TEE 843 – Sistem Telekomunikasi

Muhammad Daud Nurdinmdaud@unimal.ac.id, syechdaud@yahoo.com

Jurusan Teknik Elektro FT-UnimalLhokseumawe, 2019

7. Modulasi

Modulasi

• Prinsip Dasar Modulasi• Modulasi Gelombang Kontinu

– Modulasi Analog– Modulasi Digital

• Modulasi Pulsa• Perlunya Modulasi

2

Prinsip Dasar Modulasi

• Modulasi (modulation) adalah proses menumpangkaninformasi (information/message) pada suatu gelombangpembawa (carrier wave).

• Penumpangan ini dilakukan dgn mengubah-ubahparameter dari gelombang pembawa secaraproporsional/sesuai dgn sinyal informasi. 3

Prinsip Dasar Modulasi (lanjutan)

• Parameter yg dpt diubah adalah:– amplituda (amplitude) – frekuensi (frequency)– fase (phase)

• Modulasi dilakukan pada pengirim, alatnya disebutmodulator.

• Sebaliknya, pada penerima dilakukan demodulasi(demodulation) yaitu mengambil kembali informasi darigelombang termodulasi, alatnya disebut demodulator.

• Demodulasi disebut juga deteksi (detection).• Pada transmisi dupleks, gabungan modulator-

demodulator biasa disingkat modem.4

Klasifikasi Modulasi

5

Modulasi

• Pengertian Modulasi• Modulasi Gelombang Kontinu

– Modulasi Analog– Modulasi Digital

• Modulasi Pulsa• Perlunya Modulasi

6

Modulasi Gelombang Kontinu(CW Modulation)

• Modulasi gelombang kontinu (continuous wave modulation), biasa disingkat CW Modulation, adlhmodulasi yang menggunakan gelombang kontinusinusoidal sebagai gelombang pembawa (carrier).

• CW modulation utamanya digunakan padatransmisi radio, namun juga dapat dipakai padatransmisi via kabel seperti kabel coaxial.

• Dalam hal ini (misalnya pada transmisi radio), kitaharus memindahkan spektrum sinyal informasi kepita frekuensi radio, utk ditransmisikan.

• Tujuan utama dari modulasi gelombang kontinuadlh untuk membangkitkan gelombang termodulasiyg sesuai dgn karakteristik suatu kanal transmisi. 7

Review Parameter DasarSinyal

• Amplituda (Amplitude), A• Frekuensi (Frequency), f atau • Fase (Phase),

Contoh-contoh sinyal sinusoidal berikut inimenggunakan persamaan umum:

atau

karena = 2f, dimana adlh frekuensi sudut dan f adlh frekuensi linier. 8

s(t) = A sin (t + )

s(t) = A sin (2ft + )

Amplituda (Amplitude)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-2-1012

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-2-1012

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-2-10122

9

s(t) = sin (2t)

s(t) = 2sin (2t)

s(t) = 0.5sin (2t)

A = 1

A = 2

A = 0,5

Frekuensi (Frequency)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-1

0

1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-1

0

1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-1

0

1

s(t) = sin (2t)

s(t) = sin (4t)

s(t) = sin (10t)

f = 1 Hz

f = 2 Hz

f = 5 Hz

t [detik]

t [detik]

t [detik]

T = 1 dtk

T = 0,5 dtk

T = 0,2 dtk

Catatan: f = frekuensi, T = periode, dimana T = 1/f atau f = 1/T .

Fase (Phase)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-1

0

1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-1

0

1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-1

0

1

11

/4

/2

s(t) = sin (2t)

s(t) = sin (2t /4)

s(t) = sin (2t /2)

= 0 radian= 0

= /4 rad= 45

= /2 rad= 90

Modulasi Gelombang Kontinu

12

Macam-macam ModulasiGelombang Kontinu

• Modulasi analog, dimana sinyal carrier kontinudimodulasi oleh sinyal informasi analog– Amplitude Modulation (AM)– Angle Modulation

• Frequency Modulation (FM)• Phase Modulation (PM)

• Modulasi digital, dimana sinyal carrier kontinudimodulasi oleh sinyal informasi diskrit (digital)– Amplitude-Shift Keying (ASK)– Frequency-Shift Keying (FSK)– Phase-Shift Keying (PSK)– Quadrature Amplitude Modulation (QAM)– dan lain-lain.

