Modulasi adalah proses perubahan (varying)
suatu gelombang periodik sehingga menjadikan suatu sinyal mampu membawa suatu
informasi. Dengan proses modulasi, suatu informasi (biasanya berfrekeunsi
rendah) bisa dimasukkan ke dalam suatu gelombang pembawa, biasanya berupa gelombang sinus berfrekuensi tinggi. Terdapat tiga
parameter kunci pada suatu gelombang sinusiuodal yaitu : amplitudo, fase dan frekuensi. Ketiga parameter tersebut dapat
dimodifikasi sesuai dengan sinyal informasi (berfrekuensi rendah) untuk
membentuk sinyal yang termodulasi.
Peralatan
untuk melaksanakan proses modulasi disebut modulator, sedangkan
peralatan untuk memperoleh informasi informasi awal (kebalikan dari dari proses
modulasi) disebut demodulator dan peralatan yang melaksanakan kedua
proses tersebut disebut modem.
Informasi
yang dikirim bisa berupa data analog maupun digital sehingga terdapat dua jenis
modulasi yaitu
- modulasi analaog
- modulasi digital
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/karakteristik terpenting yang dimiliki oleh
isyarat analog adalah amplitude 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 sejumlah gelombang sinus. Dengan menggunakan sinyal analog, maka
jangkauan transmisi data dapat mencapai jarak yang jauh, tetapi sinyal ini
mudah terpengaruh oleh noise.
Gelombang
pada sinyal analog yang umumnya berbentuk gelombang sinus memiliki tiga
variable dasar, yaitu amplitudo, frekuensi dan phase.
- Amplitudo merupakan ukuran
tinggi rendahnya tegangan dari sinyal analog.
- Frekuensi adalah jumlah
gelombang sinyal analog dalam satuan detik.
- Phase adalah besar sudut dari
sinyal analog pada saat tertentu.
Sinyal
digital merupakan hasil teknologi yang dapat mengubah signal menjadi kombinasi
urutan bilangan 0 dan 1 (juga dengan biner), sehingga tidak mudah terpengaruh
oleh derau, proses informasinya pun mudah, cepat dan akurat, tetapi transmisi
dengan sinyal digital hanya mencapai jarak jangkau pengiriman data yang relatif
dekat. Biasanya sinyal ini juga dikenal dengan sinyal diskret. Sinyal yang
mempunyai dua keadaan ini biasa disebut dengan bit. Bit merupakan istilah khas
pada sinyal digital. Sebuah bit dapat berupa nol (0) atau satu (1). Kemungkinan
nilai untuk sebuah bit adalah 2 buah (2^1). Kemungkinan nilai untuk 2 bit
adalah sebanyak 4 (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 sytem analog. digital pada dasarnya di
code-kan dalam bentuk biner (atau Hexa). besarnya nilai suatu system digital
dibatasi oleh lebarnya / jumlah bit (bandwidth). jumlah bit juga sangat
mempengaruhi nilai akurasi system digital.
Signal
digital ini memiliki berbagai keistimewaan yang unik yang tidak dapat ditemukan
pada teknologi analog yaitu :
* Mampu
mengirimkan informasi dengan kecepatan cahaya yang dapat membuat informasi
dapat dikirim dengan kecepatan tinggi.
* Penggunaan
yang berulang – ulang terhadap informasi tidak mempengaruhi kualitas dan
kuantitas informsi itu sendiri.
* Informasi
dapat dengan mudah diproses dan dimodifikasi ke dalam berbagai bentuk.
* Dapat
memproses informasi dalam jumlah yang sangat besar dan mengirimnya secara
interaktif.(wikipedia)
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 :
1. untuk
menyimpan hasil pengolahan, sinyal digital lebih mudah dibandingkan sinyal
analog. Untuk menyimpan sinyal digital dapat menggunakan media digital seperti
CD, DVD, Flash Disk, Hardisk. Sedangkan media penyimpanan sinyal analog adalah
pita tape magnetik.
2. lebih kebal
terhadap noise karena bekerja pada level ’0′ dan ’1′.
3. lebih kebal
terhadap perubahan temperatur.
4. lebih mudah
pemrosesannya.
Modulasi Analog
Dalam
modulasi analog, proses modulasi merupakan respon atas informasi sinyal analog.
