Modulasi Analog

Apa itu Modulasi ?

• Modulasi adalah pengaturan parameter dari sinyalpembawa (carrier) yang berfrequency tinggi sesuaisinyal informasi (pemodulasi) yang frequencynyalebih rendah, sehingga informasi tadi dapatdisampaikan.

• Proses modifikasi sinyal carrier berdasarkan sinyal input

Apa itu Modulasi ?

• Sinyal informasi (suara, gambar, data), agar dapatdikirim ke tempat lain, sinyal tersebut harusditumpangkan pada sinyal lain.

• Dalam konteks radio siaran, sinyal yang menumpangadalah sinyal suara, sedangkan yang ditumpangi adalahsinyal radio yang disebut sinyal pembawa (carrier).

• Jenis dan cara penumpangan sangat beragam. • Yaitu untuk jenis penumpangan sinyal analog akan berbeda

dengan sinyal digital. • Penumpangan sinyal suara juga akan berbeda dengan

penumpangan sinyal gambar, sinyal film, atau sinyal lain.

Blok Diagram Modulasi

Modulation

• Tujuan utama modulasi adalah untuk menghasilkan sinyal termodulasi yang sesuai dengan karakteristik saluran transmisi.

• Beberapa manfaat lain dari modulasi :• Mendapatkan transmisi yang efisien

• Mengatasi keterbatasan hardware

• Mengurangi noise dan interferensi

• Untuk penempatan frekuensi

• Modulation Theorem Frequency Translation

• Shifting atau pergeseran dari spektrum didalam frequency domain

• Merubah atau menempatkan frekwensi rendah menjadi frekwensi yang lebih tinggi

agar dapat dikirimkan/ditransmisikan melalui media transmisi.

0 4 KHzfrekuensi

fc

carrier wave

Jenis-jenis modulasi analog :

1. Amplitude modulation (AM)

2. Frequency modulation (FM)

3. Pulse Amplitude Modulation (PAM)

Modulasi Analog

Jenis Modulasi Berdasarkan SinyalCarrier (1)• Continuous Wave (CW) Carrier Modulation

• Gelombang pembawa (carrier waveform) berupagelombang kontinyu (biasanya sinusoidal)

• Salah satu parameter dari gelombang pembawa diubahsesuai bentuk sinyal informasi yang akan ditransmisikan

• Modulasi Sinyal Continue (continues wave) :• Amplitude Modulation (AM)• Modulasi Sudut (Angle Modulation) :

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

Jenis Modulasi Berdasarkan SinyalCarrier(2)• Pulse Modulation

• Gelombang pembawa (carrier waveform) berbentukpulsa (biasanya pulsa persegi/rectangular)

• Salah satu parameter dari pulsa gelombang pembawadiubah sesuai bentuk sinyal informasi yang akanditransmisikan

• Modulasi Pulsa• Pulse Amplitude Modulation (PAM)

• Pulse Wide Modulation (PWM)

Jenis Modulasi Berdasarkan SinyalInformasi• Modulasi Analog

• Amplitude Modulation (AM)• Angle Modulation

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

• Modulasi Digital• Amplitude Shift Keying (ASK)• Frequency Shift Keying (FSK)• Phase Shift Keying (PSK)• Quadrature Amplitude Modulation (QAM)• dll

Parameter dalam Modulasi Analog

Slide 10

Ec(t) = Ec cos( ct + )

Modulasi amplitude

(amplitude modulation,AM)

Modulasi sudut

(angle modulation)

Modulasi frekuensi

(frequency modulation, FM)

Modulasi fase

(phase modulation, PhM)

( ct + )

cycle (T)

Amplitude (V)

00

+900

1800

-900

time (t)

A

B

A B

Amplitudo

Nilai maksimum dari besaran elektrik (mis voltage) dari gelombang

volt

age

Frekuensi

Jumlah cycle yang dihasilkan dalam satu detik (cycles per second atau Hertz)

Phase

Gelombang A dengan phase 00

Gelombang B dengan selisih phase -900 (lebih lambat) terhadap A

Gelombang C dengan selisih phase +900 (lebih cepat) terhadap A

C

C

0 2ππ

Amplitudo, Frekuensi, Phase

Amplitude Modulation (AM)

• Sinyal Informasi : m(t)

• Sinyal Carrrier : Vc(t) = Ac cos(ct)

• Sinyal Hasil Modulasi = VAM (t) = A(m) cos (ct)

Sinyal Hasil Modulasi

Index Modulasi

• Untuk sinyal sinusoidal

• 𝑚 =𝐴𝑚

𝐴𝑐

• Undistorted AM Am <= Ac

Overmodulation

• Biasanya modulasi dihitung berdasarkan sinyal hasil modulasi

Persen Modulasi

Contoh Soal

• Tentukan m, Vc dan Vm jika diketahui tegangan puncak sinyal AM adalah 5.9V dan tegangan lembah terendah adalah 1.2 V

