PERCOBAAN 4

MODULATOR (QPSK)

1. Tujuan percobaan

1) Mempelajari tipe dari modulasi

2) Mengerti prinsip dari modulasi QPSK

3) Mengerti Inphase dan sinyal Quadratur dan membandingkan sinyal terukur.

2. Teori Singkat

1) Modulasi

Tujuan pokok dari transmitter adalah mengirimkan sinyal informasi dan sinyal pesan, seperti

suara dan gambar, dalam “remote site”. Modulasi mengindikasikan proses perubahan sinyal

pesan ke dalam bentuk yang sesuai yang ditransmisikan.

Tipe Komunikasi

1. Komunikasi wireless

Secara umum, sinyal seperti suara, gambar dan data, mempunyai bandwidth frekuensi

rendah sehingga tidak dapat ditransmisikan secara efisien. Karena itu, pesan dalam proses

modulasi yang dimuat gelombang carrier dengan band frekuensi tinggi dan

ditransmisikan sebagai bentuk gelombang elektronik oleh antena. (komunikasi wireless

hanya dapat ditransmisikan gelombang yang dimodulasikan).

2. Komunikasi Kabel

Komunikasi ini untuk mentransmisikan sinyal frekuensi rendah sebagai mereka atau

mentransmisikan sinyal setelah loading ke band frekuensi tinggi selama proses modulasi

sesuai dengan properti transmisi dan bandwidth yang diijinkan dari media transmisi

(kabel, waveguide atau kabel optik).

2. Tujuan Modulasi

1) Perbaikan dari efisiensi transmisi untuk mengalirkan pada jarak yang panjang : sinyal

frekuensi rendah seperti sinyal suara yang tidak dapat mencapai jarak yang

disebabkan oleh pengaruh gangguan sekitar. Tetapi, sebagai frekuensi yang menjadi

tinggi, gelombang elektrik dapat mencapai jarak terjauh.

2) Penggunaan praktis antena oleh pengurangan panjang antena : frekuensi tertinggi,

panjang gelombang terpanjang. Sehingga antena denagan 100 km ((3x108)3000)

dalam panjang dibutuhkan untuk mengirimkan frekuensi suara maksimum (3000 Hz).

Jika band frekuensi dinaikkan sampai 150 MHz, termasuk VHF band antena 2m dapat

digunakan.

3) Fungsi Multiplexing mentransmisikan beberapa sinyal selama melalui jalur

komunikasi secara bersamaan : frekuensi tertinggi, efisiensi bandwidth tert inggi (100

KHz band tersedia dalam 100KHz), tetapi seribu bands tersedia dalam 100MHz.

Walaupun multiplex communication ditentukan oleh pembagian canel oleh frekuensi

(FDM) atauwaktu (TDM).

4) Peningkatan dari rasio S/N (SNR : Signal to noise ratio) : sinyal frekuensi rendah

disebabkan oleh noise atau diganggu oleh sinyal lain, tapi sinyal frekuensi tinggi atau

sinyal digital dimodulasikan dapat meminimalkan gangguan ini.

3. Tipe Modulasi

1) Modulasi Analog (Analog ke Analog).

1) Modulasi gelombang kontinyu.

2) Amplitudo Modulasi (AM) – DSB, SSB.VSB.

3) Angular Modulation (FM, PM)

4) Discontinuous Pulse Modulation ( PAM, PPM, PWM)

5) Modulasi Pulse kontinyu (PNM, PCM, Delta PWM>

2) Digital Modulasi ( digital ke digital)

1) Amplitude Shift Keying (ASK)

2) Frekuensi Shift Keying (FSK)

3) Past Shift Keying (FSK)

MODULASI QSPK

Di komunikasi nirkabel, QSPK, adalah diluar dari konsep PSK atau BPSK, yang banyak

digunakan. Kalau BPSK hanya mempunyai 2 sinyal “1” dan “0”, QPSK mengenali 4 sinyal.

