Transcript SOB-Modulasi pd Seluler

Modulasi pada
Sistem Nirkabel
Model Komunikasi Digital
Sumber
informasi
Format
Channel
Noise
Demodulat
or
Unformat
Analog
atau
digital
Baseband
atau
bandpass
Simbol
digital
Analog
atau
digital
Tujuan
Informasi
Modulator
Simbol
digital
Dasar Modulas Digital

Untuk dapat dikirimkan secara elektrik pada satu kanal, setiap bit
direpresentasikan dengan dua bentuk sinyal yang berbeda, dapat
disebut sebagai simbol :

s0(t)
dan
s1(t)
Proses ini dilakukan setiap T detik, salah satu simbol dikirimkan
sesuai dengan bit yang akan ditransmisikan

Pemilihan bentuk s0(t) dan s1(t) bergantung pada jenis modulasi
digital yang digunakan
Jenis Modulasi Digital
Modulasi amplitudo
(ASK)
Modulasi Frekuensi
(FSK)
Modulasi Fasa
(PSK)
Perubahan fasa 1800
Amplitude shif keying

ASK disebut juga OOK merupakan bentuk modulasi yang paling
sederhana

Misalkan bit pertama yang akan dikirimkan = b1 , yang akan
dikirimkan pada interval bit pertama, yaitu 0  t  T

Pada modulasi OOK :
dimana

s0(t) = 0 ,
0tT
s1(t) = A sin (2pfct) ,
0tT
A adalah amplituda sinyal , fc adalah frekuensi carrier
Dengan OOK kita mengirimkan “burst” sinusoidal apabila b1 =1
dan tidak mengirimkan sinyal apapun apabila b1 = 0
Pembangkitan ASK
1
Sumber
+V, 0
Sumber
+V, -V
Bipolar to
Polar Con.
SinyalASK
Pembawa
Pembawa
Sinyal ASK
0
1
1
0
Deteksi ASK
Sinyal yang
diterima
Rectifier
Low Pass Filter
Decision circuit
Slicing
0
1
0
1
0
1
0
1
Kinerja ASK

Deteksi ASK dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu :
1. Detektor koheren
Pe
 Eb 

 Q
  
2. Detektor non-koheren
1
A2
Pe  exp( 
),A 2 N 0
2
8N 0
Eb
A

N0
:
:
:
:
Energi bit sinyal
amplitudo sinyal
level daya noise
rapat spektral daya noise
Frekuensi Shift Keying

Seperti pada FM, sinyal FSK dihasilkan akibat pengaruh informasi
terhadap frekuensi carrier.

Sinyal informasi pada FSK berupa digit biner dengan lebar bit Tb.

Frekuensi carrier mempunyai 2 harga, misalnya :
-
f0
untuk bit “1”
-
f1
untuk bit “0”
Pembangkitan FSK
s0(t) =
A sin (2pf0t) , 0  t  T
s1(t) =
A sin (2pf1t) , 0  t  T
1
0
1
1
f1
f2
f1
f1
0
Sumber
Sinyal ASK 1
Sumber
+V, -V
Carrier
f0
+
SinyalFSK
Sinyal FSK
f1
Sinyal FSK
Sinyal ASK 2
f2
Deteksi FSK
Sinyal
yang diterima
Limitter
Differentiator
Rectifier
Pulse generator
Low Pass
Filter
Decision circuit
Kinerja FSK

Deteksi ASK dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu :
1. Detektor koheren

Eb 
Pe  Q  1.21




2. Detektor non-koheren
Pe 
1
e
2

Eb
2
Binary Phase Shift Keying

s0(t) =
A sin (2pfct + p) ,
0 tT
s1(t) =
A sin (2pfct) ,
0  tT
Dengan demikian, untuk mengirimkan bit “0” fasa dari gelombang
carrier dimajukan sebesar p radian
Pembangkitan BPSK

Mengubah fasa sinyal carrier oleh sinyal informasi

Deskripsi :
Sumber
+V, -V
1
Sinyal PSK
Sumber
Pembawa
Pembawa
Sinyal
PSK
0
1
digital
1
0
Deteksi BPSK
KORELATOR
si (t)
BPF
+  (t)
2 A cos wot = s 1 (t) - s 2(t)
Tb
1
...dt

0
Kinetrja BPSK

Deteksi ASK dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu :
1. Detektor koheren
 2Eb 
Pe Q 




2. Detektor non-koheren
A 2 Tb
1
Pe  exp(
)
2
2
Modulasi Tingkat Tinggi (M-Ary)

Pada sistem Modulasi M-Ary (M > 2) satu simbol digunakan untuk
mewakili lebih dari satu bit.

