analisis modulasi

A. PENDAHULUAN

Modulasi gelombang pada dasarnya adalah proses yang mengubah karakteristik

tertentu dari suatu gelombang menurut pola osilasi gelombang yang lain. Melalui

proses ini, karakteristik gelombang kedua dapat di”tumpangkan” pada gelombang

pertama dan kemudian dipisahkan kembali bilamana perlu. Dalam teknik komunikasi,

gelombang atau sinyal pita dasar (baseband) pada umumnya dikirimkan kepada

sasaran yang berjarak jauh dengan memodulasi suatu gelombang pembawa (carrier

wave) berfrekuensi dan berdaya relatif tinggi. Dalam hal ini, sinyal pita dasar tersebut

dikenal sebagai gelombang modulasi.

Keuntungan utama yang diperoleh dari teknik modulasi dalam sistem

komunikasi adalah antara lain:

a. Memungkinkan pengiriman sinyal lemah dengan diikuti gelombang

pembawa yang berdaya tinggi (dapat diatur).

b. Reduksi ukuran antena karena pengiriman sinyal dilaksanakan melalui

gelombang pembawa yang memiliki frekuensi tinggi (panjang gelombang

pendek).

c. Memungkinkan pengaturan dan alokasi daerah frekuensi terpisah

Selain itu teknik modulasi juga bermanfaat dalam pengukuran atau eksperimen

ilmiah. Kegunaan terutama adalah:

a. Peningkatan perbandingan S/N (signal to noise ratio) baik dengan

menghindari daerah frekuensi berbising (noisy) atau dengan memberi

sensitivitas lebih tinggi kepada sistem deteksi yang bersangkutan (misal

dengan menggunakan “chopper” dan modus deteksi sinkron).

b. Memungkinkan konversi kawasan (domain) data, misalnya antara tegangan

listrik dan frekuensi atau antara data analog dan data digital.

Berdasarkan kegunaan yang telah dipaparkan diatas, maka dalam paper ini akan

dijelaskan lebih lanjut mengenai:

a. Pengertian Modulasi

b. Modulasi Analog

c. Modulasi Digital

Modulasi Gelombang | 1

1. Pengertian Modulasi

Modulasi merupakan proses mengubah-ubah parameter suatu sinyal (sinyal

pembawa atau carrier) dengan menggunakan sinyal yang lain (yaitu sinyal

pemodulasi yang berupa sinyal informasi). Sinyal informasi dapat berbentuk sinyal

audio, sinyal video, atau sinyal yang lain.

Dengan memanfaatkan masing-masing sinyal, maka modulasi dapat digunakan

untuk mentransmisikan sinyal informasi pada daerah yang luas dan jauh. Sebagai

contoh sinyal informasi (suara, gambar, data), agar dapat dikirim ke tempat lain,

sinyal tersebut harus ditumpangkan pada sinyal lain. Dalam konteks radio siaran,

sinyal yang menumpang adalah sinyal suara, sedangkan yang ditumpangi adalah

sinyal radio yang disebut sinyal pembawa (carrier). Jenis dan cara digital.

Penumpangan sinyal suara juga akan berbeda dengan penumpangan sinyal gambar,

sinyal film, atau sinyal yang lain.

Dengan proses modulasi, suatu informasi (biasanya berfrekuensi rendah) bisa

dimasukkan ke dalam suatu gelombang pembawa, biasanya berupa gelombang sinus

berfrekuensi tinggi. Terdapat tiga parameter kunci pada suatu gelombang sinusoidal

yaitu amplitudo, fase dan frekuensi. Ketiga parameter tersebut dapat dimodifikasi

sesuai dengan sinyal informasi (berfrekuensi rendah) untuk membentuk sinyal yang

termodulasi.

Peralatan yang digunakan untuk melaksanakan proses modulasi adalah

modulator, sedangkan peralatan untuk memperoleh informasi awal (kebalikan dari

proses modulasi) disebut demodulator dan peralatan yang melaksanakan kedua proses

tersebut disebut modem.

Fungsi modulasi adalah merubah atau menempatkan frekuensi rendah menjadi

frekuensi yang lebih tinggi agar dapat dikirimkan/ditransmisikan melalui media

transmisi. Sinyal informasi biasanya memiliki spectrum yang rendah dan rentan untuk

terganggu oleh noise. Sedangkan pada transmisi dibutuhkan sinyal yang memiki

spectrum yang tinggi dan dibutuhkan modulasi untuk memindahkan posisi spectrum

dari sinyal data, dari pita spectrum yang rendah ke spectrum yang jauh lebih tinggi.

Hal ini pada transmisi data tanpa kabel ( dengan antena), dengan membesarnya data

frekuensi yang dikirim maka dimensi antenna yang digunakan akan mengecil.


1. Transmisi menjadi efisien atau memudahkan pemancaran.

2. Masalah perangkat keras jadi lebih mudah, jika f/fc ~ 1 – 10 %

3. Menekan derau atau interferensi.

4. Untuk memudahkan pengaturan alokasi frekuensi radio (diterbitkan oleh

ITUT).

5. Untuk multiplexing : proses penggabungan beberapa sinyal informasi untuk

disalurkan secara bersama-sama melalui suatu kanal transmisi.

Teknik modulasi pada dasarnya dapat dibagi menjadi teknik analog dan teknik

digital. Perbedaan mendasar antara modulasi analog dan modulasi digital teletak pada

bentuk sinyal informasinya. Pada modulasi analog, sinyal informasinya berbentuk

analog dan sinyal pembawanya analog. Sedangkan pada modulasi digital, sinyal

informasinya berbentuk digital dan sinyal pembawanya analog.

Perbedaan utama antara modulasi digital dan modulasi analog adalah pesan

yang ditransmisikan untuk sistem modulasi digital mewakili seperangkat simbol-

simbol abstrak. (misalnya 0 s dan I s untuk sistem transmisi biner), sedangkan dalam

sistem modulasi analog, sinyal pesan adalah kontinyu. Untuk mengirim pesan digital,

modulasi digital mengalokasikan sepotong waktu yang disebut interval sinyal dan

menghasilkan fungsi kontinyu yang mewakili simbol.

2. Modulasi Analog

Modulasi analog adalah komunikasi yang mentransmisikan sinyal-sinyal analog

yaitu time signal yang berada pada nilai kontinu pada interval waktu yang

terdefinisikan. Pada modulasi analog, proses modulasi merupakan respon atas

informasi sinyal analog.