13

Modulasi

• Pengertian Modulasi• Modulasi Gelombang Kontinu

–Modulasi Analog– Modulasi Digital

• Modulasi Pulsa• Perlunya Modulasi

14

Modulasi Amplituda(Amplitude Modulation – AM)

• Sinyal carrier aslinya mempunyai nilai puncak(amplituda) yg konstan dan frekuensi yg lebih tinggidrpd sinyal pemodulasi (message/information).

• Pada AM, amplituda sinyal carrier ini diubah-ubahsesuai dgn nilai sesaat dari sinyal pemodulasi(message), sehingga bentuk gelombang luar/selubung(envelope) dari sinyal termodulasi mengikuti bentuksinyal pemodulasi (sinyal informasi).

• Misalkan sinyal carrier:

• Maka setelah modulasi, menjadi …. 15

tAtc cc cos)(

AM (lanjutan)

• Bentuk umum persamaan sinyaltermodulasi AM adalah:

dimana: s(t) adlh sinyal termodulasiAc adlh amplituda sinyal carrier.ka adlh konstanta sensitivitas modulasim(t) adlh sinyal informasi (message)c adlh frekuensi sudut (disebut juga frekuensi anguleratau frekuensi radian). Hubungan frekuensi sudut (c) dgnfrekuensi linier (fc) adalah c = 2fc. 16

ttmkAts cac cos)(1)(

AM (lanjutan)

• Bandwidth dari sinyal termodulasi AM adlh

dimana:– fc adlh frekuensi carrier– fm adlh frekuensi maksimum sinyal pemodulasi (message)

• Berikut ini adalah ilustrasi sinyal termodulasi AM beserta spektrumnya, dimana sinyal informasinyaadalah berupa: • sinyal sinusoidal dgn frekuensi tunggal fm• sinyal non periodik dgn bandwidth W.

17

mmcmc fffffBW 2)()(

AM (lanjutan)

18BW=2W

BW=2fm

m(t) s(t)

c(t)

Macam-macam AM

19

Double sideband-full carrier (DSB-FC) modulation

Double sideband-suppressed carrier (DSB-SC) modulation

Single sideband (SSB) modulation

Vestigial sideband (VSB) modulation

Modulasi Frekuensi(Frequency Modulation – FM)

• Pada Modulasi Frekuensi, informasi direpresentasikanoleh nilai frekuensi sinyal carrier termodulasi.

20

m(t) s(t)

c(t)

FM (lanjutan)

• Sinyal setelah proses modulasi menjadi

dimana: s(t) adlh sinyal termodulasi FM.Ac adlh amplituda konstan.c adlh frekuensi sudut.kf adlh koefisien (indeks) modulasi FM.m() adlh sinyal informasi.

21

t

fcc dmktAts )(cos)(

Modulasi Fase(Phase Modulation – PM)

• Pada Modulasi Fase, informasi direpresentasikan olehnilai fase sinyal carrier termodulasi.

22

m(t) s(t)

c(t)

PM modulator

Spectrum of PM:

PM (lanjutan)

• Sinyal setelah proses modulasi menjadi

dimana: s(t) adlh sinyal termodulasi PM.Ac adlh amplituda konstan.c adlh frekuensi sudut. kp adlh koefisien (indeks) modulasi PM.m(t) adlh sinyal informasi.

