Modulasi Digital dan Propagasi Gelombang

MODULASI DIGITAL DAN PROPAGASI GELOMBANG

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 (AFK)

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 (FSK)

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 ang tidak mempunyai fasa 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 (PSK)

Phase Shift Keying (PSK) atau pengiriman sinyal melalui pergeseran fasa. Metoda 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. 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 fasa yang dikirim digunakan untuk memelihara stabilitas. Dalam keadaan seperti ini , fasa yang ada dapat dideteksi bila fasa 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. Analisa 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.

Propagasi Gelombang

System komunikasi radio terrestrial adalah system komunikasi yang hanya menggunakan titik-titik di Bumi sebagai stasiun pemancar maupun penerima. Competitor utama system kounikasi radio terrestrial adalah system komunikasi satelit. System komunikasi satelit adalah system komunikasi yang menggunakan satelit sebagai media pemantul gelombang komunikasi yang ada di bumi sedemikian sehingga stasiun pemancar yang ada di bumi dapat mengirimkan gelombang komunikasi menuju stasiun penerima yang berada di belahan bumi lain.

Kelebihan system radio terrestrial adalah waktu pengiriman data yang relative lebih cepat dibandingkan dengan system komunikasi satelit. Kekurangan dari system radio terrestrial adalah sangat terpengaruh oleh kondisi geografis dan bentuk permukaan bumi. Selain itu, di dalam system komunikasi radio terrestrial jarak antar hop dibatasi oleh suatu jarak tertentu, hal itu disebabkan oleh bentuk permukaan bumi yang melengkung. Namun kekurangan tersebut dapat mudah diatasi dengan melakukan perencanaan jaringan yang matang dan teliti.

B. Model Kanal Propagasi

System komunikasi radio terrestrial sangat erat kaitannya dengan bentuk relief permukaan bumi. Sebagian besar permukaan bumi adalah tidak rata, ada lembah, ada bukit, ada pegunungan ada pula daerah yang ditutupi pohon. Berikut contoh model kanal propagasi:

Daerah 1 adalah daerah dimana signal langsung lebih mendominasi. Prosentase signal langsung lebih besar daripada signal pantulan tanah.

Daerah 2 adalah daerah dimana perbandingan antara signal langsung dan signal pantul relative sama.

Daerah 3 adalah daerah yang tidak menerima signal langsung. Signal yang diterima pada daerah tersebut adalah signal hasil difraksi pepohonan.

Daerah 4 adalah daerah yang tidak menerima signal langsung. Signal yang diterima adalah signal hasil difraksi puncak bukit dan scattering dari lapisan ionosfer dan troposfer.

Daerah 5 adalah daerah yang tidak menerima signal langsung. Signal yang diterima di daerah tersebut adalah signal hasil multiple diffraction.

Dari contoh kasus di atas dapat disimpulkan bahwa komunikasi radio terrestrial sangat dipengaruhi oleh relief dan keadaan geografis permukaan bumi.

C. Macam- macam propagasi gelombang

1. Free Space loss

Dalam propagasi gelombang free space loss, diasumsikan ada satu signal langsung antara pengirim dan penerima. Propagasi gelombang free space loss hanya dapat terjadi ketika pengirim dan penerima dalam keadaan Line Of Sight (LOS). Yang dimaksud dengan kondisi LOS adalah keadaan dimana tidak ada obstacle di daerah Fressnel 1 diantara pengirim dan penerima.

kondisi LOS adalah keadaan dimana tidak ada obstacle di daerah Fressnel 1 diantara pengirim dan penerima.

Daerah fressnel 1 didefinisikan dengan formula:

_{R1=17.3 d1.d2d.f}

R₁ adalah daerah fressnel 1 (dalam m). d adalah jarak antara pengirim dan penerima (dalam Km). d₁ adalah jarak antara pengirim dan penghalang (dalam Km). d₂ adalah jarak antara penerima dan penghalang (dalam Km). f adalah frekuensi transmisi (dalam MHz).

Pada kondisi LOS, redaman propagasi hanya di sebabkan oleh redaman free space. Redaman free space dapat dirumuskan sebagai berikut:

Lfs (dB)=32.45+20 Log f(MHz)+20 Log R(Km)

2. Reflection

Pada kondisi ini, signal yang datang menuju penerima telah mengalami pantulan terhadap suatu object. Refleksi dapat terjadi jika signal mengenai obyek yang memiliki dimensi lebih besar dari panjang gelombang signal tersebut. Pantulan tersebut menyebabkan perubahan fasa dan menimbulkan delay.

3. Diffraction

Difraksi terjadi ketika signal melewati suatu obyek yang mempunyai bentuk yang tajam sehingga seolah-olah menghasilkan sumber sekunder. Contoh peristiwa difraksi adalah ketika gelombang mengenai puncak bukit atau atap rumah.

Redaman difraksi dapat diperoleh dengan mencari nilai v sesuai kondisi yang terjadi. Setelah itu, hitung nilai redaman sesuai dengan nilai v yang diperoleh.

4. Scattering

Scattering terjadi ketika signal melewati suatu obyek yang kasar atau memiliki mempunyai bentuk yang tajam. Peristiwa scattering menyebabkan dihamburkan dan terpecah-pecah menjadi beberapa signal. Hal itu menyebabkan level daya signal menjadi lebih kecil.

D. Jenis-jenis hubungan komunikasi

Komunikasi yang terjadi antara pengirim dan penerima dalam system komunikasi radio terrestrial dapat dibedakan berdasarkan perambatan gelombangnya.

1. Gelombang ruang

Dalam hubungan tersebut, penerima memperoleh gabungan antara signal langsung dan signal hasil pantulan.

2. Hubungan difraksi

Hubungan difraksi digunakan jika ada obstacle yang sangat tinggi sedemikian sehingga tidak mungkin lagi menambah tinggi antena. Hubungan difraksi dilakukan dengan memanfaatkan difraksi penghalang karena difraksi oleh penghalang dapat menimbulkan sumber gelombang sekunder.

3. Hamburan troposferic

Hamburan troposferic memiliki karakteristik yang mirip dengan hubungan difraksi. Hamburan troposferic memanfaatkan lapisan troposfer untuk menghamburkan gelombang sedemikian sehingga gelombang yang dipancarkan dapat diterima oleh stasiun yang mempunyai jarak cukup jauh atau terhalang obstacle.

4. Gelombang langit

Gelombang langit adalah hubungan komunikasi dengan memanfaatkan lapisan ionosfer untuk memantulkan gelombang agar gelombang yang dipancarkan dapat diterima oleh stasiun yang berada di belahan bumi lain. Contoh penggunaan hubungan komunikasi gelombang langit adalah radio BBC.

5. Gelombang permukaan

Gelombang permukaan adalah hubungan komunikasi yang memanfaatkan permukaan bumi sebagai media propagasi. Hubungan komunikasi ini hanya digunakan untuk frekuensi rendah (kurang dari 3MHz). Hubungan komunikasi gelombang permukaan digunakan untuk siaran AM maupun untuk keperluan navigasi.

6. Gelombang ruang bebas

Dalam hubungan ini, penerima diasumsikan hanya menerima satu gelombang langsung.