MODULASI ANALOG
DAN DIGITAL
Modulasi adalah teknik yang digunakan untuk
menumpangkan sinyal informasi pada suatu gelombang pembawa. Dengan proses
modulasi, suatu informasi (biasanya berfrekuensi rendah) bisa dimasukkan ke
dalam sinyal pembawa, biasanya berupa gelombang sinus yang berfrekuensi tinggi.
Peralatan untuk
proses modulasi disebut modulator, sedangkan peralatan untuk memperoleh
informasi-informasi awal (kebalikan proses modulasi) disebut demodulator dan
peralatan untuk proses keduanya disebut modem (modulator demodulator).
Informasi yang bisa dikirim berupa sinyal analog dan sinyal digital.
Tujuan dari
modulasi adalah:
1.
Transmisi
menjadi efisien atau memudahkan pemancaran
2.
Masalah
perangkat keras menjadi mudah
3.
Menekan
derau
4.
Untuk
memudahkan pengaturan alokasi frekuensi radio
5.
Untuk
multiplexing
A. Modulasi Analog
Modulasi analog adalah proses
pengiriman sinyal data yang masih berupa sinyal analog atau berbentuk
sinusoidal. 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 kontinu (continous varying). Dua parameter penting yang
dimiliki oleh isyarat analog adalah amplitude dan frekuensi. Isyarat analog
biasnya dinyatakan dalam gelombang sinus, mengingat gelombang sinus merupakan
dasar untuk semua bentuk isyarat analog.hal ini didasarkan kenyataan
bahwa berdasarkan anlisis fourir, suatu sinyal analog dapat
diperoleh dari perpaduan sejumlah gelombang sinus.
Dalam modulasi analog yang perlu
diketahui adalah adanya suatu teori yaitu modulation theorem yang
juga dikenal dengan sebutan frequency translation.
Modulasi analog yang umum dikenal ada beberapa
macam bentuk antara lain, yaitu Amplitude Modulation (AM), Frequency
Modulation (FM) dan Phase Modulation (PM).
1.
Amplitude
Modulation (AM)
Modulasi amplitudo merupakan proses
modulasi yang mengubah amplitudo sinyal pembawa sesuai dengan sinyal
pemodulasinya/informasi yang dikirim. Sinyal pemodulasi adalah sinyal asal yang
berisi informasi. Sedangkan sinyal pembawa (carrier) adalah sinyal
frekuensi tinggi yang ditumpangi oleh sinyal informasiselama proses transmisi.
Pada modulasi jenis ini amplitude sinyal carrier diubah-ubah
secara proposional terhadap amplitude sesaat sinyal pemodulasi, sedangkan
frekuensinya tetap selama proses modulasi.
Modulasi jenis ini merupakan modulasi
yang paling sederhana. Modulasi ini disebut juga dengan linear modulation,
artinya bahwa pergeseran frekuensinya bersifat linier mengikuti sinyal
informasi yang akan ditransmisikan.
Jika sinyal informasi ditumpangkan
pada amplitude sinyal pembawa, maka prosesnya disebut modulasi amplitudo dan
menghasilkan sinyal termodulasi dengan persamaan:
Di dalam modulasi amplitude ada yang
disebut dengan indeks modulasi, yaitu ukuran seberapa dalam sinyal informasi
memodulasi sinyal pembawa. Adapun persamaanya yaitu:
Teknik modulasi data digital melewati
media analog pada amplitude modulasi terbagi menjadi beberapa teknik,
yaitu Amplitude Modulation Full Carrier untuk radio broadcast, Double
Side Band Suppressed Carrier (DSB-SC) untuk komunikasi radio, Single
Side Band (SSB), Upper Side Band (USB), Lower
Side Band (LSB), dan Independent Side Band (ISB)
untuk komunikasi radio juga, serta Vestigial Side Band (VSB)
untuk pemancar televisi.
