t θ ) ω t ] cos[( ω t θ ) − ω + + + + t ] ω θ × ω + _{c d c c d c c d c}

  2

  2

  1

  1 = cos( 2 ω t θ ) cos θ (2.11) + +

  1 V Q = cos (2.12) _{o d} θ

  2 dengan

  V Q adalah tegangan keluaran pada Q dan θ adalah fasa sinyal _{o d} termodulasi.

  Keluaran dari

  V _{o o} I dan

  V Q dapat dilihat pada Tabel 2.2 dengan memasukkan fasa-fasa pada sinyal termodulasi yaitu 45 °, 135°, 225°, 315°.

  Tegangan positif (V) mewakili bit 1 dan tegangan negatif (-V) mewakili bit 0.

Tabel 2.2 Tegangan keluaran yang mewakili bit keluaran demodulator.

  V Q

  V I o o

  Fasa Bit

  1

  V Q = cos θ

• 1

  V _{o d} I = cos( θ 90 ) ^o _{o d} 2 keluaran

2 I Q

• 0,35 0,35

  01 45 °

• 0,35 -0,35

  00 135 ° 0,35 -0,35

  10 225

  ° 0,35 0,35

  11 315 °

2.6 Komponen Pendukung

  Sebuah demodulator QPSK tersusun atas beberapa perangkat yaitu Band

  Pass Filter (BPF), Carrier recovery, Integrator, Product Detector, Low Pass Filter (LPF), komparator, Bit-timming recovery, Parallel In Serial Out (PISO).

2.6.1 Band Pass Filter (BPF)

  Band Pass Filter merupakan rangkaian yang menghasilkan karakteristik

  tanggapan frekuensi dengan tujuan melewatkan frekuensi dari rentang bawah frekuensi bawah (lower frequency) sampai dengan fh yaitu frekuensi atas (upper frequency ) yang ditunjukkan pada Gambar 2.9 [9],[10].

Gambar 2.9 Karakteristik BPF [10]

  Dari Gambar 2.9 terlihat bahwa passband (PB) merupkan semua frekuensi yang letaknya berada diantara frekuensi bawah fl dan frekuensi atas fh. Semua frekuensi tersebut berada di dalam suatu bidang pita frekuensi (bandwidth). Sedangkan stopband adalah semua frekuensi yang nilainya lebih rendah dari fl dan juga lebih tinggi dari fh.

  Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam BPF antara lain :

  1. Center Frequency (fo) yaitu frekuensi pusat dari sebuah BPF

  fo = f f (2.13) _{h l} dengan f adalah frekuensi atas dan f adalah frekuensi bawah. _{h l} 2.

  Bandwidth (BW) pada BPF adalah selisih antara frekuensi atas dan frekuensi bawah.

  3. Faktor kualitas (Q) menggambarkan pita dari pass-band. Semakin kecil Q maka bandwidth akan semakin lebar, sedangkan semakin besar Q menyebabkan bandwidth semakin sempit [11].

  f _o Q = (2.15) BW Filter dapat diklasifikasi menjadi filter pasif dan filter aktif. Filter pasif

  merupakan filter yang terdiri dari kombinasi resistor (R), kapasitor (C), dan induktor (L). Sedangkan filter aktif merupakan filter yang terdiri dari kombinasi resistor (R) dan kapasitor (C) saja [12]. Pada perancangan yang digunakan adalah filter aktif.

  Perancangan akan menggunakan multiple-feedback (MFB) BPF. Rangkaian ini paling sesuai digunakan untuk perancangan BPF dengan nilai Q yang rendah (kurang dari 20). Rangkaian multiple-feedback BPF ternormalisasi adalah seperti Gambar 2.10. Frekuensi pusat geometris ternormalisasi adalah

  =1rad/s. Nilai resistansi ternormalisasi adalah fungsi dari Q. Nilai Q yang ω diinginkan sudah ditentukan secara langsung dalam rancangan ternormalisasi, sehingga nilai Q tidak berubah selama proses penskalaan [12].

