Pengertian Modulasi
Modulasi adalah proses perubahan (varying) suatu gelombang periodik sehingga menjadikan suatu sinyal yang mampu membawa suatu informasi. Modulasi adalah suatu proses pencampuran dua sinyal menjadi satu sinyal. Biasanya sinyal yang dicampur adalah sinyal berfrekuensi tinggi dan sinyal berfrekuensi rendah. Dengan memanfaatkan masing-masing sinyal, maka modulasi dapat digunakan untuk mentransmisikan sinyal informasi pada daerah yang luas dan jauh. Sebagai contoh sinyal informasi (suara, gambar, data), agar dapat dikirim ke tempat lain, sinyal tersebut harus ditumpangkan pada sinyal lain. Dalam konteks radio siaran, sinyal yang menumpang adalah sinyal suara, sedangkan yang ditumpangi adalah sinyal radio yang disebut sinyal pembawa (carrier). Jenis dan cara digital. Penumpangan sinyal suara juga akan berbeda dengan penumpangan sinyal gambar, sinyal film, atau sinyal yang lain.
Dengan proses modulasi, suatu informasi (biasanya berfrekuensi rendah) bisa dimasukkan ke dalam suatu gelombang pembawa, biasanya berupa gelombang sinus berfrekuensi tinggi. Terdapat tiga parameter kunci pada suatu gelombang sinusoidal yaitu amplitudo, fase dan frekuensi. Ketiga parameter tersebut dapat dimodifikasi sesuai dengan sinyal informasi (berfrekuensi rendah) untuk membentuk sinyal yang termodulasi.
Peralatan yang digunakan untuk melaksanakan proses modulasi adalah modulator, sedangkan peralatan untuk memperoleh informasi awal (kebalikan dari proses modulasi) disebut demodulator dan peralatan yang melaksanakan kedua proses tersebut disebut modem.
Fungsi Modulasi
Fungsi modulasi adalah merubah atau menempatkan frekuensi rendah menjadi frekuensi yang lebih tinggi agar dapat dikirimkan/ditransmisikan melalui media transmisi. Sinyal informasi biasanya memiliki spectrum yang rendah dan rentan untuk terganggu oleh noise. Sedangkan pada transmisi dibutuhkan sinyal yang memiki spectrum yang tinggi dan dibutuhkan modulasi untuk memindahkan posisi spectrum dari sinyal data, dari pita spectrum yang rendah ke spectrum yang jauh lebih tinggi. Hal ini pada transmisi data tanpa kabel ( dengan antena), dengan membesarnya data frekuensi yang dikirim maka dimensi antenna yang digunakan akan mengecil.
· Transmisi menjadi efisien atau memudahkan pemancaran.
· Masalah perangkat keras jadi lebih mudah, jika f/fc ~ 1 – 10 %
· Menekan derau atau interferensi.
· Untuk memudahkan pengaturan alokasi frekuensi radio (diterbitkan oleh ITUT).
· Untuk multiplexing : proses penggabungan beberapa sinyal informasi untuk disalurkan secara bersama-sama melalui suatu kanal transmisi.
Jenis-jenis Modulasi
· Modulasi analog
· Modulasi digital
Perbedaan Modulasi Analog dan Digital
Perbedaan mendasar antara modulasi analog dan modulasi digital teletak pada bentuk sinyal informasinya. Pada modulasi analog, sinyal informasinya berbentuk analog dan sinyal pembawanya analog. Sedangkan pada modulasi digital, sinyal informasinya berbentuk digital dan sinyal pembawanya analog.
Perbedaan utama antara modulasi digital dan modulasi analog adalah pesan yang ditransmisikan untuk system modulasi digital mewakili seperangkat simbol-simbol abstrak. (misalnya 0 s dan I s untuk system transmisi biner), sedangkan dalam system modulasi analog, sinyal pesan adalah kontinyu. Untuk mengirim pesan digital, modulasi digital mengalokasikan sepotong waktu yang disebut interval sinyal dan menghasilkan fungsi kontinyu yang mewakili symbol.
