802.11 transceiver (2.4 ghz)

1

802.11 Transceiver (2.4 GHz)

2

Transceiver Masa Depan

3

Sistem KomunikasiSistem Komunikasi

Tujuan dari sistem komunikasi adalah untuk mentransfer informasi dari pengirim ke penerima.

4

Sistem Komunikasi Radio

ModulatorRF

power amp

Carrier(oscillator)

m(t) Demodulator

RF amp

LocalOscillator

m(t)IFampMixer

Sinyal informasi m(t) dikirim dengan cara menumpangkan-nya pada suatu sinyal pembawa (carrier)

5

ModulasiModulasiModulasi adalah proses dimana suatu sinyal yang berisi informasi (message signal) digunakan untuk mengontrol parameter dari suatu sinyal pembawa (carrier signal)

Sinyal Informasi (Message Signal)

Sinyal informasi (message signal atau modulating signal) dapat berupa:• Sinyal analog – dinyatakan dengan m(t)• Sinyal digital – dinyatakan dengan d(t)

Sinyal Pembawa (Carrier)

Sinyal pembawa (carrier) dapat berupa ‘ gelombang sinusoid' atau 'pulse train'.

6

ModulasiModulasi

Pandang suatu ‘message signal‘ digital d(t) :

• Jika d(t) mengontrol amplitudo – diperoleh AMPLITUDE SHIFT KEYING (ASK)• Jika d(t) mengontrol frekuensi – diperoleh FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK)• Jika d(t) mengontrol fasa – diperoleh PHASE SHIFT KEYING (PSK)

Pandang sinyal pembawa (carrier) dlm bentuk sinusoid :

cccc φ+tωV=tv cos

• Jika m(t) mengontrol amplitudo – diperoleh AMPLITUDE MODULATION (AM)• Jika m(t) mengontrol frekuensi – diperoleh FREQUENCY MODULATION (FM)• Jika m(t) mengontrol fasa – diperoleh PHASE MODULATION (PM)

7

Multi-Level Message SignalMulti-Level Message Signal

Suatu message signal dapat berupa multi-level atau m-level dimana setiap level direpresentasikan sebagai suatu pola bit 'informasi’. Sebagai contoh untuk m = 4 level

8

• n bit per codeword akan menghasilkan 2n = m level berbeda.• Sinyal ini disebut m-ary (untuk m=2 disebut binary).• Jadi, untuk m = 4 level pada: Amplitudo menghasilkan 4ASK or 4-ary ASK Frekuensi menghasilkan 4FSK or 4-ary FSK Phase menghasilkan 4PSK or 4-ary PSK

4-level PSK disebut QPSK(Quadrature Phase Shift Keying).

Multi-Level Message SignalMulti-Level Message Signal

9

Carrier berupa Pulse Train Carrier berupa Pulse Train

• 3 parameter pada Carrier adalah:Amplitudo Pulsa ELebar Pulsa τ Posiisi Pulsa T

Jadi:• Jika m(t) mengontrol E – diperoleh PULSE AMPLITUDE MODULATION

(PAM)• Jika m(t) mengontrol τ – diperoleh PULSE WIDTH MODULATION (PWM)• Jika m(t) mengontrol T – diperoleh PULSE POSITION MODULATION (PPM)

10

DemodulasiDemodulasi

Demodulasi adalah adalah kebalikan dari proses modulasi untuk me-recover message signal m(t) atau d(t) pada sisi penerima.

11

Teknik Modulasi (1)Teknik Modulasi (1)

12

Teknik Modulasi (2)Teknik Modulasi (2)

13

Teknik Modulasi (3)Teknik Modulasi (3)

14

Teknik Modulasi (4)Teknik Modulasi (4)

15

Teknik Modulasi (5)Teknik Modulasi (5)

16

Jenis Modulasi: AM, FM, PAMJenis Modulasi: AM, FM, PAM

17

Jenis Modulasi: AM, FM, PAMJenis Modulasi: AM, FM, PAM

18

Jenis Modulasi: Binary ASK, FSK, PSKJenis Modulasi: Binary ASK, FSK, PSK

19

Jenis Modulasi: Binary ASK, FSK, PSKJenis Modulasi: Binary ASK, FSK, PSK

20

Jenis Modulasi – 4 Level ASK, FSK, PSKJenis Modulasi – 4 Level ASK, FSK, PSK

21

Jenis Modulasi – 4 Level ASK, FSK, PSKJenis Modulasi – 4 Level ASK, FSK, PSK

22

Modulasi Amplitudo (AM)Modulasi Amplitudo (AM)

vc(t) = Vc cos(ct), amplitudo = Vc,

frekuensi carrier = c rps.

