Mengapa perlu adanya suatu pemrosesan sinyal digital terhadap sinyal analog

Comeback guys with, silahkan dibaca artikel mengenai modulasi analog dan digital…..

Pengertian Modulasi

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.

Sinyal analog adalah sinyal data dalam bentuk gelombang ynag 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.

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.

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

Modulasi analog adalah proses pengiriman sinyal data yang masih berupa sinyal analog atau berbentuk sinusoidal. 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.a 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.

1.b 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.

1.c  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

1.d      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.

2. Modulasi Digital

Modulasi digital adalah proses penumpangan sinyal digital ke dalam sinyal carrier. 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.

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.

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.

Pada gambar di atas, symbol pengali di sini merupakan balanced modulator, di sini berfungsi sebagai saklar pembalik fasa, tergantung pada pulsa input, maka frekuensi pembawa akan diubah sesuai dengan kondisi-kondisi tersebut dalam bentuk fasa output, baik sefasa maupun berbeda fasa 1800 dalam oscillator referensi. Balanced modulator mempunyai dua input, yaitu sebuah input untuk frekuensi pembawa yang dihasilkan oleh oscillator referensi dan yang satunya input untuk data biner.

Modulasi PSK terbagi menjadi empat jenis, yaitu Binary Phase Shift Keying, Quadrature Phase Shift Keying, 8-Phase Shift Keying dan 16-Phase Shift Keying.

3.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 carrier bergeser di antara sudut yang keduanya terpisah 180 derajat.

Nama lain dari BPSK adalah Phase Reversal Keying (PRK) dan Biphase Modulation.

3.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.

3.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 bandwith maka semakin sempit bandwith yang dubutuhkan untuk transmisi data.

3.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.

Sumber : http://shofiajjah.blogspot.co.id/2014/06/modulasi-analog-dan-digital.html