Gambar dibawah menunjukkan prinsip dari QPSK. Sejak QPSK dapat mengirimkan sinyal 4

2-bit (00, 01, 10 dan 11), secara teorinya data kedua untuk waktu yang sama dibandingkan

dengan BPSK.

BPSK mengirimkan data dengan mengubah phase dari gelombang carrier 180º, tapi QPSK

menghasilkan 4 sinyal dengan mengubah phase 90 º.

Dengan begitu, hal ini yang mempunyai pengertian yang sama sebagai MPSK yaitu M adalah

4 ( 4-ary PSK ) sehingga disebut QPSK.

Metode pengiriman seri PQSK mempunyai tegangan carrier konstan ( contohnya radius

mengindikasi jarak antara sinyal dan origin dalam I/O plot kosntan) sehingga bagian dari

sinyal dapat dievaluasi hanya dengan phasa dalam metode ini.

Seperti gambar dibawah, dua plot I/O dari QPSK berbeda dalam menginisial phase tapi

mempunyai tampilan yang sama dalam prakteknya.

Gambar 3-41

Metode PSK banyak digunakan dan disebut 4-ary QSK. Quartenary PSK ( 4- phase PSK )

atau Quardratur PSK.

QPSK menggunakan teknik mutiplexing Quadratur yang maan menghasilkan 2 canel dengan

menggunakan 2 gelombang carrier dengan hubungan orthogonal tanpa bandwidth yang sudah

ada.

1. Prinsip Modulasi

Modulasi AM DSB-Sc digunakan untuk mengatur Orthogonality antara 2 canel.

Poin sinyal pada diagram phasor dari gelombang yang dimodulasi biasanya didistribusikan

oleh beda phasa 90º.

Nilai 4 phase ditugaskan untuk mempunyai perbedaan dari 1 bit tiap I dan Q ( 90 º (360 º/4)

perbedaan phase tiap gelombang carrier ditentuakan dalam 2-bit sinyal input digital.

- Modulator

Cabang modulator data biner I dan Q canel, menampilkan AM (DSB-SC) dari 2 gelombang

carrier cos (ωct) dan sin (ωct) dengan perbedaan phase 90º dengan data biner dalam canel I

dan Q dan kemudian mensintesis dan mengirimkan gelombang.

2. Prinsip Demodulasi

- Demodulator

Gambar 3-42

Demodulator, masing-masing, mengalikan sinyal gabungan canel I dan Q dengan cos (ωct)

dan sin (ωct) dalam metode deteksi koheren dan kemudian melewati Loss PassFilter (LPF).

3. Karakteristik Modulasi/ Demodulasi

- Probabilitas Error (Kemungkinan Error)

o Kemungkinan error tiap canel I dan Q adalah sama dengan binary PSK.

o -Pb (QPSK) = Q{√(2Eb/No)}I + Q{√(2Eb/No)}Q = Q{√(2Eb/No)}

o -Dalam poin Eb/No, QPSK lebih rendah dari BPSK sampai 3dB

- Bandwidth : 1/Tb ( setengah dari BPSK)

- Kerapatan Power Spectrum

Seperti BPSK, QPSK mempunyai 2 properti sideband yang PSD dari Polar dan NRZ

gelombang pulsa yang dipindah sebagai banyak ±ωc.

- Bandwidth yang sibuk dari main lobenya dikurangi hingga ½ BPSK.

- QPSK dipengaruhi oleh interferensi dari canel lain (Side Lobe).

4. Karakteristik

- Sinkronasisasi Phase antara pengirim dan penerima sangta penting.

- jika semua data canel I dan Q diubah, phase gelombang carrier diubah sampai ±180º

sehingga amplitudo juga berubah. Inilah alasan menggunakan QPSK.

- Jika filter digunakan sampai mengurangi side lobe, variasi amplitudo yang lain terjadi.

- QPSK mempunyai bandwidth transmisi yang sempit yang membuat pengiriman efisiensi

bandwidth baik (2 bps/Hz). Probabilitas errornya juga relatif bagus (3db lebih bawah

dibanding BPSK). QPSK banyak digunakan untuk komunikasi mobile, komunikasi satelit.