Modulasi Analog
Modulasi analog adalah komunikasi yang mentransmisikan sinyal-sinyal analog yaitu time signal yang berada pada nilai kontinu pada interval waktu yang terdefinisikan. Pada modulasi analog, proses modulasi merupakan respon atas informasi sinyal analog.
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 kontinyu (continous varying). Dua parameter/karakteristik terpenting yang dimiliki oleh isyarat analog adalah amplitudo 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 dari sejumlah gelombang sinus. Dengan menggunakan sinyal analog, maka jangkauan transmisi data dapat mencapai jarak jauh, tetapi sinyal ini mudah terpengaruhi oleh noise.
Gelombang pada sinyal analog yang umumnya berbentuk gelombang sinus memiliki tiga variabel 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.
Jenis-jenis Modulasi Analog
· Amplitude Modulation (AM)
Modulasi amplitudo yaitu peristiwa modulasi yang terjadi dengan merubah-ubah amplitudo gelombang informasi. Atau juga disebut proses menumpangkan sinyal informasi ke sinyal pembawa (carrier) dengan sedemikian rupa sehingga amplitudo gelombang pembawa berubah-ubah sesuai dengan perubahan simpangan (tegangan) sinyal informasi.
Modulasi jenis ini adalah modulasi yang paling mudah dan sederhana, tetapi mudah dipengaruhi oleh keadaan transmisinya. Seperti : redaman oleh suara, noise, interferensi dan bentuk-bentuk gangguan lainnya. Gelombang pembawa (carrier wave) diubah amplitudonya sesuai dengan signal informasi yang akan dikirimkan. Modulasi ini disebut juga linier modulation, artinya bahwa pergeseran frekuensinya bersifat linier mengikuti signal informasi yang akan ditransmisikan.
Di pemancar radio dengan teknik AM, ampliyudo gelombang carrier akan diubah seiring dengan perubahan sinyal informasi (suara) yang dimasukkan. Frekuensi gelombang carrier-nya relatife tetap. Kemudian, sinyal dilewatkan ke RF (Radio Frequency) Amplifier untuk dikuatkan agar bisa dikirim ke jarak yang jauh. Setelah itu, dipancarkan melalui antenna.
Tentu saja dalam perjalanannya mencapai penerima, gelombang akan mengalami redaman (fading) oleh udara, mendapat interferensi dari frekuensi-frekuensi lain, noise, atau bentuk-bentk gangguan yang lainnya. Gangguan itu umumnya berupa variasi amplitudo sehingga mau tidak mau akan memengaruhi amplitudo gelombang yang terkirim. Akibatnya, informasi yang akan dikirim pun akan berubah, dan ujung-ujungnya mutu informasi yang diterima jelas berkurang, dan efek yang kita rasakan sangat nyata.
Adapun cara untuk mengurangi kerugian yang diakibatkan oleh redaman, noise, dan interferensi cukup sulit. Pengurangan amplitudo gelombang (yang mempunyai amplitudo yang lebih kecil), akan berdampak pada pengurangan sinyal asli. Sementara peningkatan amplitudo sinyal asli juga menyebabkan peningkatan amplitudo gangguan. Itu bisa diatasi dengan menggunakan teknik lain yang lebih rumit. Tapi, rangkaian penerima akan menjadi lebih mahal, sementara hasil yang diperoleh belum kualitas Hi-Fi dan belum tentu setara dengan harga yang harus dibayar.
· Frequency Modulation (FM)
Modulasi frekuensi yaitu proses modulasi yang terjadi dengan mengubah-ubah frekuensi gelombang pembawa sesuai dengan perubahan frekuensi sinyal informasi.