2. Demodulasi sinyal AM
Demodulasi adalah proses suatu sinyal
modulasi yang dibentuk kembali seperti aslinya dari suatu gelombang pembawa
yang termodulasi oleh rangkaian. Sedangkan demodulator adalah rangkaian yang
penerima komunikasi yang berfungsi memisahkan informasi asli dari gelombang
campuran. Demodulator sering juga disebut detector. Demodulasi dilakukan dengan
cara mendeteksi puncak-puncak sinyal (envelope) termodulasinya. Alat
yang digunakan untuk demodulasi adalah envelope detector.
3. Frequency Modulation (FM)
Modulasi frekuensi adalah sehingga
frekuensi sinyal pembawa berubah sesuai dengan perubahan simpangan sinyal
informasi. Jadi sinyal informasi yang dimodulasikan pada sinyal pembawa
menyebabkan perubahan frekuensi sinyal pembawa sesuai dengan perubahan tegangan
sinyal informasi. Pada modulasi frekuensi sinyal informasi mengubah-ubah
frekuensi sinyal pembawa, sedangkan amplitudonya konstan selama proses
modulasi. Ada dua teknik modulasi untuk modulasi frekuensi, yaitu Narrowband FM
(bandwith<20kHz) dan Wideband FM (bandwith=150kHz).
Kelebihan
FM adalah:
1.
Informasi/data
yang dibawa tidak mudah terganggu
2.
Daya
transmisi tidak besar
Kekurangan FM adalah:
1.
Memerlukan
bandwith yang lebar
2.
Rangkaian
dan maintenance tidak semudah AM
4.Phase Modulation (PM)
Modulasi fasa adalah proses modulasi
yang mengubah fasa sinyal pembawa sesuai dengan sinyal pemodulasi. Sehingga
dalam modulasi PM amplitude dan frekuensi yang dimiliki sinyal pembawa tetap,
tetapi fasa sinyal pembawa berubah sesuai dengan informasi. Modulasi fasa
digolongkan dalam jenis modulasi sudut. Pada modulasi ini sinyal informasi
mengubah-ubah fasa gelombang carrier yang besarnya perubahan
fasa sebanding dengan amplitude sesaat sinyal informasi.
Secara sekilas modulasi ini mirip
dengan modulasi frekuensi, namun perbedaanya apabila pada modulasi frekuensi
perubahan tertinggi terjadi ketika sinyal informasi mencapai amplitude puncak
berbeda dengan modulasi fasa, perubahannya meningkat yaitu perubahan fasa
ketika sinyal informasi mengalami perubahan yang paling besar yaitu ketika
kadar nilai positif ke negative.
Berikut ini adalah bentuk gelombang
Modulasi Amplitudo (AM), Modulasi Frekuensi (FM) dan Modulasi Fasa (PM).
B. Modulasi Digital
Modulasi digital adalah proses penumpangan
sinyal digital ke dalam sinyal carrier. Sinyal digital merupakan
hasil teknologi yang dapat mengubah sinyal menjadi kombinasi urutan bilangan 0
dan 1, sehingga tidak mudah dipengaruhi oleh derau, proses informasinya pun
mudah, cepat dan akurat, tetapi transmisi dengan sinyal digital hanya mencapai
jarak jangkau pengiriman data yang relative dekat. Biasanya sinyal ini juga
dikenal dengan sinyal diskrit. Sinyal yang mempunyai dua keadaan ini biasa
disebut bit. Bit merupakan istilah khas pada sinyal digital. Sebuah bit dapat
berupa nol atau satu. Kemungkinan nilai untuk sebuah bit adalah 2 buah (2^1).
Kemungkinan nilai untuk 2 bit adalah 4 buah (2^2), berupa 00, 01, 10, dan 11.
Secara umum jumlah kemungkinan nilai yang terbentuk oleh kombinasi n bit
adalah sebesar 2^n buah.