Untuk memasukkan 2-bit dalam satu simbol misalnya, maka jumlah
simbol yang digunakan harus sama dengan 22 = 4 ----> M = 4

Dengan memilih M-amplituda carrier yang berbeda , M fasa carrier
yang berbeda atau M frekuensi carrier yang berbeda, atau Mkombinasi amplituda/frekuensi/fasa berbeda, daapt dibentuk satu
sistem modulasi digital “M-state”.
Quadrature Phase Shift Keying

Pembangkitan QPSK :

Urutan bit …11000111… misalnya, dikelompokkan menjadi urutan
pasangan bit … 11 , 00 , 01 , 11 , ….

Bit pertama digunakan untuk memodulasi BPSK carier incos (2pfct)

Bit kedua digunakan untuk memodulasi BPSK carrier
A sin (2pfct)

Kedua tegangan sinyal BPSK in-phase dan quadrature dijumlahkan
intuk membentuk sinyal QPSK

Perubahan simbol terjadi setiap pemrosesan dua-bit ----> Symbol
Interval = 2 x Bit Interval
phase A
quadrature
Pembangkitan QPSK
Konstelasi dan State Transsisi pada QPSK

Jumlah state (dinyatakan dalam fasa carrier yang berbeda) M = 4
dengan kemungkinan transisi sebagai berikut :

Apabila terjadi loncatan fasa 180 derajat akan muncul gejala
“carrier-null”
Offset QPSK (OQPSK)

Pada sistem modulasi Offset QPSK sinyal quadrature BPSK
diperlambat satu Bit Interval relatif terhadap sinyal In-phase BPSK

Dengan demikian transisi simbol kedua sinyal BPSK tidak pernah
terjadi pada saat yang sama , sehingga tidak pernah terjasi loncatan
fasa sebesar 180 derajat -------> tidak akan ada “carrier null”
Konstelasi dan State Transisi pada OQPSK

Pada sinyal OQPSK tidak pernah terjadi transisi fasa 180 mderajat.
Sinyal QPSK dan OQPSK
Keuntungan OQPSK

Sinyal QPSK ideal akan memiliki amplituda konstan; tetapi dalam
prakteknya dibatasi spektrumnya oleh filter bandpass, sehingga
terjadi variasi amplituda. Apabila terjadi transisi fasa 180 derajat, hal
ini akan menyebabkan gejala carrier-null.

Hal-hal diatas dapat menimbulkan masalah apabila sinyal diperkuat
oleh penguat daya yang selalu memiliki karakteristik non-linier
sehingga terjadi gejala AM-AM dan AM-PM
Minimum Shift Keying (MSK) dari OQPSK
Perbandingan QPSK, OQPSK, dan MSK
Gaussian MSK

Sinyal pemodulasi pada GMSK difilter lowpass dahulu sebelum
dimasukkan ke modulator MSK

Dengan respons filter Gaussian, spektrum sinyal lebih sempit
dibandingkan dengan MSK
Modulator GMSK
Demodulasi dan Deteksi Digital
Deteksi Koheren

Deteksi sinyal digital koheren direalisasikan dengan berbagai metoda,
antara lain yaitu :
Integrator
Decision
Circuit
Tb
 .... dt
0
Si (t) + Ni (t)
Sample &
Hold
S^(t)
Sample & Hold
Vt
h
Integrator/Korelator
S1 (t) atau S2 (t)
Filter
Optomal
vo
(t)
v o (Tb)
Derau
n (t)
Filter optimal
Filter didesain untuk nose yang bukan AWGN
Deteksi Koheren
si (t)
s o(Tb) + no(Tb)
hopt (t)
o
A
n (t)
Matched filter
Filter didesain untuk noise AWGN
B
Catatan untuk Deteksi