23

)(cos)( tmktAts pcc

Modulasi Analog (ringkasan)

24

Gelombangpembawa (carrier)

Sinyal informasi(pemodulasi)

Sinyal termodulasi AM

Sinyal termodulasi FM

Modulasi Analog (ringkasan)

25

Gelombangpembawa (carrier)

Sinyal informasi(pemodulasi)

Sinyal termodulasi AM

Sinyal termodulasi PM

Sinyal termodulasi FM

Modulasi

• Pengertian Modulasi• Modulasi Gelombang Kontinu

– Modulasi Analog–Modulasi Digital

• Modulasi Pulsa• Perlunya Modulasi

26

Modulasi ASK

• Binary Amplitude Shift Keying (BASK)

27

Jika pada ASK, salah satu kondisi (bit 0 atau bit 1) direpresentasikandgn amplituda 0 (tanpa transmisi sinyal) seperti gambar di atas makadisebut juga On-Off Shift Keying (OOSK).

Unipolar NRZ

BASKmodulated signal

s(t)

M-ary ASK (ASK dgn M-level)

• 4-ASK

28

Modulated signal

4-ASKmodulated signal

s(t)

Modulasi FSK

• Binary Frequency Shift Keying (BFSK)

29

M-ary FSK

• 4-FSK

30

Modulasi PSK

• Binary Phase Shift Keying (BPSK)

31

1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1

Polar NRZ

180 180 0 0 180 0 180 180 180 0 180

M-ary PSK

• Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)Disebut juga 4-PSK.

32

(=270)

Time

M-ary PSK

• 8-PSK dan 16-PSK

33

Constellation diagram of 16-PSK

QAM

• Quadrature Amplitude Modulation (QAM)Merupakan gabungan dari prinsip ASK dan PSK.Berikut ini contoh 4-QAM dan 16-QAM.Note: 4-QAM mirip dgn QPSK.

34

Constellation diagram of 4-QAM

10 00

11 01

I

Q

32-QAM dan 64-QAM

35

Modulasi Digital (ringkasan)

36(a) Binary-ASK, (b) Binary-FSK, (c) Binary-PSK

Modulasi Digital (ringkasan)

(a) Binary-ASK, (b) Binary-PSK, (c) Binary-FSK 37

ASK

PSK

FSK

Pelebaran spektrum sinyalpd modulasi digital

38Keterangan: Pada contoh di atas, modulasinya adalah ASK.

Time [secon] Frequency

[Hz]

Durasi Pulsa vs Bandwidth

39

• Pada Transmisi Baseband

• Pada Transmisi Passband BW

BW

Bandwidth Transmisiutk CW Modulation

• Dlm domain frekuensi, modulasi pd prinsipnya adalahmemindahkan spektrum sinyal informasi dari frekuensirendah (baseband) ke sekitar frekuensi carrier (passband), dan mengakibatkan bandwidth menjadi duakali lipat dibandingkan pd sistem baseband.

• Sehingga symbol rate pd transmisi passband (misalnyasistem radio) menjadi lebih kecil atau sama denganbandwidth transmisi

dimana r adlh symbol rate (bauds) dan BT adlhbandwidth transmisi (Hz).

40

TBr

Contoh• Assume that the transmission channel is an ideal

lowpass channel with a bandwidth of 4 kHz. The maximum symbol rate via this channel is r ≤ 2⋅B = 8 kbauds; that is, we can transmit up to 8,000 independent signals, symbols, in a second. [To transmit the same symbol rate through a bandpasschannel, we would need a bandwidth of 8 kHz according to (4.12); see also Figure 4.2]. Catatan: Bandpass channel maksudnya kanal pada sinyal carrier. Formula (4.12) ada di halaman 150 buku Anttalainen. Figure 4.2 ada di halaman 128 buku Anttalainen.