Sinyal analog adalah sinyal data dalam bentuk gelombang yang kontinyu, yang

membawa informasi dengan mengubah karakteristik gelombangnya. Sinyal analog

bekerja dengan mentransmisikan suara dan gambar dalam bentuk gelombang

kontinyu (continous varying). Dua parameter/karakteristik terpenting yang dimiliki

oleh isyarat analog adalah amplitudo dan frekuensi. Isyarat analog biasanya

dinyatakan dengan gelombang sinus, mengingat gelombang sinus merupakan dasar

untuk semua bentuk isyarat analog. Hal ini didasarkan kenyataan bahwa berdasarkan

analisis fourier, suatu sinyal analog dapat diperoleh dari perpaduan dari sejumlah


gelombang sinus. Dengan menggunakan sinyal analog, maka jangkauan transmisi

data dapat mencapai jarak jauh, tetapi sinyal ini mudah terpengaruhi oleh noise.

Gelombang pada sinyal analog yang umumnya berbentuk gelombang sinus

memiliki tiga variabel dasar, yaitu amplitudo, frekuensi dan phase.

a. Amplitudo merupakan ukuran tinggi rendahnya tegangan dari sinyal analog.

b. Frekuensi adalah jumlah gelombang sinyal analog dalam satuan detik.

c. Phase adalah besar sudut dari sinyal analog pada saat tertentu.

Berdasarkan parameter sinyal yang diubah-ubah, modulasi analog dapat

dibedakan menjadi beberapa jenis:

a. Modulasi amplitudo (AM, Amplitudo Modulation)

Pada modulasi amplitudo, sinyal pemodulasi atau sinyal informasi

mengubah-ubah amplitudo sinyal pembawa. Besarnya amplitudo sinyal

pembawa akan berbanding lurus dengan amplitudo sinyal pemodulasi.

b. Modulasi frekuensi (FM, Frequency Modulation)

Pada modulasi frekuensi, sinyal pemodulasi atau sinyal informasi

mengubah-ubah frekuensi sinyal pembawa. Besarnya frekuensi sinyal

pembawa akan berbanding lurus dengan amplitudo sinyal pemodulasi.

c. Modulasi Fasa (PM, Phase Modulation)

Pada modulasi fasa, sinyal pemodulasi atau sinyal informasi mengubah-ubah

fasa sinyal pembawa. Besarnya fasa sinyal pembawa akan berbanding lurus

dengan amplitudo sinyal pemodulasi.

Teknik umum yang dipakai dalam modulasi analog :

a. Angle Modulation

1) Modulasi Fase (Phase Modulation – PM)

2) Modulasi Frekuensi (Frequency Modulation – FM)

b. Modulasi Amplitudo (Amplitudo Modulation – AM)

1) Double-sideband modulation with unsuppressed carrier (used on the radio

AM band)

2) Double-sideband suppressed-carrier transmission (DSB-SC)

3) Double-sideband reduced carrier transmission (DSB-RC)


4) Single-sideband modulation (SSB, or SSB-AM), very similar to single-

sideband suppressed carrier modulation (SSB-SC)

5) Vestigial-sideband modulation (VSB, or VSB-AM)

6) Quadrature amplitude modulation (QAM)

a. Modulasi Amplitudo

Modulasi amplitudo yaitu peristiwa modulasi yang terjadi dengan merubah-

ubah amplitudo gelombang informasi. Atau juga disebut proses menumpangkan

sinyal informasi ke sinyal pembawa (carrier) dengan sedemikian rupa sehingga

amplitudo gelombang pembawa berubah-ubah sesuai dengan perubahan simpangan

(tegangan) sinyal informasi.

Modulasi jenis ini adalah modulasi yang paling mudah dan sederhana, tetapi

mudah dipengaruhi oleh keadaan transmisinya. Seperti : redaman oleh suara, noise,

interferensi dan bentuk-bentuk gangguan lainnya. Gelombang pembawa (carrier

wave) diubah amplitudonya sesuai dengan signal informasi yang akan dikirimkan.

Modulasi ini disebut juga linier modulation, artinya bahwa pergeseran frekuensinya

bersifat linier mengikuti signal informasi yang akan ditransmisikan.

Di pemancar radio dengan teknik AM, amplitudo gelombang carrier akan

diubah seiring dengan perubahan sinyal informasi (suara) yang dimasukkan.

Frekuensi gelombang carrier-nya relatife tetap. Kemudian, sinyal dilewatkan ke RF

(Radio Frequency) Amplifier untuk dikuatkan agar bisa dikirim ke jarak yang jauh.

Setelah itu, dipancarkan melalui antena.

Tentu saja dalam perjalanannya mencapai penerima, gelombang akan

mengalami redaman (fading) oleh udara, mendapat interferensi dari frekuensi-

frekuensi lain, noise, atau bentuk-bentk gangguan yang lainnya. Gangguan itu

umumnya berupa variasi amplitudo sehingga mau tidak mau akan memengaruhi

amplitudo gelombang yang terkirim. Akibatnya, informasi yang akan dikirim pun

akan berubah, dan ujung-ujungnya mutu informasi yang diterima jelas berkurang, dan

efek yang kita rasakan sangat nyata.

Adapun cara untuk mengurangi kerugian yang diakibatkan oleh redaman, noise,

dan interferensi cukup sulit. Pengurangan amplitudo gelombang (yang mempunyai


amplitudo yang lebih kecil), akan berdampak pada pengurangan sinyal asli.

Sementara peningkatan amplitudo sinyal asli juga menyebabkan peningkatan

amplitudo gangguan. Itu bisa diatasi dengan menggunakan teknik lain yang lebih

rumit. Tapi, rangkaian penerima akan menjadi lebih mahal, sementara hasil yang

diperoleh belum kualitas Hi-Fi dan belum tentu setara dengan harga yang harus

dibayar.