  Untuk merancang BPF aktif digunakan penskalaan frekuensi dan impedansi (Frequency and Impedance Scaling) dengan prosedur penskalaan sebaga berikut: Prosedur penskalaan BPF [12]:

  1. Konstanta penskalaan frekuensi (Kf) ω _{r r} 2 π f

  K = = _{f r r}

  ω ω (2.16)

  ω r dengan = frekuensi referensi pada rancangan ternormalisasi ( bisa fo untuk BPF, biasanya bernilai 1 rad/s)

  ω _r = frekuensi referensi pada rancangan aktual

  2. Konstanta penskalaan impedansi (K )

  r

  K r = Level Impedansi pada Rangkaian Aktual (2.17) Level Impedanse pada Rangkaian Ternormalisasi

  Tahap-tahap pengubahan dari rancangan ternormalisasi ke rancangan realistis

• Lakukan penskalaan frekuensi dengan membagi semua C dengan K f (bisa juga dilakukan untuk R).
• Tentukan K r , sehingga nilai elemen aktual mudah didapatkan di pasaran.
• Kalikan semua R dengan K r dan bagi semua C dengan K r .
• R untuk gain dan bias ditentukan terpisah. Dari tahapan pengubahan di atas, nilai komponen dapat diperoleh sebagai berikut:

  C _ternor C = (2.18) _basic K _f

  b. Menentukan K _r

  R _aktual K = _r R _{ternormali sasi}

  c. Menentukan C aktual

  C _basic C = (2.19) _aktual K _r

  d. Menentukan R _aktual

  R R K (2.20) _{aktual ternor r} = ×

2.6.2 Carrier Recovery

  Carrier recovery merupakan salah satu bagian penting dalam demodulator

  QPSK. Rangkaian tersebut digunakan untuk menghasilkan sinyal pembawa yang konsisten dengan sinyal pembawa modulator [6]. Carrier recovery dapat dibangun dengan PLL (Phase Lock Loop) [8]. PLL adalah rangkaian umpan balik kalang tertutup yang menghasilkan sinyal keluaran yang terkunci (lock) dengan sinyal masukan [12].

  Dua parameter penting dalam operasi PLL adalah capture range dan lock

  ± range . Capture Range ( f C ) adalah jangkauan frekuensi di sekitar frekuensi pusat

  saat PLL mulai terjadi sinkronisasi. Lock range (± f ) adalah jangkauan frekuensi

  L dapat mempertahankan sinkronisasi pada jangkauan frekuensi yang lebih lebar dari jangkauan saat terjadi sinkronisasi [12].

  Bagian-bagian terpenting dari sebuah PLL antara lain phase comparator,

  VCO (Voltage Control Oscilator), dan tapis (Filter) seperti ditunjukkan pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11 Diagram Blok PLL [13]

  Jika tidak ada sinyal pemodulasi, maka fasa masukan φ (t) = 0. Jika frekuensi

  i

  radian sinyal keluaran VCO tanpa adanya sinyal masukan adalah ω , maka sinyal

  c

  masukan dan keluaran VCO merupakan sinyal sinusoida dengan frekuensi radian sebesar ω tetapi berbeda fasa 90°. Sehingga keluaran dari pembanding fasa dan

  c

  keluaran dari tapis adalah v (t) = 0 dan v (t) = 0. Kalang (loop) menjadi terkunci

  e o (lock) dalam keadaan yang setimbang.

  Jika ada sinyal pemodulasi, maka fasa masukan (t) akan muncul pada φ

  i

  sinyal masukan. Kedua masukan pembanding fasa akan mempunyai beda diumpankan pada masukan VCO. Sinyal ini menyebabkan frekuensi VCO bergeser sehingga mempunyai frekuensi yang sama dengan sinyal masukan [12].

  PLL yang digunakan pada perancangan ini adalah LM 565.

  Diagram blok LM565 diperlihatkan pada Gambar 2.12. IC ini mengandung detektor fasa, penguat, bagian dari tapis kalang (loop filter), dan

  VCO. LM565 dapat digunakan pada jangkauan frekuensi dari 0,001 Hz sampai 500 kHz. Keluaran dari VCO mampu menghasilkan gelombang kotak yang cocok untuk TTL. Bandwidth PLL dapat diatur dari ± 1% sampai lebih dari ± 60% [12],[13].