System digital merupakan bentuk
sampling dari system analog. Digital pada dasarnya dikodekan dalam bentuk biner
atau hexa. Besarnya nilai suatu system digital dibatasi oleh lebarnya bandwith.
Jumlah bit juga sangat mempengaruhi nilai akurasi system digital.
Modulasi digital sebenarnya adalah
proses mengubah-ubah karakteristik dan sifat gelombang sinyal pembawa
sedemikian rupa sehingga bentuk hasilnya memiliki ciri-ciri dari bit-bit yaitu
0 dan 1. Berarti dengan mengamati sinyal pembawanya, kita bisa mengetahui
urutan bitnya disertai clock.
Melalui proses modulasi digital
sinyal-sinyal digital setiap tingkatan dapat dikirim ke penerima dengan baik.
Untuk pengiriman ini dapat digunakan media transmisi fisik atau non fisik.
Pada modulasi digital, sinyal pemodulasinya berupa sinyal digital. Ada 3 sistem
modulasi digital yaitu Amplitude Shift Keying (ASK), Frekuensi
Shift Keying (FSK), Phase Shift Keying (PSK).
Kelebihan modulasi digital
dibandingkan modulasi analog adalah sebagai berikut:
1.
Teknologi
digital mempunyai suatu sinyal dalam bentuk digital yang mampu mengirimkan data
yang terbentuk kode bineri yaitu 0 dan 1.
2.
Sinyal
digital juga mampu mengirimkan data lebih cepat dan tentunya dengan kapasitas
yang lebih besar dibandingkan sinyal analog.
3.
Memiliki
tingkat kesalahan yang kecil, disbanding sinyal analog.
4.
Data
akan utuh dan akan lebih terjamin pada saat dikirmkan atau ditransmisikan
dibandingkan modulasi analog.
5.
Lebih
stabil dan tidak terpengaruh dengan pengaruh cuaca.
Kelemahan modulasi digital ini adalah
sebagai berikut:
1.
Modulasi
digital termasuk yang mudah error.
2.
Bila
terjadi gangguan maka sistemnya akan langsung berhenti.
1. Amplitude Shift Keying (ASK)
Amplitude Shift Keying adalah modulasi yang menyatakan
sinyal digital 1 sebagai suatu nilai tegangan tertentu (misalnya 1 volt) dan
sinyal digital 0 sebagai sinyal digital dengan tegangan 0 volt. Sinyal ini yang
kemudian digunakan untuk menyala-matikan pemancar, kira-kira mirip sinyal
morse..
ASK dalam konteks komunikasi digital
adalah proses modulasi, yang menanamkan untuk dua atau lebih tingkat amplitude
diskrit sinusoida. Hal ini juga terkait dengan jumlah tingkat diadopsi oleh
pesan digital. Untuk urutan pesan biner ada dua tingkat, salah satunya biasanya
nol. Jadi gelombang termodulasi terdiri dari semburan sinusoida sebuah.
Ada diskontinuitas tajam ditampilkan
pada titik-titik transisi. Hal ini mengakibatkan sinyal memiliki bandwith yang
tidak perlu lebar. Bandlimiting umumnya diperkenalkan sebelum transmisi, dalam
hal ini akan diskontinuitas ‘off bulat’. Bandlimiting ini dapat diterapkan ke
pesan digital atau sinyal yang termodulasi itu sendiri.
2. Shift Keying (FSK)
Dalam modulasi FM, frekuensi carrier diubah-ubah
harganya mengikuti harga sinyal pemodulasinya dengan amplitude pembawa yang
tetap. Jika sinyal yang memodulasi tersebut hanya mempunyai dua harga tegangan
0 dan 1, maka proses modulasi tersebut dapat diartikan sebagai proses
penguncian frekuensi sinyal. Hasil gelombang FM yang dimodulasi oleh data biner
ini kita sebut dengan Frekuensi Shift Keying (FSK).