Teknik umum
yang dipakai dalam modulasi analog :
- Angle Modulation
- Modulasi Fase (Phase
Modulation - PM)
- Modulasi Frekuensi (Frequency
Modulatio - FM)
- Modulasi Amplitudo (Amplitudo
Modulation - AM)
- Double-sideband modulation
with unsuppressed carrier (used on the radio AM band)
- Double-sideband
suppressed-carrier transmission (DSB-SC)
- Double-sideband reduced
carrier transmission (DSB-RC)
- Single-sideband modulation (SSB,
or SSB-AM), very similar to single-sideband suppressed carrier modulation
(SSB-SC)
- Vestigial-sideband modulation
(VSB, or VSB-AM)
- Quadrature amplitude
modulation (QAM)
Modulasi 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) memeiliki ciri-ciri dari bit-bit (0 atau 1)
yang dikandungnya. Berarti dengan mengamati modulated carriernya, kita bisa
mengetahui urutan bitnya disertai clock (timing, sinkronisasi). Melalui proses
modulasi digital sinyal-sinyal digital setiap tingkatan dapat dikirim ke
penerima dengan baik. Untuk pengiriman ini dapat digunakan media transmisi
fisik (logam atau optik) atau non fisik (gelombang-gelombang radio). Pada
dasarnya dikenal 3 prinsip atau sistem modulasi digital yaitu: ASK, FSK, dan
PSK
1. Amplitude
Shift Keying Amplitude Shift Keying (ASK) atau pengiriman sinyal berdasarkan
pergeseran amplitude, merupakan suatu metoda 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 meoda ASK hanya
menguntungkan bila dipakai untuk hubungan jarak dekat saja. Dalam hal ini
faktor derau harus diperhitungkan dengan teliti, seperti juga pada sistem
modulasi AM. Derau menindih puncak bentuk-bentuk gelombang yang berlevel banyak
dan membuat mereka sukar mendeteksi dengan tepat menjadi level ambangnya.
2. Frequncy
Shift Keying Frequency Shift Keying (FSK) atau pengiriman sinyal melalui
penggeseran frekuensi. Metoda 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 populer. 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 standar transmisi data yang sesuai
dengan rekomendasi CCITT. FSK juga tidak tergantung pada teknik on-off
pemancar, seperti yang telah ditentukan sejak semula. Kehadiran gelombang pembawa
dideteksi untuk menunjukkan bahwa pemancar telah siap. Dalam hal penggunaan
banyak pemancar (multi transmitter), masing-masingnya dapat dikenal dengan
frekuensinya. Prinsip pendeteksian gelombang pembawa umumnya dipakai untuk
mendeteksi kegagalan sistem bekerja. Bentuk dari modulated Carrier FSK mirip
dengan hasil modulasi FM. Secara konsep, modulasi FSK adalah modulasi FM, hanya
disini tidak ada bermacam-macam variasi /deviasi ataupun frekuensi, yang ada
hanya 2 kemungkinan saja, yaitu More atau Less (High atau Low, Mark atau
Space). Tentunya untuk deteksi (pengambilan kembali dari kandungan Carrier atau
proses demodulasinya) akan lebih mudah, kemungkinan kesalahan (error rate)
sangat minim/kecil. Umumnya tipe modulasi FSK dipergunakan untuk komunikasi
data dengan Bit Rate (kecepatan transmisi) yang relative rendah, seperti untuk
Telex dan Modem-Data dengan bit rate yang tidak lebih dari 2400 bps (2.4 kbps).
3. Phase
Shift Keying Phase Shift Keying (PSK) atau pengiriman sinyal melalui pergeseran
fase. Metoda 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 denganperubahan 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 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 dari
perbandingan ini dipakai sebagai patokan (referensi). Untuk transmisi Data atau
sinyal Digital dengan kecepatan tinggi, lebih efisien dipilih system modulasi
PSK. Dua jenis modulasi PSK yang sering kita jumpai yaitu : 3.1. BPSK BPSK
adalah format yang paling sederhana dari PSK. Menggunakan dua yang tahap yang
dipisahkan sebesar 180° dan sering juga disebut 2-PSK. Modulasi ini paling
sempurna dari semua bentuk modulasi PSK. Akan tetapi bentuk modulasi ini hanya
mampu memodulasi 1 bit/simbol dan dengan demikian maka modulasi ini tidak cocok
untuk aplikasi data-rate yang tinggi dimana bandwidthnya dibatasi. 3.2. QPSK
Kadang-Kadang dikenal sebagai quarternary atau quadriphase PSK atau 4-PSK, QPSK
menggunakan empat titik pada diagram konstilasi, terletak di sekitar suatu
lingkaran. Dengan empat tahap, QPSK dapat mendekode dua bit per simbol. Hal ini
berarti dua kali dari BPSK. Analisis menunjukkan bahwa ini mungkin digunakan
untuk menggandakan data rate jika dibandingkan dengan sistem BPSK. Walaupun
QPSK dapat dipandang sebagai sebagai suatu modulasi quaternary, lebih mudah
untuk melihatnya sebagai dua quadrature carriers yang termodulasi tersendiri.
Dengan penafsiran ini, maka bit yang digunakan untuk mengatur komponen phase
pada sinyal carrier ketika digunakan untuk mengatur komponen quadrature-phase
dari sinyal carrier tersebut. BPSK digunakan pada kedua carrier dan dapat
dimodulasi dengan bebas.
Modulasi frekuensi
Modulasi frekuensi adalah suatu metode untuk mengirimkan isyarat
frekuensi rendah dengan cara me
modulasi frekuensi gelombang pembawa ber
frekuensi tinggi.