- Bandwidth yang sibuk dari M-ary PSK dikurangi sampai 1/m (2m = M) dalam

perbandingan BPSK.

Menaiikan kecepatan data pengiriman dan biasanya digunakan untuk pengiriman data dengan

kecepatan tinggi.

- Properti error dari M-ary FSK lebih baik sebagai M yang menjadi lebih besar, tetapi

properti dari M-ary PSK lebih baik sebagai M yang menjadi lebih kecil.

Gambar 3-43

- I/Q Modulator

Modulator mengubah sinyal canel I danQ kedalam frekuensi yang lebih tinggi dengan

perbedaan phase 90º (untuk QPSK) antara canel I dan Q dengan menggunakan i=osilator

yang sama dan mensintesis 2 sinyal.

Sinyal dengan perbedaan phase 90º bertemu pada sudut yang tepat atau diproses dalam arah 2

orthogonal sehingga sinyal tidak mengganggu satu dengan yang lainnya.

Non Return to Zero (NRZ) aliran binary bit dibagi dalam canel I dan Q setelah melewati

sebuah encoder. Setelah itu, sinyal dimodulasikan dalam 2 modulator yang disein=mbangkan

pada canel I dan Q setelah melewati filter baseband dan DCA.

Jika sinyal input modulator diubah “0” ke “1” atau “1” ke “0’, phase output dari I-axis

modulator balanced diubah menjadi cos ωct dari cos(ωct+180º) dan phase output dari Q-axis

modulator balanced diubah menjadi cos(ωct+90º) atau cos(ωct+290º). Jika 2 sinyal digabung

dengan penggabung, satu dari √2 cos(ωct+45º), √2 cos(ωct+135º), √2 cos(ωct+225º) dan √2

cos(ωct+315º) dihasilkan. Empat sinyal mempunyai frekuensi yang sama tapi dengan

perbedaan phase sebesar 90º satu dengan yang lain.

3. Percobaan

1. Persiapan percobaan

1) CDMA training kit.

2) Oscilloscope (2CH).

3) Kabel penghubung.

2. Perhatian dalam percobaan

1) Hati-hati menggunakan training kit.

2) Cek jika training kit mati.

3) Hati-hati terhubung PC power.

4) Ketika menggunakan osiloskop, ukur bentuk gelombang mengikuti prosedur

percobaan.

5) Cek rating daya (220 VAC) untuk training kit.

3. Prosedur Percobaan

1) Nyalakan power trainer CDMA.

2) Seperti yang ditunjukkkan gambar dibawah, hubungkan User’s Data, Conv.Encoder,

PN Code, dan modul Modulator dengan kabel penghubung.

Gambar 3-44

Modul USER’S DATA CONV. ENCODER

Koneksi kabel

jumper

DATA 1 INPUT

SYNC SYNC

Modul CONV.ENCODER PN CODE

Koneksi kabel

jumper

CON_1 IN1

CON_O IN2

SYNC_O SYNC

Modul PN CODE MODULATOR

Koneksi kabel

jumper

OUT1 IN_1

OUT2 IN_Q

3) Posisikan slide switch dari modul User’s Data ke User 1.

4) Set Auto/Manual slide switch dari Conv. Encoder dalam posisi Auto.

5) Set DIP switch dan Slide switch pada modul PN code ke “110” dan “A”.

6) DIP switch dari modulator ke “0001”.

7) Tekan Reset switch dari modul Clock untuk menginisialisasi sistem.

8) Set DIP switch (User 1) dari modul Usser’s Data ke “10011011”.

9) Hubungkan CH1 dan CH2 dari osiloskop dengan IN1 (TP127) dan OUT1 (TP111) dari

modul PN Code, secara terpisah.

10) Tekan Start button dari modul User’s Data.

11) Cek bentuk gelombang dengan osiloskop.