Modulasi Amplitude

Untuk m(t) = Am cos (mt) maka

VAM (t) = [Ac + Am cos (mt)] cos(ct)

= Ac [1 + cos (mt)] cos(ct)

= Ac [1 + m . cos (mt)] cos (ct)

= Ac cos (ct) + mAc cos (mt) cos(ct)

= Ac cos (ct) + Accos (c + m)t + Ac cos(c - m)t

Slide 19

c

m

A

A

2

m

2

m

Spektrum dan Bandwidth

• Spektrum Elektromagnetik :• frekuensi yang terdapat dalam sinyal

• Bandwidth• Spektrum elektromagnetik yang diduduki sinyal.

• Lebar pita frekuensi yang dilalukan oleh kanal (rangkaian).

• Luas daerah spektral yang signifikan dari sinyal untuk frekuensi-frekuensi positif

Sideband dan Domain Frequency

Bandwidth

Contoh Soal

• Sebuah sinyal AM memancarkan sinyal modulasi dengan menggunakan sinyal carier 980kHz untuk sinyal informasi 5kHz.

• Tentukan fUSB, fLSB dan BW yang digunakan oleh sinyal tersebut. Gambarkan spectrum jika Ac = 10V dan Am = 3V

• Jika sinyal informasi yang digunakan adalah sinyal suara dengan rentang frekuensi 300 – 3000Hz. Tentukan fUSB, fLSB dan BW serta gambarkan bandwidthnya

AM Power (Daya AM)

• Sinyal AM diperkuat menggunakan power amplifier dan diteruskan ke antenna• Antena memiliki impedansi

• Sinyal AM adalah sinyal composite• Sinyal carrier + Sinyal USB + Sinyal LSB

• Total daya yang ditransmisikan

Contoh

• Jika daya dari sebuah sinyal carrier AM adalah1000W, dan dimodulasi 100%, tentukan total AM dayanya.

• Sebuah AM transmitter memiliki power sinyalcarrier 30W. Persentase modulasi adalah 85%. Tentukan (a) Total daya AM dan (b) Daya salah satusideband.

AM Power

• Sulit mengukur AM power dengan mengukurtegangan dan menghitung daya.

• Lebih mudah mengukur arus dalam beban

• Dimana

Contoh

• Sebuah antenna memiliki impedansi 40ohm. Sinyalunmodulated AM menghasilkan arus 4.8A. Jikapersentase modulasi adalah 90%, tentukan (a) dayasinyal carrier (b) total daya dan (c) sideband power.

Persentase modulasi

• Cara lain untuk mengukur persentase modulasiadalah dengan menggunakan arus yang melaluiantenna.

LINEAR MODULATION:DSB-AMDemodulasi• Demodulasi :

• Proses untuk mendapatkan kembali sinyal informasi darisinyal termodulasi

• Proses demodulasi dapat dilakukan dengan dua cara :• Dengan menggunakan carrier recovery (detektor Sinkron/

detektor koheren)• Tanpa menggunakan carrier recovery (detektor non koheren)

• Sinyal termodulasi DSB-AM dapat menggunakan keduacara tersebut.• Detektor Koherent dengan menggunakan product detector• Detektor Non Koheren dengan menggunakan Envelope

Detector

Demodulasi : Envelope Detector

• Envelope detector :

Rangkaian yang menghasilkan output berupa real envelope dari sinyalinputnya. Rangkaiannya sederhana dan biaya murah tetapi tidak dapatbekerja dengan baik pada kondisi over modulasi.

Demodulasi : Product Detector

LPF

Ac cos

ωct

SAM X(t)Y(t)

X

Asumsi : fasa carrier recoverySinkron dengan fasa sinyal carrier

Pada modulator

AMPLITUDE MODULATION

•AM process produces upper and lower sidebands plus original carrier.

•Sidebands are original signal bandwidth and spectrum shifted in frequency. Total bandwidth is 2 times original bandwidth.

•Significant energy remains in carrier.

•DSB-SC and SSB are techniques that provide for more energy efficient transmission and lower modulated signal bandwidth requirements.

Modifikasi terhadap DSB AM

• 2/3 daya yang ditranmisikan berada dalam sinyalcarrier

• Informasi terletak pada sideband sinyal.• Sinyal carrier tidak mengandung informasi.

• Modifikasi Sinyal AM • DSBSC

• SSB

DSBSC (Double Side Band Supressed Carrier)• Kelebihan

• Tidak ada daya yang digunakan untuk sinyal carrier

• Penggunaan DSBSC tidak luas• Sulit recovery sinyal informasi (demodulasi)

• Contoh penggunaan :• Transmisi informasi warna pada televise berwarna.