Gambar 1. Proses moduasi amplitudo

Seperti telah dijelaskan di atas, pada modulasi amplitudo maka besarnya

amplitudo sinyal pembawa akan diubah-ubah oleh sinyal pemodulasi sehingga

besarnya sebanding dengan amplitudo sinyal pemodulasi tersebut. Frekuensi sinyal

pembawa biasanya jauh lebih tinggi daripada frekuensi sinyal pemodulasi. Frekuensi

sinyal pemodulasi biasanya merupakan sinyal pada rentang frekuensi audio (AF,

Audio Frequency) yaitu antara 20 Hz sampai dengan 20 kHz. Sedangkan frekuensi

sinyal pembawa biasanya berupa sinyal radio (RF, Radio Frequency) pada rentang

frekuensi tengah (MF, Mid-Frequency) yaitu antara 300 kHz sampai dengan 3 Mhz.

Untuk mempermudah pembahasan, hanya akan didiskusikan modulasi dengan sinyal

sinus.

Jika sinyal pemodulasi dinyatakan sebagai em = Vm sin ωm t dan sinyal

pembawanya dinyatakan sebagai ec = Vc sin ωc t , maka sinyal hasil modulasi

disebut sinyal termodulasi atau eAM.

Berikut ini adalah analisis sinyal termodulasi AM.


http://fahmizaleeits.wordpress.com/2011/02/25/modulasi-sinyal/3-6/

eAM = Vc (1 + m sin ωm t ) sin ωc t

= Vc . sin ωc t + m . Vc . sin ωc t . sin ωm t

= Vc . sin ωc t + ½ m.Vc.cos(ωc - ωm) t - ½ m.Vc.cos(ωc + ωm) t

...(a-1)

dengan

eAM : sinyal termodulasi AM

em : sinyal pemodulasi

ec : sinyal pembawa

Vc : amplitudo maksimum sinyal pembawa

Vm : amplitudo maksimum sinyal pemodulasi

m : indeks modulasi AM

ωc : frekuensi sudut sinyal pembawa (radian/detik)

ωm : frekuensi sudut sinyal pemodulasi(radian/detik)

Hubungan antara frekuensi sinyal dalam hertz dengan frekuensi sudut dinyatakan

sebagai:

ω = 2 π f

Gambar 2. (a) Sinyal pemodulasi (b) Sinyal pembawa

(c) Sinyal termodulasi AM


Komponen pertama sinyal termodulasi AM (Vc sin ωc t) disebut komponen

pembawa, komponen kedua ( yaitu ½ m.Vc.cos(ωc - ωm) t ) disebut komponen

bidang sisi bawah atau LSB : Lower Side Band), dan komponen ketiga ( yaitu ½

m.Vc.cos(ωc + ωm) t ) disebut komponen bidang sisi atas atau USB : Upper Side

Band). Komponen pembawa mempunyai frekuensi sudut sebesar ωc , komponen LSB

mempunyai frekuensi sudut sebesar ωc - ωm , dan komponen USB mempunyai

frekuensi sudut sebesar ωc + ωm

Pada gambar (3) diperlihatkan spektrum frekuensi gelombang termodulasi

AM yang dihasilkan oleh spektrum analyzer. Harga amplitudo masing-masing bidang

sisi dinyatakan dalam harga mutlaknya.

Gambar 3. Spektrum frekuensi sinyal termodulasi AM

Indeks Modulasi AM

Derajat modulasi merupakan parameter penting dan juga sering disebut indeks

modulasi AM, dinotasikan dengan m. Parameter ini merupakan perbandingan antara

amplitudo puncak sinyal pemodulasi (Vm) dengan amplitudo puncak sinyal pembawa

(Vc). Besarnya indeks modulasi mempunyai rentang antara 0 dan 1. Indeks modulasi

sebesar nol, berarti tidak ada pemodulasian, sedangkan indeks modulasi sebesar satu

merupakan pemodulasian maksimal yang dimungkinkan.

Besarnya indeks modulasi AM dinyatakan dengan persamaan:


m=V m

V c ... (a-2)

Indeks modulasi juga dapat dinyatakan dalam persen dan dinotasikan dengan M,

M=V m

V c

x 100 % ... (a-3)

Sampul Gelombang Termodulasi AM

Pada bagian ini akan dibahas tentang persamaan yang menyatakan amplitudo

gelombang termodulasi AM. Ini juga dikenal sebagai sampul gelombang termodulasi

AM. Sampul ini merupakan garis imaginer yang digambar antara nilai-nilai puncak

pada setiap siklus, memberikan bentuk yang ekivalen dengan bentuk tegangan

pemodulasi.

esampul = Vc + em

= Vc + Vm sin ωm t ... (a-c)

Oleh karena Vm = m Vc maka persamaan tersebut dapat dinyatakan sebagai:

esampul = Vc + m Vc sin ωm t

= Vc ( 1 + m sin ωm t ) → sampul positif

= - Vc ( 1 + m sin ωm t ) → sampul negatif ... (a-5)

Gambar 4. memperlihatkan contoh sampul positif dan negatif, jika :

Vc = 2 Volt, Vm = 1,06 Volt, m = 0,53.


Gambar 4. Sampul gelombang termodulasi AM

Bidang-sisi Tunggal (Single Sideband)

Sinyal termodulasi AM seperti telah dibahas di atas, terdiri dari tiga komponen

yaitu komponen pembawa, komponen bidang sisi atas, dan komponen bidang sisi

bawah. Sinyal ini dapat ditransmisikan atau dipancarkan secara keseluruhan ke arah

penerima. Transmisi semacam ini disebut transmisi DSBFC (Double Side Band Full

Carrier) yang berarti pemancaran dua bidang sisi (atas dan bawah) berikut dengan

komponen pembawanya. Jenis transmisi yang demikian membutuhkan lebar bidang

sebesar 2 fm, dengan fm adalah frekuensi tertinggi sinyal pemodulasi.

Amplitudo puncak komponen pembawa merupakan bagian yang terbesar, yaitu

Vc. Sedangkan kedua komponen yang lain mempunyai amplitudo puncak yang sama,

yaitu ½ mVc. Hal ini berarti bahwa jika m = 1, maka setiap satuan daya pancaran


DSBSC terdiri atas dua pertiga bagian komponen pembawa dan sisanya terbagi pada

komponen bidang sisi atas (USB) dan bidang sisi bawah (LSB).