PSK dan FSK tidak sensitif terhadap distorsi amplituda pada kanal

Deteksi koheren memerlukan informasi eksak mengenai frekeusni dan
fasa dari sinyal carrier ----> perlu Carrier Recovery

Untuk OOK dapat digunakan detektor AM

Awal dan akhir satu Symbol Interval harus diketahui ---> perlu
bantuan rangkaian Symbol Timing Recovery
Kebutuhan Bandwidth dan Spektrum Frekuensi

Bandwidth dari kanal transmisiakan membatasi symbol rate sinyal
yang disalurkan

Selanjutnya apabila kanal juga menyenbabkan gangguan noise, maka
kemungkinan ada k4esalahan deteksi

Laju kesalahan dinyatakan dalam BER (Bit Error Rate)
Spektrum Sinyal Base Band
Spektrum ASK atau OOK
Spektrum BPSK
Spektrum FSK
Efisiensi Spektral Frekuensi
Efisiensi Spektral = Bit Rate/Transmission Bandwidth
Waveform
OOK (detector coherent)
QAM
FSK
BPSK (detector coherent)
QPSK
8-ary PSK
16-ary PSK
16-ary APK (4-QAM)
32-ary APK (8-QAM)
64-ary APK (16-QAM)
Theoretical Practical
(bit/Hz)
(bit/Hz)
1
2
1
1
2
3
4
4
6
8
0.8
1.7
0.8
0.8
1.9
2.6
2.9
3.1
4.5
BER = 1 x 10-4
Eb/N0
Eb/N0
theoretical (dB) practical (dB)
11.4
12.5
8.4
9.5
12.5
11.8
8.4
9.4
8.4
9.9
11.8
12.8
16.2
17.2
13.1
13.4
17.8
18.4
22.4
Spektral OQPSK dan MSK
Spektrum GMSK
Diferensial PSK (DPSK)

Perubahan fasa carrier (dari 0 ke p) dan sebaliknya terjadi apabila
ada transisi bit dari 0 ke 1 maupun sebaliknya

Salah satu bentuk DPSK adalah p/4-Shift QPSK
Kinerja BER Sistem Digital

Dinyatakan sebagai harga Bit Error Rate sebagai fungsi dari Eb/N0
(Energi-per-bit terhadap Noise Density)
Contoh Disain Sistem Digital
Penguat pradeteksi
Demodulator BPSK
RF
Koax
BPF IF
TA, Si
NF = 6 dB
G = 80 dB
Diketahui
TA
Sinyal BPSK
Impedansi masukan
:
:
:
20000K
100 kbps
1 Ohm
a.
b.
Jika BER = 10-5, hitung daya sinyal
masukan Si, asumsi filter low pass ideal
Berapa Si jika lebar pita derau
ekivalen = 1,4 harga idealnya
Jawab (1)
a. Lebar pita derau ekivalen LPF (ideal, Nyquist filter) :
BR
100
=

 50 kbps
2
2
 2 Eb 
BER  Pe  Q 

  

:
rapat spektral derau di keluaran antena (input koax)
  k TA  Te 


 1,38 .10 23 2000  (10 6  1).290
 3,96 x 10 20
BER  10 5 
watt / Hz
2 Eb
 4,25

Dari Tabel bit error rate
Jawab (2)
2 Eb
 18,0625

(18,0625) ( 3,96 x 10 20 )
Eb 
 3,58 x 1019 Joule
2
E
Jadi S i  b  Eb B r  3,58 x 1019 . 105  3,5 x 1014 Watt
Tb
  104,5 dBm
Jadi daya sinyal masukkan Si yang diperlukan adalah -104,5 dBm
b.
Bila lebar pita derau ekivalen naik menjadi 1,4 x BW idealnya, maka tegangan
efektir derau di input decision circuit naik 1,4 kali
Jawab (3)
v
v
10 5  Q   
 4,25
c
 c 
v
4,25

 3,59
1,4  c
1,4
Sehingga BER  2 x 10
4
Dari tabel
Sehingga dengan adanya kenaikkan lebar pita derau ekivalen akan
mengakibatkan kenaikkan harga BER, performansi menjadi turun.