Karena c = 2fc, maka

frekuensi = fc Hz dimana fc = 1/T.

Pandang suatu sinyal pembawa (carroer) berbentuk ‘gelombang sinusoid'.

Amplitude Modulation (AM)Pada AM, sinyal informasi (modulating signal atau message signal) m(t) ‘ditumpangkan' pada amplitudo dari sinyal pembawa (carrier).

23

Sinyal Informasi Sinyal Informasi mm((tt))Pada umumnya m(t) akan berupa suatu band dari sinyal; sebagai contoh, sinyal video.

Notasi atau konvensi untuk menyatakan sinyal baseband m(t) terlihat di bawh ini

24

Sinyal Informasi Sinyal Informasi mm((tt))

Pada umumnya lebar band dari sinyal m(t) terbatas

(m(t) disebut band limited).

Pandang, sebagai contoh, suatu sinyal suara via mikrofon.

Envelope dari spektrum sinyal tersebut terlihat di bawah ini:

25

Persamaan untuk AMPersamaan untuk AM

tωtm+tωV=tv ccDCs coscos

26

Persamaan untuk AMPersamaan untuk AMMisalkan m(t) = Vm cos mt, i.e. suatu sinyal 'test', maka

tωtωV+tωV=tv cmmcDCs coscoscos

Dengan menggunakan BA+B+A=BA coscos2

1coscos

tωωV

+tω+ωV

+tωV=tv mcm

mcm

cDCs cos2

cos2

cos

diperoleh

Komponen: Carrier upper-sideband (USB) lower-sideband (LSB)

Amplitudo: VDC Vm/2 Vm/2

Frekuensi: c c + m c – m

fc fc + fm fc + fm

Persamaan di atas merepresentasikan Double Amplitude Modulation – DSBAM

27

Spektrum dan Bentuk GelombangSpektrum dan Bentuk GelombangSpektrum dari sinyal-sinyal input, yaitu spektrum dari (VDC + m(t)), dengan m(t) = Vm cos mt, dan carrier cos ct terlihat di bawah ini.

Juga terlihat bentuk gelombang dalam domain waktu

28

Diagram di bawah memperlihatkan spektrum dan bentuk gelombang sinyal output, yang persamaannya dinyatakan dg:

tωωV

+tω+ωV

+tωV=tv mcm

mcm

cDCs cos2

cos2

cos

Spektrum dan Bentuk GelombangSpektrum dan Bentuk Gelombang

29

Modulation Depth Modulation Depth Pandang persamaan DSBAM

tωtωV+V=tv cmmDCs coscos

yang dapat dituliskan kembali sebagai

Nisbah didefinisikan sebagai modulation depth, m,

tωtωV

V+V=tv cm

DC

mDCs coscos1

DC

m

V

V

VDC

Vm

2Emin

2Emax

30

2Emax = maximum peak-to-peak of waveform2Emin = minimum peak-to-peak of waveform

Modulation Depth minmax

minmax

E+E

EE=m

22

22

Dapat diperlihatkan bahwa:

mDCmax V+V=E 22 mDCmin VV=E 22

mDCmDC

mDCmDC

VV+V+V

V+VV+V=m

2222

2222

DC

m

V

V

4

4

DC

m

V

V= =

Modulation Depth Modulation Depth

31

Modulasi Modulasi Double Sideband (DSB)Double Sideband (DSB)

Ada 3 jenis DSB

• Double Sideband Amplitude Modulation, DSBAM – dengan carrier

• Double Sideband Diminished (Pilot) Carrier, DSB Dim C

• Double Sideband Suppressed Carrier, DSBSC – tanpa carrier

32

Representasi Grafis DSBAMRepresentasi Grafis DSBAM

33

Representasi Grafis DSBDimC dan DSBSCRepresentasi Grafis DSBDimC dan DSBSC

34

Ringkasan Representasi GrafisRingkasan Representasi GrafisDSBAM VDC >> Vm, m 1

DSBDimC 0 < VDC < Vm, m > 1 (1 < m < )

DSBSC VDC = 0, m =

35

Keperluan Bandwidth untuk DSBAMKeperluan Bandwidth untuk DSBAM

36

Modulasi Single Sideband (SSB)Modulasi Single Sideband (SSB)

Jenis SSB bisa jadi SSBAM (dengan komponen carrier yang ‘besar’), SSBDimC atau SSBSC tergantung dari besar VDC pada input.