Gambar hasil 3-45

.

Bentuk gelombang seperti pada gambar 3-45. Input IN1 dari PN Code adalah 300 bps

dan output OUT1 adalah 4.8 Kbps sehingga tidak sesuai untuk melihat bentuk gelombang

output. Tetapi, cek bentuk gelombang output diubah ketika data input diubah dari gambar 3-

45.

Gambar hasil 3-46

Bentuk gelombang seperti gambar 3-46. Ketika input In1 menjadi “0” atau “1”, kitan dapat

melihat output PN-spread. Ketika input IN1 “0”, outputnya “10010110 10010110”. Ketika

input IN1 “1”, outputnya “01101001 01101001”.

12). Hubungkan CH1 dan CH2 dari osiloskop dengan IN_I (TP49) dari modul Modulator dan

COS_O (TP52), secara terpisah.

Gambar hasil 3-47

Gambar 3-47 menunjukkan input data dari CH1 diubah dari “0” ke “1” atau “1” ke “0”. Saat

ini, bentuk gelombang output dari QPSK COS_O dibalik 180º pada area nilai IN1 diubah.

13) Set time division dari osiloskop sampai 180 us.

Gambar hasil 3-48

Gambar 3-48 menunjukkan bentuk gelombang output dari QPSK COS_O pada CH2 ketika

data input dari CH1 diubah. Kita dapat melihat bahwa output COS_O dibalik 180º ketika

input diubah dari “0” ke “1” dari “1” ke “0”.

14) Hubungkan CH1 dan CH2 dari osiloskop dengan IN2 (TP129) dari modul PN Code dan

OUT2 (TP117), terpisah.

15) Cek bentuk gelombang dengan osiloskop.

Gambar hasil 3-49

Bentuk gelombang seperti gambar 3-49. Input dari IN2 dari PN Code adalah 300 bps dan

output dari Out2 adalah 4.8 Kbps sehingga tidak sesuai untuk melihat perubahan gelombang

output nya. Tetapi, kita akan cek bentuk gelombang output diubah ketika data input diubah

dari gambar 3-49.

Sesuikan time division dari osiloskop.

Gambar hasil 3-50

Bentuk gelombang seperti gambar 3 -50. Ketika input dari IN2 menjadi “0” atau “1”, kita

dapat melihat output PN-spread. Ketika input dari IN2 adalah “0”, outputnya “10010110

10010110”. Ketika input dari IN2 adalah “1” outputnya “01101001 01101001”.

16) hubung kan CH1 dan CH2 osiloskop dengan IN_Q (TP55) dari modul Modulator dan

SIN_O (TP59), terpisah.

Gambar hasil 3-51

Gambar 3-51 menunjukkan bahwa data dari CH1 diubah dari “0” ke “1” atau “1” ke “0”. Saat

ini , bentuk gelombang dari QPSK SIN_O dibalik 180º pada area nilai IN_Q diubah.

17) Set time division osiloskop ke 100us.

Gambar hasil 3-52

Gambar 3-52 menunjukkan bentuk gelombang output dari QPSK COS_O pada CH2 ketika

data input CH1 diubah. Kita dapat melihat bahwa output dari SIN_O dibalik 180 º ketika

input diubah dari “0” ke “1” atau dari “1” ke “0”.

18) ( Untuk PN spread canel I dan canel Q, ketika input PN adalah “0” dan ‘1”, outputnya

“10010110 10010110” dan :01101001 01101001”. ( ketka data = 110).

Catat bentuk gelombang ketika output PN dimasukkan ke nilai yang disesuaikan.

Untuk Catatan 1) dan 2), hubungkan CH1 dan CH2 dengan IN_(TP49) dan COS_O (TP52)

secara terpisah. Untuk 3) dan 4), hubungkan CH1 dan CH2 dengan IN_Q dan SIN_O (TP%()

secara terpisah.

1) ketika input I “01101001”

2) ketika input I“10010110”

3) ketika input Q “01101001”

4) ketika input Q “10010110”