Kenyataan di atas merupakan suatu kerugian karena komponen pembawa

dengan daya yang terbesar dari ketiga komponen yang ada ini, sebenarnya tidak

membawa informasi apapun. Jenis transmisi DSBSC (Double Side Band Suppressed

Carrier) merupakan jenis transmisi sinyal termodulasi AM dimana komponen

pembawanya telah ditekan menjadi nol. Pada jenis ini, lebar bidang yang dibutuhkan

sama dengan lebar bidang yang dibutuhkan pada transmisi DSBFC. Gambar (5)

memperlihatkan sinyal termodulasi AM DSBSC.

Gambar 5. Sinyal DSBSC (a) domain waktu (b) domain frekuensi

Informasi pada sinyal termodulasi AM terkandung dalam komponen USB dan

LSB. Dengan demikian, dapat dipilih opsi lain dalam pentransmisian sinyal

termodulasi AM yaitu dengan mentransmisikan salah satu komponen bidang sisi,

komponen USB atau LSB saja. Cara pentransmisian seperti ini disebut transmisi

bidang tunggal (SSB : Single Side Band). Selain lebih hemat daya, transmisi SSB

juga lebih hemat lebar bidang (yaitu hanya membutuhkan setengah dari lebar bidang

yang dibutuhkan pada transmisi DSBFC). Gambar (5) memperlihatkan pemilihan

komponen LSB dan USB dalam sistem SSB.

Dalam hal ini yang dipilih untuk dipancarkan adalah komponen USB. Proses

pemilihan dapat dilakukan dengan cara penapisan (filtering).


Gambar 6. Pemilihan komponen USB untuk ditransmisikan dalam sistem SSB

Vestigial Sideband (VSB)

Penapisan salah satu komponen bidang sisi (LSB atau USB) pada transmisi

SSB dapat menghemat lebar bidang dan daya pancar. Penapisan semacam ini

membutuhkan cara khusus dan proses konversi. Terdapat suatu teknik intermediet

antara SSB dan DSBFC yang disebut vestigial sideband (VSB), yang digunakan

dalam industri televisi komersial untuk transmisi dan penerimaan sinyal video.

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 DSBFC.


Gambar 7. Format kanal standart FCC untuk transmisi gambar warna dan monokrom di US

b. Pengertian Modulasi Frekuensi (FM)

Modulasi frekuensi yaitu proses modulasi yang terjadi dengan mengubah-ubah

frekuensi gelombang pembawa sesuai dengan perubahan frekuensi sinyal informasi.

Di pemancar radio dengan teknik modulasi FM, frekuensi gelombang carrier

akan berubah seiring perubahan sinyal suara atau informasi lainnya. Amplitudo

gelombang carrier relatif tetap. Setelah dilakukan penguatan daya sinyal (agar bisa

dikirim jauh), gelombang yang telah dimodulasi dipancarkan melalui antenna.

Seperti halnya gelombang termodulasi AM, gelombang ini pun akan

mengalami redaman oleh udara dan memdapat interferensi dari frekuensi-frekuensi

lain, noise, atau bentuk-bentuk gangguan lainnya. Tetapi karena gangguan ini

umumnya berbentuk variasi amplitudo, kecil kemungkinan dapat memengaruhi

informasi yang menumpang dalam frekuensi gelombang carrier. Sehingga, mutu

informasi yang diterima tetap baik. Dan, kualitas audio yang diterima juga lebih

tinggi daripada kualitas audio yang dimodulasi dengan AM.

Adapun proses modulasi yang terjadi pada FM dapat dijelaskan sebagai berikut:

Pembawa RF. Proses ini menghasilkan gelombang yang sudah dimodulasi dengan

frekuensiyang berubah-ubah sesuai dengan perubahan frekuensi gelombang informasi

yang dimodulasi. Disaat kurva gelombang informasi sedang mengarahkan ke puncak,

frekuensi gelombang FM menjadi lebih rendah dari frekuensi gelombang AM. Oleh

sebab itu, dikatakan bahwa band frekuensi yang dipakai pada radio FM lebih lebar

dibandingkan dengan frekuensi yang dibutuhkan oleh system radio AM, yaitu band

frekuensi di atas HF. Akibat penggunaan band frekuensi yang lebar ini, system FM

memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan sistem AM.


Gambar 8. Proses Modulasi Frekuensi

Kelebihan-kelebihan tersebut antara lain :

a. Pengaruh derau selama hubungan lebih kecil.

b. Dengan penggunaan daya electron yang lebih kecil dapat diproleh mutu

hubungan yang sama dengan system AM.

c. Perubahan level gelombang sinyal akibat fading tidak akan terjadi, karena

proses modulasi dilakukan dengan dasar perubahan frekuensi.

Berpijak pada kelebihan-kelebihan tersebut, maka system FM banyak dipakai

pada hubungan komunikasi radio, mobil, STJJ (Sambungan Telepon Jarak Jauh),

Handy Talky pengiriman suara pada pemancar televisi dansistem gelombang mikro

(microwave). Pada system FM amplitudo dan fasenya tetap, sedangkan yang

berubah-ubah adalah frekuensinya.

Seperti yang telah dipaparkan diatas, modulasi frekuensi didefinisikan sebagai

deviasi frekuensi sesaat sinyal pembawa (dari frekuensi tak termodulasinya) sesuai

dengan amplitudo sesaat sinyal pemodulasi. Sinyal pembawa dapat berupa

gelombang sinus, sedangkan sinyal pemodulasi (informasi) dapat berupa gelombang

apa saja (sinusoidal, kotak, segitiga, atau sinyal lain misalnya sinyal audio). Gambar

(7) mengilustrasikan modulasi frekuensi sinyal pembawa sinusoidal dengan

menggunakan sinyal pemodulasi yang juga berbentuk sinyal sinusoidal. Secara

matematis, sinyal termodulasi FM dapat dinyatakan dengan :

eFM = Vc sin ( ωc t + mf sin ωm t ) ...

(b-1)



dengan

eFM : sinyal termodulasi FM

em : sinyal pemodulasi

ec : sinyal pembawa

Vc : amplitudo maksimum sinyal pembawa

mf : indeks modulasi FM

ωc : frekuensi sudut sinyal pembawa (radian/detik)

ωm : frekuensi sudut sinyal pemodulasi(radian/detik)

Gambar 9.(a) Sinyal pembawa (b) Sinyal pemodulasi(c) Sinyal termodulasi FM

Indeks Modulasi FM

Seperti telah dibahas, pada modulasi frekuensi maka frekuensi sinyal pembawa

diubah-ubah sehingga besarnya sebanding dengan dengan besarnya amplitudo sinyal

pemodulasi. Semakin besar amplitudo sinyal pemodulasi, maka semakin besar pula

frekuensi sinyal termodulasi FM. Besar selisih antara frekuensi sinyal termodulasi

FM pada suatu saat dengan frekuensi sinyal pembawa disebut deviasi frekuensi.