Di pemancar radio dengan teknik modulasi FM, frekuensi gelombang carrier akan berubah seiring perubahan sinyal suara atau informasi lainnya. Amplitudo gelombang carrier relatif tetap. Setelah dilakukan penguatan daya sinyal (agar bisa dikirim jauh), gelombang yang telah dimodulasi dipancarkan melalui antenna.
Seperti halnya gelombang termodulasi AM, gelombang ini pun akan mengalami redaman oleh udara dan memdapat interferensi dari frekuensi-frekuensi lain, noise, atau bentuk-bentuk gangguan lainnya. Tetapi karena gangguan ini umumnya berbentuk variasi amplitudo, kecil kemungkinan dapat memengaruhi informasi yang menumpang dalam frekuensi gelombang carrier. Sehingga, mutu informasi yang diterima tetap baik. Dan, kualitas audio yang diterima juga lebih tinggi daripada kualitas audio yang dimodulasi dengan AM.
Adapun proses modulasi yang terjadi pada FM dapat dijelaskan sebagai berikut :
Pembawa RF
Proses ini menghasilkan gelombang yang sudah dimodulasi dengan frekuensiyang berubah-ubah sesuai dengan perubahan frekuensi gelombang informasi yang dimodulasi. Disaat kurva gelombang informasi sedang mengarahkan ke puncak, frekuensi gelombang FM menjadi lebih rendah dari frekuensi gelombang AM. Oleh sebab itu, dikatakan bahwa band frekuensi yang dipakai pada radio FM lebih lebar dibandingkan dengan frekuensi yang dibutuhkan oleh system radio AM, yaitu band frekuensi di atas HF. Akibat penggunaan band frekuensi yang lebar ini, system FM memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan system AM.
Kelebihan-kelebihan tersebut antara lain :
§ Pengaruh derau selama hubungan lebih kecil.
§ Dengan penggunaan daya electron yang lebih kecil dapat diproleh mutu hubungan yang sama dengan system AM.
§ Perubahan level gelombang sinyal akibat fading tidak akan terjadi, karena proses modulasi dilakukan dengan dasar perubahan frekuensi.
Berpijak pada kelebihan-kelebihan tersebut, maka system FM banyak dipakai pada hubungan komunikasi radio, mobil, STJJ (Sambungan Telepon Jarak Jauh), Handy Talky pengiriman suara pada pemancar televisi dansistem gelombang mikro (microwave). Pada system FM amplitudo dan fasenya tetap, sedangkan yang berubah-ubah adalah frekuensinya.
· Phase Modulation (PM)
Phase modulasi adalah suatu bentuk modulasi yang mewakili informasi sebagai variasi dalam fase seketika dari gelombang pembawa. Tidak seperti rekannya yang lebih popular, frekuensi modulasi (FM), PM tidak terlalu banyak digunakan untuk transmisi radio. Hal ini karena cenderung cenderung memerlukan perangkat keras menerima lebih kompleks dan dapat terjadi masalah ambiguitas dalam menentukan sesuatu, misalnya sinyal telah berubah tahap demi +180 0 atau – 180 0 . PM digunakan, namun, dalam synthesizer music digital seperti Yamaha DX7, meskipun instrument ini biasanya disebut sebagai “FM” synthesizer (kedua jenis modulasi terdengar sangat mirip, tetapi PM biasanya lebih mudah diterapkan.
Modulasi ini menggunakan perbedaan sudut (phase) dari sinyal analog untuk membedakan kedua keadaan sinyal digital. Pada modulasi jenis ini, amplitudo dan frekuensi dari sinyal analog adalah tetap, yang berubah adalah phase sinyal analognya.
Phase modulasi juga disebut suatu bentuk modulasi yang mempresentasikan informasi sebagai variasi fase dari sinyal pembawa. Hampir mirip dengan FM, frekuensi pembawa juga bervariasi karena variasi fase dan tidak berubah amplitudo pembawa. PM jarang digunakan karena memerlukan perangkat keras penerima yang lebih kompleks. Keuntungan PM adalah potensi gangguan dan daya yang dibutuhkan lebih kecil. Sinyal modulasi ditumpangkan pada gelombang pembawa.