Kecepatan sudut pembawa (
) dibuat berubah-ubah dengan
amplitudo isyarat pemodulasi.
Dimana
adalah frekuensi tengah pembawa. Dan
=
adalah frekuensi isyarat pemodulasi. Dengan integrasi:
Deviasi frekuensi
Harga maksimum
disebut dengan
deviasi frekuensi dan ditulis dengan
Perbandingan deviasi maksimum dalam
Hertz diperoleh dengan
Kelebihan
Keunggulan
FM terhadap
AM adalah:
- Amplitudo yang konstan dari gelombang FM memungkinkan efisiensi pemancar yang tinggi.
- Desah pada isyarat FM hanya sepertiga dari desah isyarat AM untuk lebar jalur yang sama.
Kekurangan
Kerugian FM adalah kebutuhannya akan lebar jalur yang lebih lebar
Untuk siaran hiburan, harga f
m(max) biasanya adalah
75 kHz yang memungkinkan frekuensi pemodulasi sebesar 15 kHz.
Aplikasi
Radio
Edwin Howard Armstrong (1890–1954)adalah insinyur elektrik Amerika
yang pertama menemukan modulasi frekuensi pita lebar(wideband) untuk
radio.Ia mematenkan sirkuit regeneratif pada 1914,superheterodyne
receiver pada 1918,dan sirkuit super-regeneratif pada 1922. seperti
tersirat dari namanya,wideband FM(WFM) memerlukan bandwitdh signal yang
lebih lebar daripada
modulasi amplitudo
namun dengan modulasi sinyal yang sama.hal ini juga membuat sinyal
menjadi lebih tahan terhadap derau dan interferensi. Penerima FM
menggunakan detektor spesial untuk sinyal-sinyal FM sehingga
memperlihatkan satu fenomena yang disebut "capture effect",dimana penala
"menangkap" sinyal yang paling kuat dari dua stasiun dan menolak yang
lain(bandingkan dengan situasi yang sama pada penerima AM,dimana kita
dapat mendengar suara kedua stasiun tersebut bersamaan). Penguat
switching frekuensi-radio dengan efisiensi tinggi dapat digunakan untuk
mentransmisikan sinyal FM(dan sebarang sinyal amplitudo-konstan).Pada
ukuran kekuatan tertentu(sinyal yang diukur pada antenna
receiver),penguat switching tidak banyak menghabiskan daya battery dan
khusunya lebih murah dibanding penguat linear.Inilah kelebihan FM yang
lain dibandingkan metode modulasi yang lain yang memrlukan penguat
linear semisal,AM dan
QAM.
Modulasi amplitudo
Modulasi amplitudo adalah proses memodulasi isyarat
frekuensi rendah pada gelombang
frekuensi tinggi dengan mengubah-ubah
amplitudo gelombang
frekuensi tinggi tanpa mengubah frekuensinya. Frekuensi rendah ini disebut
isyarat pemodulasi
dan frekuensi tinggi adalah pembawa. Metode ini dipakai dalam transmisi
radio AM untuk memungkinkan frekuensi audio dipancarkan ke jarak yang
jauh, dengan cara
superimposisi frekuensi audio pada pembawa frekuensi radio yang dapat dipancarkan melalui
antena. Frekuensi radio adalah frekuensi yang dipakai untuk radiasi energi
elektromagnetik koheren yang berguna untuk maksud-maksud
komunikasi. Frekuensi radio terendah adalah sekitar 10 k
Hz dan jajarannya merentang hingga ratusan GHz. Pembawa yang termodulasi terdiri dari tiga frekuensi yang semuanya
RF, yaitu
Pembawa.
Frekuensi samping atas.
Frekuensi samping bawah. Jika pembawa digambarkan oleh
disini
dan isyarat pemodulasi oleh
disini
maka amplitudo pembawa termodulasi dapat dinyatakan sebagai
kalau hal ini diuraikan, maka diperoleh
adalah pembawa
adalah frekuensi samping bawah
adalah frekuensi samping atas Jika pembawa dimodulasi oleh bentuk
gelombang kompleks,
maka akan timbul bermacam-macam frekuensi yang membentuk jalur-jalur
samping atas dan bawah. Dalam radio AM, karena oleh persetujuan
internasional saling dipisahkan 9 kHz, frekuensi modulasi maksimum
adalah 4,5 kHz. Kedua jalur samping dipancarkan meskipmun hanya salah
satu yang didemodulasi dalam
pesawat penerima. AM juga dipakai dalam transmisi isyarat
video dalam
televisi. AM adalah sistem yang sederhana, murah, dan hanya membutuhkan
lebar jalur kecil. Tetapi sistem ini buruk dalam perfomansi isyarat terhadap
desah bila dibandingkan dengan metode lain misalnya
modulasi frekuensi dan
modulasi kode pulsa.