Deviasi frekuensi maksimum didefinisikan sebagai selisih antara frekuensi sinyal

termodulasi tertinggi dengan terendahnya.

Indeks modulasi FM (mf) merupakan perbandingan antara deviasi frekuensi

maksimum dengan frekuensi sinyal pemodulasi

mf =δf m

... (b-2)

dengan

δ : deviasi frekuensi maksimum

fm : frekuensi maksimum sinyal pemodulasi


Besarnya indeks modulasi FM dapat dipilih sebesar mungkin sejauh tersedia

bandwidth (lebar bidang) untuk keperluan transmisinya. Biasanya besarnya indeks

modulasi ini akan dimaksimalkan dengan cara mengatur besarnya deviasi frekuensi

maksimal yang diijinkan.

Analisis Frekuensi Gelombang Termodulasi FM

Persamaan gelombang FM dinyatakan sbb:

eFM = Vc J0 mf sin ωc t

+ Vc {J1 (mf) [sin (ωc + ωm )t - sin (ωc - ωm )t]}

+ Vc {J2 (mf) [sin (ωc + 2ωm )t - sin (ωc - 2ωm )t]}

+ Vc {J3 (mf) [sin (ωc + 3ωm )t - sin (ωc - 3ωm )t]}

+ Vc {Jc (mf) [sin (ωc + cωm )t - sin (ωc - cωm )t]}

+ ……… ... (b-3)

dengan

eFM : amplitudo sesaat gelombang termodulasi FM

Vc : amplitudo puncak pembawa

Jn : penyelesaian fungsi Bessel orde ke-n untuk indeks modulasi



Vc J0 (mf) sin ωc t = komponen frekuensi pembawa

Vc{J1 (mf) [sin (ωc+ωm)t - sin (ωc - ωm)t]} = komp. bid. sisi pertama

Vc {J2 (mf) [sin (ωc + 2ωm )t - sin (ωc - 2ωm )t]} = komp. bid. sisi ke-dua

vc {J3 (mf) [sin (ωc + 3ωm )t - sin (ωc - 3ωm )t]} = komp. bid. sisi ke-tiga

Vc {Jc (mf) [sin (ωc + cωm )t - sin (ωc - cωm )t]} = komp. bid. sisi ke-empat

Vc {Jc (mf) [sin (ωc + 5ωm )t - sin (ωc - 5ωm )t]} = komp. bid. sisi ke-lima

dst

Penyelesaian fungsi Bessel orde ke-n untuk berbagai indeks modulasi dapat

dilihat pada gambar (10).

Gambar 10. Penyelesaian fungsi Bessel orde ke-n untuk berbagai indeks modulasi


Dengan memasukkan nilai-nilai indeks modulasi, frekuensi pembawa, dan

frekuensi pemodulasinya maka dapat ditentukan pula penyelesaian fungsi Bessel

yang bersangkutan. Selanjutnya dapat digambarkan spektrum frekuensi sinyal

termodulasi FM yang bersangkutan. Gambar (11) memperlihatkan contoh spektrum

sinyal termodulasi FM.

Gambar 11. Spektrum sinyal termodulasi FM

Lebar-bidang Untuk FM

Lebar-bidang yang dibutuhkan untuk mentransmisikan sinyal FM adalah:

BW = 2 ( n . fm ) ... (b-c)

Dengan n adalah nilai tertinggi komponen bidang-sisi dan fm adalah frekuensi

tertinggi pemodulasi. Oleh karena pada kenyataannya nilai n mencapai tak hingga,

maka secara teoritis lebar bidang yang dibutuhkan adalah tak hingga pula. Namun,

amplitudo komponen bidang sisi untuk n yang bernilai besar menjadi tidak terlalu

signifikan sehingga kontribusinya dapat diabaikan. Dengan pertimbangan ini, maka

nilai n yang digunakan untuk menentukan lebar bidang adalah nilai n yang masih

memberikan kontribusi signifikan pada amplitudo komponen bidang sisinya.

Kontribusi yang dapat dianggap signifikan adalah yang memberikan tegangan sebesar

minimal 1% atau – c0 dB. Hal ini dapat dilihat pada tabel fungsi Bessel, misalnya


untuk mf sebesar 5 maka jumlah n yang signifikan adalah 8 (sampai dengan J8 ,

untuk n > 8 diabaikan).

Pada tahun 1938 J.R. Carson menyatakan bahwa untuk mentransmisikan sinyal

termodulasi FM dibutuhkan lebar bidang minimal dua kali jumlahan deviasi frekuensi

dengan frekuensi maksimum sinyal termodulasi. Selanjutnya hal ini dikenal dengan

Carson’s rule dan dapat dinyatakan sebagai:

BW = 2 ( δ + fm ) ... (b-5)

dengan δ adalah deviasi frekuensi dan fm adalah frekuensi tertinggi sinyal

pemodulasi.

FCC telah mengalokasikan lebar bidang sebesar 200 kHz untuk siaran FM

(disebut FM bidang lebar atau wideband FM). Deviasi frekuensi maksimum yang

diijinkan adalah sebesar δ = ± 75 kHz. Dengan batasan ini, maka besarnya indeks

modulasi juga dibatasi (mulai sebesar mf = 5 untuk fm=15 kHz hingga sebesar

mf=1500 untuk fm=50 Hz). Gambar (10) memperlihatkan bidang frekuensi untuk

siaran komersial FM.

Selain yang telah dibahas di atas, FCC juga mengalokasikan bidang frekuensi

untuk siaran FM bidang sempit (narrowband FM) sebesar 10 – 30 kHz. Indeks

modulasinya dibuat mendekati satu sehingga lebar bidang yang diperlukan sama

dengan lebar bidang untuk sinyal AM yaitu hanya sebesar 2 x fm. Contoh FM bidang

sempit antara lain sistem radio mobil untuk polisi, dinas kebakaran, pelayanan taksi,


telefon seluler, radio amatir, dan lain-lain.