37

Modulasi Single Sideband (SSB)Modulasi Single Sideband (SSB)

38

Modulasi Single Sideband (SSB)Modulasi Single Sideband (SSB)

dengan m(t) = Vm cos mt, diperoleh:

tωωV

+tω+ωV

+tωV=tv mcm

mcm

cDCs cos2

cos2

cos

Filter SSB filter meredam LSB sehingga output bisa dinyatakan sebagai

tω+ωV

+tωV=tv mcm

cDCs cos2

cos

Catatan, output dapat berupaSSBAM, VDC besarSSBDimC, VDC kecil

SSBSC, VDC = 0

Untuk SSBSC, sinyal output =

tω+ωV

=tv mcm

s cos2

39

Demodulasi Sinyal AMDemodulasi Sinyal AM

Ada 2 metoda utama untuk Demodulasi AM:

• Envelope (Non-coherent) Detection/Demodulation.

• Synchronized (Coherent) Demodulation.

40

Sederhana, murah, tetapi sinyal input AM harus DSBAM dengan m << 1, jadi tidak dapat digunakan untuk demodulasi DSBDimC, DSBSC atau SSB.

Detektor Envelope untuk AM terlihat berikut ini:

Envelope (Non-Coherent) DetectionEnvelope (Non-Coherent) Detection

41

Jika modulation depth > 1, maka akan terjadi distorsi

Kerja Detektor Kerja Detektor EnvelopeEnvelope

42

Demodulasi Sinkron (Coherent)Demodulasi Sinkron (Coherent)

Blok diagram demodulator sinkron (coherent) terlihat di bawah ini

Local Oscillator (LO) harus sinkron (coherent), dkl. mempunyai frekuensi dan fasa yang dengan the carrier pada sinyal input AM. Mahal dan tidak sederhana.

Tetapi demodulator ini dapat digunakan untuk semua bentuk sinyal input AM , yaituDSBAM, DSBDimC, DSBSC or SSBAM, SSBDimC, SSBSC.

43

Demodulasi Sinkron (Coherent)Demodulasi Sinkron (Coherent)

Jika sinyal input AM mengandung komponen pada frekuensi carrier (baik besar maupun kecil), LO bisa diperoleh dari sinyal tersebut sbb.

44

CatatanCatatan

Modulasi Amplitudo (AM) merupakan basis bagi:

• Modulasi Digital – Amplitude Shift Keying ASK• Modulasi Digital – Phase Reversal Keying PR• Multiplexing – Frequency Division Multiplexing

FDM• Up Conversion – Pada Pemancar Radio • Down Conversion – Pada Penerima Radio

45

Modulasi Modulasi AngleAngle

• VHF (30M-300M) untuk high-fidelity broadcast• Wideband FM (FM TV), narrow band FM (two-

way radio)• Ditemukan oleh Armstrong pada 1933 tetapi

baru berhasil secara komersial pada 1949.• Digital: Frequency Shift Keying (FSK), Phase

Shift Keying (BPSK, QPSK, 8PSK,…)• AM/FM: Transverse wave/Longitudinal wave

46

Modulasi Angle vs. AMModulasi Angle vs. AM• Sifat Modulasi Amplitudo (AM)

– Modulasi Amplitudo bersifat linear• Hanya memindahkan spektrum dari baseband

ke passband, bentuk spektrum tidak berubah. – Spektrum: S(f) merupakan versi translasi dari M(f)– Bandwidth ≤ 2W

• Sifat Modulasi Angle

– Modulasi Angle bersifat nonlinear• Bentuk spektrum berubah

– S(f) bukan hanya versi translasi dari M(f)– Bandwidth umumnya jauh lebih besar dari 2W

47

Pro/Kontra Aplikasi Modulasi Pro/Kontra Aplikasi Modulasi AngleAngle

• Kelebihan– Pengurangan Noise yang lebih baik

– Memperbaiki fidelity dari sistem komunikasi

• Kekurangan– Efisiensi bandwidth rendah

– Implementasinya tidak sederhana (kompleks)