41

Modulasi

• Pengertian Modulasi• Modulasi Gelombang Kontinu

– Modulasi Analog– Modulasi Digital

• Modulasi Pulsa• Perlunya Modulasi

42

Modulasi Pulsa(Pulse Modulation)

43

PAM

44

Sinyal informasi

Sinyal termodulasi

PPM

45

Sinyal informasi

Sinyal termodulasi

PWM

46Disebut juga Pulse Duration Modulation (PDM)

Sinyal informasi

Sinyal termodulasi

PFM

47Disebut juga Pulse Frequency Modulation (PFM)

Sinyal informasi

Sinyal termodulasi

Modulasi Pulsa (ringkasan)

48

Modulasi

• Pengertian Modulasi• Modulasi Gelombang Kontinu

– Modulasi Analog– Modulasi Digital

• Modulasi Pulsa• Perlunya Modulasi

49

Mengapa modulasi diperlukan?

1. Memperoleh pemancaran yg efisien danrasionalisasi panjang antena. Radiasi elektromagnetik yg efisien membutuhkan antena

yg dimensinya mempunyai orde yg sama dgn panjanggelombang dari sinyal yg dipancarkan/diterima.

dimana: l = panjang antena, = panjang gelombang.

2. Utk keperluan multiplexing. Modulasi dpt digunakan utk menggeser beberapa sinyal

pita dasar (baseband) yg berbeda ke beberapa lokasispektrum yg berbeda sehingga sebuah kanal transmisidpt digunakan utk menyalurkan beberapa sinyal pita dasar.

50

41l

Mengapa modulasidiperlukan? (lanjutan)

3. Mengurangi derau dan interferensi. Modulasi biasanya membutuhkan lebar bidang frekuensi

yg jauh lebih lebar drpd lebar pita dasar atau sinyal pemodulasinya. Jadi ada pertukaran antara lebar pita frekuensi dan penurunan efek derau.

4. Mengatasi masalah hardware. Kinerja dan kemudahan pembuatan hardware tergantung

pd frekuensi sinyal dan lebar pita frekuensi sinyal yg akan diproses.

Modulasi dpt menggeser frekuensi sinyal agar persyaratan perancangan dpt dipenuhi dgn mudah.

5. Memenuhi alokasi frekuensi. Regulasi radio dari ITU mengatur penggunaan frekuensi

utk pelayanan tertentu. 51

Alokasi spektrum gelombang elektromagnetik

52

PR-7

• Soal-soal PR-7 ada di file tersendiri.

53

54

55

Sekian, terima kasih, semoga berkah.

Ada pertanyaan?

Sistem Telekomunikasi: PR-7 (Modulasi) Page 1

PR-7 MK Sistem Telekomunikasi 2018B

(1). Modulasi Analog Gambarkan ilustrasi sinyal termodulasi Amplitude Modulation (AM) dan Frequency Modulation (FM) utk sinyal carrier dan sinyal informasi berikut ini: (2). Modulasi Digital Apabila sinyal carrier dan deretan bit data adalah seperti gambar berikut ini, gambarkan sinyal termodulasi: (i) BASK, (ii) 4-ASK, (iii) BPSK , dan (iv) QPSK. (3). Modulasi Digital Ubahlah NIM Anda masing-masing menjadi bilangan biner, ambillah 12 bit terakhir sebagai deretan bit data b1b2b3b4b5b6b7b8b9b10b11b12, kemudian gambarkan sinyal termodulasi: (i) BASK, (ii) 4-ASK, (iii) BPSK , dan (iv) QPSK sesuai dengan sinyal carrier pada gambar di bawah ini:

Sinyal carrier

Sinyal informasi

Deretan bit data

1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0

Sinyal carrier

Deretan bit data

Sinyal carrier

b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9 b10 b11 b12

Sistem Telekomunikasi: PR-7 (Modulasi) Page 2

(4). Modulasi Pulsa Gambarkan ilustrasi sinyal pulsa termodulasi bila sinyal informasi pada Soal (1) menjadi sinyal pemodulasi untuk modulasi: Pulse Amplitude Modulation (PAM), Pulse Width Modulation (PWM), Pulse Position Modulation (PPM), dan Pulse Frequency Modulation (PFM). Note: Boleh berdiskusi (bekerja sama), tetapi tidak boleh hanya menyontek hasil pekerjaan

teman.

“Semoga bermanfaat serta bertambah ilmu dan pemahamannya.”