LINEAR MODULATION:DSB-SCDemodulasi : Product Detector

X LPF

Ac cos

ωct

SAM X(t)Y(t)

Envelope detector tidak dapat digunakan secara langsung pada demodulasi Sinyal DSB-SC, karena komponen carrier tertekan (sangat kecil), dan terjadi over modulasi KECUALI sinyal DSB-SC diberi Carrier dahulu kemudian baru digunakan envelope detector

Pengaruh Beda Phasa• Jika tidak terdapat beda phasa (φ = 0) maka sinyal hasil demodulasi

yang diperoleh akan maksimal (proporsional dengan sinyal informasi awal ) yaitu sebesar : (Ac2 /2) m(t)

• Jika terdapat beda phasa dengan nilai konstan (φ = c) maka sinyal hasil demodulasi yang diperoleh akan mengalami redaman dengan nilai konstant sebesar cos φ, tetapi sinyal hasil demodulasi tidak mengalamidistrorsi

• Jika terdapat error phasa dengan nilai konstan (φ = c(t) ), dimana φbersifat berubah secara random terhadap waktu sehingga cos φ jugaberubah-ubah maka sinyal hasil demodulasi yang diperoleh akan mengalami distorsi.

• Oleh karena itu digunakan detector Koherent yang memiliki rangkaianpenyinkron fasa dan frekuensi dari sinyal carrier pada transmitter dengan sinyal carrier pada receiver

Single Side Band (SSB)

• Informasi terkandung dalam kedua sideband• Cukup satu saja.

• Karakteristik• Jika tidak ada sinyal informasi, tidak ada sinyal yang

ditransmisikan.

• SSB• Proses modulasi yang hanya mengirimkan salah satu side band,

mengirimkan upper side band (USB) atau lower side band (LSB).

• SSB-Supressed Carrier• Proses modulasi SSB yang mengalami penekanan carrier

• Upper Single Side Band Signal (USSB)• Sinyal yang memiliki nilai spektrum nol untuk | f | < |fc|, dimana fc

adalah frekuensi carrier

• Lower Single Side Band Signal (LSSB) • Sinyal yang memiliki nilai spektrum nol untuk | f | > |fc|

• Proses pembentukan sinyal SSB dapat dilakukan dengan beberapa cara :• Filtering method• Phasing method• Weaver’s Method

Filter Method

• Filter method / Frequency Discrimination Method

• Side band yang diinginkan berada dalam passband filter dan yang tidak diinginkan berada dalam stopband filter

• Karakteristik filter yang tidak ideal dapat menyebabkan pemotongan side band yang tidak sempurna

m(t)Product Modulator BPF

Upper/Lower Sinyal SSB

Oscillatorf=fc

Phasing Method

• Upper Side Band Signal : s(t) = x(t) – y(t)

• Lower Side Band Signal : s(t) = x(t) + y(t)

m(t)

Pergeseran Phasa 900

Oscillatorf=fc

Pergeseran Phasa 900

X

X

∑

S(t)Sinyal SSB

Ac cos ωct

Ac sin ωct

Am cos ωmt

m(t)’ = Am sin ωmt

+

m(t) = Am cos ωmtx(t)

y(t)

Phasing Method

• Phasing method merupakan salah satu metoda pembentukan modulasi SSB dengan melakukkan pergeseran Phasa sebesar 900 pada sinyal informasi dan sinyal carrier. Pergeseran phasa dilakukan dengan tujuan agar pada rangkaian penjumlah sinyal, sinyal yang tidak diinginkan akan saling meniadakan sehingga yang terkirim hanya satu side band yang diinginkan saja, yaitu USB atau LSB.

• X(t) = AcAm cos (ωct) cos (ωmt) = (AcAm / 2) {cos (ωct + ωmt) + cos (ωct - ωmt)

• Y(t) = AcAm sin (ωct) sin (ωmt) = (AcAm / 2) {cos (ωct -ωmt) - cos (ωct + ωmt)

• Jika ingin mengirimkan Upper Side Band maka siynal X(t) – Sinyal Y(t) :

• SUSB = X(t) – Y(t) = AcAm cos (ωct + ωmt)

• Jika ingin mengirimkan Lower Side Band maka siynal X(t) + Sinyal Y(t) :

• SUSB = X(t) + Y(t) = AcAm cos (ωct - ωmt)

Weaver’s Method

• Untuk Upper Side Band : output Modulator Balans 3 dijumlahkan dengan output Modulator Balans 4

• Untuk Lower Side Band : input Modulator Balans 3 dipertukarkan dengan input Modulator Balans 4 kemudian output masing-masing modulator balans tersebut dijumlahkan