Gambar 12. Bidang frekuensi untuk siaran komersial FM

c. Modulasi Fasa (Phase Modulation)

Modulasi Fase adalah suatu bentuk modulasi yang mewakili informasi sebagai

variasi dalam fase seketika dari gelombang pembawa. Tidak seperti rekannya yang

lebih popular, frekuensi modulasi (FM), PM tidak terlalu banyak digunakan untuk

transmisi radio. Hal ini karena cenderung cenderung memerlukan perangkat keras

menerima lebih kompleks dan dapat terjadi masalah ambiguitas dalam menentukan

sesuatu, misalnya sinyal telah berubah tahap demi +180 0 atau – 1800 . PM digunakan,

namun, dalam synthesizer music digital seperti Yamaha DX7, meskipun instrument

ini biasanya disebut sebagai “FM” synthesizer (kedua jenis modulasi terdengar sangat

mirip, tetapi PM biasanya lebih mudah diterapkan.

Modulasi ini menggunakan perbedaan sudut (phase) dari sinyal analog untuk

membedakan kedua keadaan sinyal digital. Pada modulasi jenis ini, amplitudo dan

frekuensi dari sinyal analog adalah tetap, yang berubah adalah phase sinyal

analognya.

Modulasi Fase juga disebut suatu bentuk modulasi yang mempresentasikan

informasi sebagai variasi fase dari sinyal pembawa. Hampir mirip dengan FM,

frekuensi pembawa juga bervariasi karena variasi fase dan tidak berubah amplitudo

pembawa. PM jarang digunakan karena memerlukan perangkat keras penerima yang

lebih kompleks. Keuntungan PM adalah potensi gangguan dan daya yang dibutuhkan

lebih kecil. Sinyal modulasi ditumpangkan pada gelombang pembawa.


Gambar 13. Proses Modulasi Fase

Sesuai dengan namanya, maka parameter sinyal carrier yang dipengaruhi oleh

sinyal pemodulasi adalah, fasa. Sehingga selama proses modulasi, fasa sinyal carrier

tersebut berubah di sekitar fasa sinyal tersebut bila tanpa modulasi, φ C radian.

Persamaan sinyal carrier tanpa modulasi ditunjukkan pada persamaan (c-1),

eC = sin ( ωCt + φ C ) (c-1)

Sebagai fungsi t, fasa sinyal carrier dapat dinyatakan seperti persamaan (c-2) sebagai

berikut,

φ (t) = φ C + K.em (c-2)

dimana, K adalah konstanta deviasi fasa yang dapat dianalogikan dengan k untuk

sistem modulasi frekuensi, dan em adalah sinyal pemodulasi, sementara φ C kemudian

dapat dianggap sama dengan nol. Persamaan (c-2) kemudian dapat dinyatakan seperti

persamaan (c-3),

φ (t) = Δφ . m (t) (c-3)

dimana, Δφ adalah deviasi fasa maksimum, dan m (t) adalah sinyal pemodulasi. Δφ

kemudian dapat dianggap sebagai index modulasi fasa, mp. Bila kemudian sinyal

pemodulasinya adalah satu sinyal sinusoidal, maka persamaan sinyal carrier dengan

mo-dulasi fasa adalah,

eC = A sin ( ωCt + mp sin ωmt ) (c-4)

Bila dibandingkan persamaan (c-4) dengan persamaan carrier modulasi

frekuensi yang dituliskan kembali di sini,

v = A sin ( ωCt + mf sin ωmt ) (c-5)



maka kedua persamaan tersebut nampak mirip. Karena kemiripan tersebut, maka

spektrum frekuensi gelombang sinyal carrier termodulasi fasa sama dengan spektrum

sinyal termodulasi frekuensi. Bila index modulasi fasa yang didefinisikan sebagai

simpangan maksimum fasa, mp = c

Pembuktian PM mengandung deviasi frekuensi

Dari persamaan (c-4), yaitu persamaan gelombang termodulasi fasa dengan

sinyal pemodulasi bentuk sinus, maka fasa keseluruhan carrier tersebut sebagai

fungsi t adalah,

θ (t) = ωCt + mp sin ωmt (c-6)

dan frekuensi sudut sesaat (instantaneous) gelombang termodulasi fasa ini

didefinisikan sebagai,

ωi =

dθ( t )dt

= ωC + ωm.mp cos ωmt (c-7)

Bila nilai feq (t) dimasukkan pada frekuensi sudut ruas kiri persamaan (c-7), maka

ruas kiri menjadi, ωC + 2π feq (t), dan persamaan (c-7) kemudian menjadi,

ωC + 2π feq (t) = ωC + ωm.mp cos ωmt

feq (t) =

ωm .mp

2π cos ωmt

feq (t) = fm. mp . cos ωmt ,

sehingga, deviasi maksimum frekuensi ekivalen sistem modulasi fasa adalah,

Δ feq = fm. mp (c-8)

Persamaan (c-7) menunjukkan bahwa, pada semua penerima sistem modulasi

fasa, akan selalu menganggap atau menginterpretasi modulasi fasa sebagai modulasi

frekuensi. Ini berarti bahwa, nilai sinyal output hasil demodulasi berbanding lurus

dengan deviasi frekuensi sinyal termodulasi (carrier). Disamping itu persamaan (c-8)

menunjukkan bah-wa, sinyal termodulasi fasa mempunyai frekuensi yang berbanding

lurus dengan frekuensi sinyal pemodulasi dan nilai index modulasi fasa-nya. Untuk

nilai mp konstan, maka output demodulasi sebanding dengan frekuensi sinyal

pemodulasi.


Perbedaan Sistem PM Dengan Sistem FM

Dari kedua persamaan untuk PM dan FM, yaitu persamaan (c-4) dan (c-5)

nampak bahwa, bila deviasi frekuensi sinyal pemodulasi bertambah, maka pada

sistem PM, deviasi fasa carrier juga bertambah besar, yang mempengaruhi juga

sedikit perubahan amplitudonya. Sementara pada sistem FM, perubahan tersebut akan

berpengaruh pada index modulasinya secara terbalik, yang pada akhirnya juga akan

berpengaruh pada fasa carrier juga. Sehingga untuk kedua sistem tersebut sulit

dibedakan bila sinyal pemodula-sinya adalah dengan frekuensi tunggal. Bila

frekuensi sinyal pemodulasi berubah, maka index modulasi PM akan tetap, sementara

index modulasi FM akan berubah secara berbanding terbalik terhadap perubahan

frekuensi sinyal pemodulasi tersebut.