Teknik umum yang dipakai dalam modulasi analog :
§ Angle Modulation
· Modulasi Fase (Phase Modulation – PM)
· Modulasi Frekuensi (Frequency Modulation – 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 adalah suatu sinyal analog di modulasi berdasarkan aliran data 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) memiliki ciri-ciri dari bit-bit (0 atau 1) yang dikandungnya. Teknik modulasi digital pada prinsipnya merupakan variant dan metode modulasi analog.
Sinyal digital merupakan hasil teknologi yang dapat mengubah signal menjadi kombinasi urutan bilangan 0 dan 1 (juga dengan biner), sehingga tidak mudah pengaruh oleh derau, proses informasinya pun mudah, cepat dan akurat, tetapi transmisi dengan sinyal digital hanya mencapai jarak jangkauan pengiriman data yang relatif dekat. Biasanya sinyal ini juga dikenal dengan sinyal diskret.
Sinyal digital merupakan bentuk sampling dari sistim analog. Digital pada dasarnya dikodekan dalam bentuk biner (Hexa). Besarnya nilai suatu system digital dibatasi oleh lebarnya atau jumlah bit atau (Bandwidth). Jumlah bit juga sangat dipengaruhi nilai akurasi sistim digital.
Signal digital ini memiliki berbagai keistimewaan yang unik yang tidak dapat ditemukan pada teknologi analog :
· Mampu mengirimkan informasi dengan kecepatan cahaya yang dapat membuat informasi yang dapat dikirimkan dengan kecepatan tinggi
· Penggunaan yang berulang-ulang terhadap informasi yang tidak mempengaruhi kualitas dan kuantitas informasi 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
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, Harddisk. 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 memprosesnya.
Pada dasarnya dikenal 3 prinsip atau system modulasi digital yaitu :
· Amplitude Shift Keying (ASK)
Atau pengiriman sinyal berdasarkan pergeseran amplitude, merupakan suatu metode 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 metode ASK hanya menguntungkan bila dipakai untuk hubungan jarak dekat saja. Dalam hal ini factor derau harus diperhitungkan dengan teliti, seperti juga pada system modulasi AM. Derau menindih puncak bentuk-bentuk gelombang yang berlevel banyak dan membuat mereka sukar mendeteksi dengan tepat menjadi level ambangnya.
· Frequency Shift Keying (FSK)
Atau pengiriman sinyal melalui penggeseran frekuensi. Metode 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 popular. 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 standard transmisi data yang sesuai dengan rekomendasi CCITT. FSK juga tidak tergantung pada teknik on-off pemancar, seperti yang telah ditentukan sejak semula. Umumnya tipe modulasi FSK dipergunakan untuk komunikasi data dengan Bit Rate ( kecepataqn transmisi) yang relatif rendah, seperti untuk Telex dan modem-data dengan bit rate yang tidak lebih dari 2400 bps (2.4 kbps).
· Phase Shift keying (PSK)
Atau pengiriman sinyal melalui pergeseran fase. Metode 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 dengan perubahan 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 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 perbandingan ini dapat dipakai sebagai patokan (referensi).
Dua jenis modulasi PSK yang sering kita jumpai :
1. BPSK adalah format yang paling sederhana dari PSK modulasi paling sempurna dari semua bentuk modulasi PSK. Akan tetapi modulasi ini hanya mampu memodulasi 1 bit/symbol dan dengan demikian maka modulasi ini tidak cocok untuk aplikasi data rate yang tinggi dimana bandwithnya dibatasi.
2. QPSK atau dikenal dengan sebutan quartenary PSK atau quadriphase PSK analisis membuktikan bahwa ini digunakan untuk menggandakan data rate jika dibandingkan dengan system BPSK. BPSK digunakan pada kedua carrier dan dapat dimodulasi dengan bebas.