Masukanaudio

m(t)Mod

Balans 1

PergeseranPhasa 90

Rangkaian PenjumlahOscillator

Pembawa Audio

ModBalans 2

LPFAudio

LPFAudio

ModBalans 3

OscillatorPembawa RF

PergeseranPhasa 90

ModBalans 4

s(t)

wo

Wo+90

wo

wo±wm

(wo+90)±wm (wo+90)-wm

wo-wm

(wc+wo-wm)+90

wc

wc

wc+90

(wc-wo+wm)-90

(wc+wo-wm)+90

(wc-wo+wm)+90

Kelebihan dan Kekurangan SSB

• Kelebihan:• Menggunakan spectrum yang sedikit (1/2).• Menggunakan daya yang rendah• Noise yang kecil karena BW yang sempit• Less selective fading terhadap sinyal SSB untuk long

distance• Perlakuan yang berbeda dari ionosfer

• Kekurangan:• Recover sinyal informasi (demodulasi) membutuhkan

rangkaian yang lebih kompleks.• Sinyal carrier harus degenerate di receiver.

• Demodulasi memobutuhkan sinyal carrier.

SSB Power

• Efisiensi power antara SSB dan AM = 4 : 1

• Transmitter output : Peak Envelope Power (PEP)

• Daya rata-rata biasanya 1/3 atau ¼ dari PEP.

Contoh

• Sebuah transmitter SSB memiliki 24 V power supply. Arus pada saat puncak sinyal suara adalah9.3 A. Tentukan (a) PEP dan (b) rata-rata daya yang digunakan.

Demodulasi SSB

• Jika yang dikirimkan USB maka demodulasi :

= { Am cos (ωct + ωmt) } Ac cos (ωct )

= (Am / 2) {cos (2ωct + ωmt ) + cos ( ωmt );

(di inputkan ke LPF)

Y(t) = (Am) cos ( ωmt )

Jika yang dikirimkan LSB maka demodulasi :

Dengan cara yang sama seperti diatas maka didapatklan sinyal hasil demodulasi :

= Am cos ( ωmt )

LPF

Ac cos

ωct

SSSB SC X(t)Y(t)

LINEAR MODULATION:SSBDemodulasi : Pengaruh Beda Fasa

• Jika tidak terdapat beda phasa (φ = 0)maka sinyal hasil demodulasi yang diperoleh akan maksimal (proporsional dengan sinyal informasi awal ) yaitu sebesar : (Ac2 Am / 2) cos ωmt = (Ac2 /2) m(t)

• Jika terdapat beda phasa maka sinyal hasil demodulasi akan mengalami distrosi fasa terhadap sinyal informasi awalnya, dimana setiap komponen frekuensi dari sinyal informasi asli akan mengalami pergeseran fasa

• Distrosi phasa untuk komunikasi suara dapat ditoleransi karena pendengaran manusia relatif tidak sensitif terhadap distorsi phasa.Tetapi untuk pentransmisiaan sinyal video dan music hal ini sama sekali tidak dapat diterima.

Aplikasi DSB dan SSB

• DSB• transmisi informasi warna pada gambar TV.

• SSB :• Two-way radio (marine application, military

communication, dan radio amatir /ham)

Vestigial Side Band (VSB)

• Pada beberapa aplikasi tertentu, spt televisi teknik DSB terlalu lebar mengambil bandwidth transmisi dan teknik SSB terlalu mahal untuk diimplementasikan meskpiun hanya menggunakan bandwidth sebesar fm (1/2 bandwidth DSB)

• Kompromi antara DSB dan SSB menimbulkan teknik VSB

• VSB diperoleh dengan penekanan partial dari satu side band DSB

• Sinyal DDSB diredam dengan menggunakan Filter bandpass yang disebut Vestigial Side Band Filter

Pembuatan Sinyal VSB

• Sinyal VSB dapat dibangkitkan dengan proses seperti terlihat pada diagram blok berikut

tccos2

)(tmVSB

FILTER

)(tXVSB

Spektrum VSB

cc

)(VSBX

Dalam VSB, sebagian (vestige) komponen bidang sisi bawah (LSB) ikut ditransmisikan bersama komponen bidang sisi atas (USB) dan komponen pembawa. Hal ini dimaksudkan untuk menjamin bahwa komponen USB termasuk pembawa video benar-benar ditransmisikan secara keseluruhan. Disamping itu juga didapatkan penghematan daya dan lebar bidang jika dibandingkan dengan transmisi DSB

Demodulasi sinyal VSB

• Sinyal VSB dapat didemodulasi dengan cara synchronous detection

tccos

)(tXVSB

LPF)(ty