Uraian tentang perbedaan kedua sistem tersebut secara praktis adalah, apabila

satu transmisi FM diterima oleh receiver PM atau sebaliknya. Bila siaram FM

diterima dengan receiver PM, maka fasa frekuensi rendah (bass frequencies) akan

bergeser cukup ba-nyak. Karena receiver PM penerimaannya bergantung pada

pergeseran fasa, maka trans-misi FM tersebut diterimanya nampak dengan penguatan

frekuensi rendah yang tidak wajar. Sebaliknya, bila transmisi PM diterima dengan

penerima FM, maka dalam pene-rimaan nampak level sinyal bass tidak cukup atau

teredam. Sehingga untuk memberikan kompensasi keadaan itu, maka sebelum

dimodulasikan secara PM, satu sinyal harus dikuatkan dahulu secukupnya untuk

frekuensi rendahnya.

Rangkaian penghasil sinyal PM

Komponen yang digunakan untuk menghasilkan perubahan frekuensi pada satu

osilator adalah dioda varactor yang mempunyai rangkaian yang digambarkan kembali

berikut ini.


Gambar 14. Rangkaian penghasil sinyal FM dan PM

Seperti telah dijelaskan bahwa komponen dioda varactor diletakkan pada tank-

circuit satu rangkaian osilator, yang menentukan nilai frekuensi osilasinya. Karena

dioda varactor mempunyai karakteristik sebuah kapasitor dengan nilai kapasitansi

yang berubah terhadap tegangan, maka frekuensi osilasinya juga akan berubah sesuai

dengan tegangan yang diberikan secara prategangan mundur (reverse bias) pada

terminalnya. Bila nilai tegangan mundur tersebut adalah tegangan sinyal pemodulasi,

maka output osilator bersangkutan adalah sinyal termodulasi FM. Bila titik

pengambilan output pada lilitan L tank circuit, maka output tersebut adalah sinyal

termodulasi PM. Sinyal termodulasi PM diakibatkan karena fasa sudut admitansi

tank-circuit berubah-ubah.

Tentang varactor dioda, adalah satu pn-junction yang mempunyai karakteristik

sebuah nilai kapasitansi, Cd , seri dengan sebuah resistor, RS. Nilai kapasitansi

ditimbulkan karena peranan pn-junction yang mirip struktur kapasitor keping sejajar,

sedang nilai resistansi adalah akibat sifat resistansi bahan semikonduktornya sendiri

serta resistansi termi-nal komponen. Karateristik sebuah dioda varactor ditunjukkan

pada Gambar (14), yaitu menunjukkan nilai kapasitansi sebagai fungsi prategangan

mundur yang dialaminya.

Pada gambar (14) nampak bahwa, pada saat tegangan reverse nol, maka nilai

kapasitansi va-ractor sebesar CO . Sedang pada nilai sembarang –|V|, nilai

kapasitansi varactor mengikuti kurva karakteristik tersebut, yang nilainya ditunjukkan

pada persamaan (c-8). Untuk pembahasan, dituliskan kembali persamaan tersebut

sebagai persamaan (c-9). Untuk nilai –|V O| yang dalam hal ini adalah -VCC pada

rangkaian Gbr-2, maka nilai kapasitansinya adalah CdO .


Cd =

CO

(1+|V|Φ )

a

(c-9)

dimana,

CO = nilai kapasitansi dioda varactor pada V = 0,

Φ = potensial pada junction saat mulai on,

a = nilai index yang tergantung dari jenis junction.

V = modulus tegangan reverse yang diterima dioda varactor.

Untuk jenis dioda tertentu (silikon), maka nilai a = 0,5, dan Φ = 0,5 volt.

Sehingga persamaan (c-9) menjadi,

Cd =

CO

√1+2|V| (c-10)

Gambar 15. Karakteristik Dioda Varactor

Dimisalkan osilator memberikan arus konstan pada tank-circuit, dan frekuensi

konstan, maka nilai konstanta deviasi fasa, K, yaitu yang ditunjukkan pada persamaan

(c-2) akan tertentu sebagai uraian berikut ini. Nilai total kapasitansi tank-circuit

osilator adalah,

CS =

C .Cd

C+Cd (c-11)

dan pada titik kerja, nilai CS adalah CSO yang tertentu oleh nilai CdO . Nilai perubahan

atau slop perbandingan CS/ Cd pada titik kerja (dengan deferensiasi) adalah,


SS = - (CSO

CdO)2

(c-12)

Kemudian, nilai admitansi tank-circuit diberikan oleh hubungan,

Y =

1RD

+ j(ωCS−1

ωL ) (c-13)

3. Modulasi Digital

Modulasi digital adalah suatu sinyal analog di modulasi berdasarkan aliran data

digital. Modulasi digital merupakan proses penumpangan sinyal digital (bit stream)

ke dalam sinyal carrier. Modulasi digital sebetulnya adalah proses mengubah-ubah

karakteristik dan sifat gelombang pembawa (carrier) sedemikian rupa sehingga

bentuk hasilnya (modulated carrier) memiliki ciri-ciri dari bit-bit (0 atau 1) yang

dikandungnya. Teknik modulasi digital pada prinsipnya merupakan variant dan

metode modulasi analog.

Sinyal digital merupakan hasil teknologi yang dapat mengubah signal menjadi

kombinasi urutan bilangan 0 dan 1 (juga dengan biner), sehingga tidak mudah

pengaruh oleh derau, proses informasinya pun mudah, cepat dan akurat, tetapi

transmisi dengan sinyal digital hanya mencapai jarak jangkauan pengiriman data

yang relatif dekat. Biasanya sinyal ini juga dikenal dengan sinyal diskret.

Sinyal digital merupakan bentuk sampling dari sistim analog. Digital pada

dasarnya dikodekan dalam bentuk biner (Hexa). Besarnya nilai suatu system digital

dibatasi oleh lebarnya atau jumlah bit atau (Bandwidth). Jumlah bit juga sangat

dipengaruhi nilai akurasi sistim digital.