Dalam system FSK, maka symbol 1 dan 0
ditransmisikan secara berbeda antara satu sama lain dalam satu atau dua buah
sinyal sinusoidal yang berbeda besar frekuensinya.
3. Phase Shift Keying (PSK)
Phase Shift Keying (PSK) atau pengiriman sinyal digital
melalui pergeseran fasa. Metode ini merupakan suatu bentuk modulasi fasa yang
memungkinkan fungsi pemodulasi fasa gelombang termodulasi di antara nilai-nilai
diskrit yang telah ditetapkan sebelumnya. Dalam proses modulasi ini fasa dari
frekuensi gelombang pembawa berubah-ubah sesuai dengan perubahan status sinyal
informasi digital. Sudut fasa harus mempunyai acuan kepada pemancar dan
penerima guna memudahkan untuk memperoleh stabilitas. Dalam keadaan seperti ini,
fasa yang ada dapat dideteksi bila fasa sebelumnya telah diketahui. Hasil dari
perbandingan ini dipakai sebagai patokan.
Pada system modulasi PSK, sinyal
gelombang pembawa sinusoidal dengan amplitude dan frekuensi yang dapat
digunakan untuk menyatakan sinyal biner 1 dan 0, tetapi untuk sinyal 0 fasa
gelombang pembawa tersebut digeser 180 derajat.
Modulasi PSK terbagi menjadi empat
jenis, yaitu Binary Phase Shift Keying, Quadrature Phase Shift Keying,
8-Phase Shift Keying dan 16-Phase Shift Keying.
a.
Binary Phase Shift Keying (BPSK)
Dalam BPSK, dua
output fasa yang mungkin keluar dan membawa informasi. Satu fasa output
mewakili suatu logika 1 dan yang lainnya adalah logika 0.
Sesuai dengan
perubahan keadaan sinyal input digital, fasa pada output carrierbergeser
di antara sudut yang keduanya terpisah 180 derajat.
Nama lain dari
BPSK adalah Phase Reversal Keying (PRK) dan Biphase
Modulation.
b.
Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)
Modulasi QPSK
memiliki empat empat symbol yang mempunyai amplitude sama dengan fasa yang
berlainan. Keempat symbol tersebut dibentuk dari grup dua bit input, sehingga
diperoleh empat kondisi yang mungkin, yaitu 00, 01, 10, dan 11.
Setiap bit
menghasilkan satu dari empat fasa yang mungkin, sehingga rate keluarannya
adalah setengah dari rate input.
c.
8-Phase Shift Keying (8-PSK)
Modulasi PSK
secara sederhana mengalokasikan satu fasa tertentu untuk setiap sandi yang ada.
Pada BPSK, dialokasikan dua fasa yang berlainan untuk sandi 1 dan 0.
Pada QPSK,
dialokasikan empat fasa yang berlainan untuk sandi 00, 01, 10, dan 11.
Sedangkan untuk 8-PSK, harus dialokasikan delapan fasa yang berbeda untuk sandi
000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, dan 111.
Setiap kali level
PSK meningkat, maka efisiensi bandwith juga meningkat. Pada
BPSK efisiensi bandwith-nya 1 b/s/Hz, pada QPSK efisiensi bandwith-nya
2 b/s/Hz dan pada 8-PSK efisiensi bandwith-nya mencapai 3 b/s/Hz.
Semakin besar efisiensi bandwithmaka semakin sempit bandwith yang
dubutuhkan untuk transmisi data.
d.
16-Phase Shift Keying (16-PSK)
16-PSK adalah
teknik pengkodean PSK di mana M=16 sehingga pada 16_PSK ada 16 fasa yang
keluarannya berbeda dengan jumlah bit sebanyak 4.
Berikut dibawah ini adalah bentuk gelombang
Amplitude Shift Keying (ASK), Frequency Shift Keying (FSK) dan Phase Shift
Keying (PSK).
Sumber :