• Aplikasi– Radio (broadcast) FM

– Komunikasi sinyal suara TV

– Two-way mobile radio

– Radio Selular

– Komunikasi Satelit dan Microwave

48

Frekuensi Frekuensi InstantaneousInstantaneous

( ) cos ( ) ,

where : carrier amplitude, ( ) : angle (phase)c i

c i

s t A t

A t

( )1( )

2i

i

d tf t

dt

Modulasi Angle mempunyai 2 bentuk- Modulation Frekuensi (FM): message signal direpresentasi kan sebagai variasi dari frekuensi sesaat (instantaneous frequency) dari carrier- Modulasi Phase (PM): message signal direpresentasi kan sebagai variasi dari fasa sesaat (instantaneous phase) dari carrier

( ) cos 2 ( )c cs t A f t t Dimana Φ(t) merupakan fungsi dari sinyal informasi m(t)

49

Modulasi Fasa (PM)Modulasi Fasa (PM) Sinyal PM (phase modulation)

( ) cos 2 ( )c c ps t A f t k m t ( ) ( ), : phase sensitivity

( )instantanous frequency ( )

2

p p

pi c

t k m t k

k dm tf t f

dt

50

Modulasi Frekuensi (FM)Modulasi Frekuensi (FM)• Sinyal FM (frequency modulation)

0( ) cos 2 2 ( )

t

c c fs t A f t k m d

0

0

: frequency sensitivity

instantanous frequency ( ) ( )

angle ( ) 2 ( )

2 2 ( )

f

i c f

t

i i

t

c f

k

f t f k m t

t f d

f t k m d

51

Karakteristik FMKarakteristik FM Karakteristik sinyal FM

– Zero-crossing tidak regular

– Envelope-nya konstan

– Sinyal FM dan PM serupa

52

Hubungan antara FM dan PMHubungan antara FM dan PM

53

Deviasi FrekuensiDeviasi Frekuensi• Deviasi Frekuensi Δf

– Selisih antara frekuensi sesaat maksimum dengan frekuensi carrier

– Definisi:

– Hubungan dengan frekuensi sesaat

max | ( ) |f m ff k A k m t

single-tone ( ) case: cos(2 )

general case: i c m

c i c

m t f f f f t

f f f f f

54

Indeks ModulasiIndeks Modulasi

• Indeks Modulasi menyatakan berapa besar variabel modulasi (frekuensi instantaneous) berubah disekitar level tanpa-modulasi (frekuensi sinyal message )

• Bandwidth

max | ( ) |AM (envelope): ,

1max | ( ) |

FM (frequency):

a

f

m

k m t

k m t

f

t

dmta )()(

...sin)(

!3cos)(

!2sin)(cos))(Re()( 3

22

2

twtak

twtak

twtaktwAtt cf

cf

cfc

55

Narrow Band Angle ModulationNarrow Band Angle Modulation

1)( tak f

twtaktwAt cfc sin)(cos)( Definisi

Persamaan

56

ContohContoh

57

Diagram Blok Pembangkitan sinyal NBFM Diagram Blok Pembangkitan sinyal NBFM

58

Wide Band FMWide Band FM Sinyal Wideband FM

Representsai dalam Fourier Seies

( ) cos(2 )

( ) cos 2 sin(2 )m m

c c m

m t A f t

s t A f t f t

( ) ( ) cos 2 ( )

( ) ( ) ( ) ( )2

c n c mn

cn c m c m

n

s t A J f nf t

AS f J f f nf f f nf

( ) : -th order Bessel function of the first kindnJ n

59

ContohContoh

60

Bandwidth dari sinyal FMBandwidth dari sinyal FM• Secara teoritis sinyal FM mempunyai

bandwidth tak terhingga• Pada kenyataannya, daya pada komponen

side frequencies menjadi sangat kecil diatas suatu titik tertentu sengga bisa diabaikan, dengan demikian sinyal FM dapat dianggap mempunyai bandwidth yang berhingga

• Aproksimasi besar bandwidth suatu sinyal FM signal dinyatakan oleh– Aturan Carson (merupakan batas bawah)

61

Aturan CarsonAturan Carson Hampir seluruh daya sinyal FM terdapat pada bandwidth

– Untuk sinyal message single-tone dengan frekuensi fm

– Untuk sinyal message m(t) dengan bandwidth (atau komponen frekuensi tertinggi) W

2 2 2( 1)T m mB f f f

2 2 2( 1)TB f W D W

max | ( ) |f m ff k A k m t