Sinyal digital ini memiliki berbagai keistimewaan yang unik yang tidak dapat

ditemukan pada teknologi analog :

a. Mampu mengirimkan informasi dengan kecepatan cahaya yang dapat

membuat informasi yang dapat dikirimkan dengan kecepatan tinggi

b. Penggunaan yang berulang-ulang terhadap informasi yang tidak

mempengaruhi kualitas dan kuantitas informasi itu sendiri


c. Informasi dapat dengan mudah diproses dan dimodifikasi ke dalam berbagai

bentuk

d. Dapat memproses informasi dalam jumlah yang sangat besar dan

mengirimnya secara interaktif

Pengolahan sinyal digital memerlukan komponen-komponen digital, register,

counter, decoder, mikroprosessor, mikrokontroler dan sebagainya.

Saat ini pengolahan sinyal banyak dilakukan secara digital, karena

kelebihannya antara lain :

a. Untuk menyimpan hasil pengolahan, sinyal digital lebih mudah

dibandingkan sinyal analog. Untuk menyimpan sinyal digital dapat

menggunakan media digital seperti CD, DVD, Flash Disk, Harddisk.

Sedangkan media penyimpanan sinyal analog adalah pita tape magnetik.

b. Lebih kebal terhadap noise karena bekerja pada level ‘0’ dan ‘1’.

c. Lebih kebal terhadap perubahan temperatur.

d. Lebih mudah memprosesnya.

Pada dasarnya dikenal 3 prinsip atau system modulasi digital yaitu :

a. Amplitude Shift Keying (ASK)

b. Frequency Shift Keying (FSK)

c. Phase Shift keying (PSK)


a. Amplitude Shift Keying (ASK)

Pengiriman sinyal berdasarkan pergeseran amplitude, merupakan suatu metode

modulasi dengan mengubah-ubah amplitude. Dalam proses modulasi ini kemunculan

frekuensi gelombang pembawa tergantung pada ada atau tidak adanya sinyal

informasi digital. Keuntungan yang diperoleh dari metode ini adalah bit per baud

(kecepatan digital) lebih besar. Sedangkan kesulitannya adalah dalam menentukan

level acuan yang dimilikinya, yakni setiap sinyal yang diteruskan melalui saluran

transmisi jarak jauh selalu dipengaruhi oleh redaman dan distorsi lainnya. Oleh sebab

itu metode ASK hanya menguntungkan bila dipakai untuk hubungan jarak dekat saja.

Dalam hal ini factor derau harus diperhitungkan dengan teliti, seperti juga pada

system modulasi AM. Derau menindih puncak bentuk-bentuk gelombang yang

berlevel banyak dan membuat mereka sukar mendeteksi dengan tepat menjadi level

ambangnya.

b. Frequency Shift Keying (FSK)

Pengiriman sinyal melalui penggeseran frekuensi. Metode ini merupakan suatu

bentuk modulasi yang memungkinkan gelombang modulasi menggeser frekuensi

output gelombang pembawa. Pergeseran ini terjadi antara harga-harga yang telah

ditentukan semula dengan gelombang output yang tidak mempunyai fase terputus-

putus. Dalam proses modulasi ini besarnya frekuensi gelombang pembawa berubah-

ubah sesuai dengan perubahan ada atau tidak adanya sinyal informasi digital. FSK

merupakan metode modulasi yang paling popular. Dalam proses ini gelombang

pembawa digeser ke atas dan ke bawah untuk memperoleh bit 1 dan bit 0. Kondisi ini

masing-masing disebut space dan mark. Keduanya merupakan standard transmisi data

yang sesuai dengan rekomendasi CCITT. FSK juga tidak tergantung pada teknik on-

off pemancar, seperti yang telah ditentukan sejak semula. Umumnya tipe modulasi

FSK dipergunakan untuk komunikasi data dengan Bit Rate ( kecepataqn transmisi)

yang relatif rendah, seperti untuk Telex dan modem-data dengan bit rate yang tidak

lebih dari 2400 bps (2.4 kbps).


c. Phase Shift keying (PSK)

Pengiriman sinyal melalui pergeseran fase. Metode ini merupakan suatu bentuk

modulasi fase yang memungkinkan fungsi pemodulasi fase gelombang termodulasi di

antara nilai-nilai diskrit yang telah ditetapkan sebelumnya. Dalam proses modulasi ini

fase dari frekuensi gelombang pembawa berubah-ubah sesuai dengan perubahan

status sinyal informasi digital. Sudut fase harus mempunyai acuan kepada pemancar

dan penerima. Akibatnya, sangat diperlukan stabilitas frekuensi pada pesawat

penerima. Guna memudahkan untuk memperoleh stabilitas pada penerima, kadang-

kadang dipakai suatu teknik yang koheren dengan dengan PSK yang berbeda-beda.

Hubungan antara dua sudut fase yang dikirim digunakan untuk memelihara stabilitas.

Dalam keadaan seperti ini, fase yang ada dapat dideteksi bila fase sebelumnya telah

diketahui. Hasil perbandingan ini dapat dipakai sebagai patokan (referensi).

Dua jenis modulasi PSK yang sering kita jumpai :

a. BPSK adalah format yang paling sederhana dari PSK modulasi paling

sempurna dari semua bentuk modulasi PSK. Akan tetapi modulasi ini

hanya mampu memodulasi 1 bit/symbol dan dengan demikian maka

modulasi ini tidak cocok untuk aplikasi data rate yang tinggi dimana

bandwithnya dibatasi.

b. QPSK atau dikenal dengan sebutan quartenary PSK atau quadriphase PSK

analisis membuktikan bahwa ini digunakan untuk menggandakan data rate

jika dibandingkan dengan system BPSK. BPSK digunakan pada kedua

carrier dan dapat dimodulasi dengan bebas.


DAFTAR PUSTAKA

M.O. Tjia. 1994. Gelombang. Bandung : Jurusan Fisika-Mipa ITB

Susilawati, Indah. 2009. Kuliah 3- Modulasi Amplitudo. Yogyakarta: Universitas MercuBuana Yogyakarta.

Susilawati, Indah. 2009. Kuliah 4- Modulasi Frekuensi. Yogyakarta: Universitas MercuBuana Yogyakarta.

Susilawati, Indah. 2009. Kuliah 5- Modulasi Pulsa. Yogyakarta: Universitas MercuBuana Yogyakarta.


analisis modulasi

Documents