3. Sistem Modulasi Amplitudo2

Jurusan Elektro-FTI-PKK-Modul 3UNIVERSITAS MERCU BUANA

_____________________________________________________________________________________

33Sistem ModulasiSistem Modulasi Amplitudo Amplitudo

3.1. Pengertian Komunikasi Radio

Kata radio berasal dari kata ‘to radiate’ yang mem-punyai arti memancarkan, sehingga

menunjukkan bahwa proses komunikasi radio terjadi dengan menggunakan media non

fisis, yaitu udara. Proses yang terjadi di dalam komu-nikasi radio adalah memodulasi

gelombang pembawa (carrier wave) dengan suatu sinyal pemodulasi (modulating wave),

sehingga hasilnya adalah gelombang termodulasi (mo-dulated wave) yang akhirnya

dipancarkan ke udara dengan menggunakan satu sistem antena. Ilustrasi gambar yang

diberikan di atas ini adalah sistem antena pemancar MW (medium wave) RRI Pontianak

yang bekerja dengan sistem modulasi AM (amplitude modulation).

Gelombang pembawa adalah satu sinyal sinusoidal yang selalu mempunyai frekuensi

jauh lebih tinggi dari frekuensi spektrum sinyal pemodulasinya, yaitu yang termasuk ke-

lompok radio frekuensi (RF). Sedang sinyal pemodulasi mempunyai spektrum frekuensi

dari kelompok audio frequency (AF) sampai RF seperti misalnya sinyal video yang

mempunyai spektrum hingga 5,5 MHz.

Sebetulnya proses modulasi juga terjadi pada sistem komunikasi yang lain, misalnya

pada bidang telegrafi, yaitu sistem-VFT (Voice Frequency Telegraphy)1 yang menggu-

nakan frekuensi pada range frekuensi suara sebagai gelombang pembawanya . Juga pada

sistem komunikasi serat optik2, yang menggunakan sinar laser sebagai gelombang pem-

bawanya .

1 Sistem VFT yang dioperasikan oleh PT Telkom adalah type WT-1000 buatan Siemens, dengan carrier frequency, 420 Hz ~ 3300 Hz (FM-120).

2 Frekuensi sinar laser antara 430 THz ~ 750 THz; Kennedy, Electronic Communication System, p445.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL

SISTEM KOMUNIKASI I 1


_____________________________________________________________________________________

Tanpa proses modulasi ini, sinyal pemodulasi yang lazim disebut sinyal informasi sulit

untuk dikirimkan melalui komunikasi radio. Terdapat dua alasan untuk hal tersebut,

yaitu :

Karena sinyal informasi terdiri atau merupakan gabungan dari beberapa frekuensi

tunggal yang relatif rendah frekuensinya, sehingga sistem antena yang digunakan

harus mempunyai ukuran yang relatif panjang dan juga harus broadband. Per-

syaratan ini secara praktis tidaklah mungkin. Misalnya kita ambil saja salah satu

frekuensi audio, 1000 Hz, maka ukuran antena ½ λ-nya sampai mencapai 3 x 105

meter atau 300 km.

Karena sinyal informasi dari berbagai sumber mempunyai kombinasi yang sa-

ma, maka tidak mungkin dipancarkan bersamaan sebab akan terjadi interfe-

rensi antara sumber-sumber tersebut satu sama lain.

Gelombang pembawa dalam bentuk umum dinyatakan sebagai,

eC = AC sin (ω t + θ),

yang merupakan nilai sesaat gelombang tersebut. Terlihat, bahwa nilai sesaat itu

akan tertentu oleh tiga parameternya, yaitu, amplitude, frekuensi, dan fasa, yang da-

pat dipengaruhi besarnya oleh satu sinyal pemodulasi. Inilah hakekat proses modu-

lasi yang disebutkan diatas. Dengan demikian, pada sistem komunikasi radio dikenal

tiga jenis modulasi, yaitu,

Modulasi Amplitude (AM = Amplitude modulation)

Modulasi Frekensi (FM = Frequency modulation)

Modulasi Fasa (PM = Phase modulasi)

3.2. Simbol pemancaran (emisi) radio

Basis proses modulasi pada dasarnya adalah AM dan FM, sedang modulasi fasa

sebenarnya diturunkan dari sistem modulasi frekuensi. Terdapat juga satu sistem

yang dikenal dengan nama modulasi pulsa yang sebenarnya salah satunya adalah

modulasi pada satu carrier secara AM oleh satu sinyal dalam bentuk pulsa. Jenis

modulasi ini disebut On-Off Keying. Terdapat juga sebutan PCM yang merupakan

kependekan dari Pulse Code Modulation, yang telah banyak dibahas pada Modul-2.




_____________________________________________________________________________________

Pemancaran (emisi) gelombang radio yang termodulasi tersebut diberi kode oleh ITU-R

mengikuti urutan tiga simbol, yaitu :

1) simbol pertama (huruf besar), yang menyatakan jenis modulasi pada carrier

utama;

2) simbol kedua (angka), yang menyatakan bentuk sinyal informasi serta jumlah

kanalnya;

3) simbol ketiga (huruf besar), yang menyatakan jenis sinyal informasi, seperti

suara, video, dsb.

Misalnya siaran radio RRI gelombang pendek (shortwave) yang bekerja dengan modu-

lasi AM akan mempunyai simbol emisi A3E. Untuk selengkapnya seluruh kode tersebut

dapat dilihat pada Lampiran-1 yang dikutib dari Buku RR (radio regulation)-ITU, serta

perubahannya pada Lampiran-2.

3.3. Modulasi Amplitudo

Seperti telah disinggung di depan, bahwa proses modulasi amplitudo dilakukan dengan

mempengaruhi level amplitudo sinyal pembawa oleh sinyaJ yang dibawa (sinyal pemo-

dulasi). Sistem modulasi yang tergolong modulasi amplitudo disimbolkan emisinya

sebagai A3E yang menunjukkan, bahwa sinyal pembawa utamanya (main carrier) di-

modulasi secara AM standard/double sideband (simbol pertama = A), dan sinyal pemo-

dulasinya adalah satu kanal informasi analog (simbol kedua = 3), serta sinyal pemo-

dulasi tersebut adalah sinyal audio (simbol ketiga = E).

Sistem modulasi amplitudo tergolong luas digunakan terutama untuk penyiaran program

radio (audio broadcasting) seperti sistem radio MW (medium wave), SW (short wave),

maupun sistem penyiaran televisi dan komunikasi serat optik. Dengan sistem radio SW

misalnya, program radio dari satu tempat di dunia ini dimungkinkan dapat diterima di

lokasi lain di balik bola dunia ini.

3.3-1. Spektrum dan Index Modulasi




_____________________________________________________________________________________

Misalkan persamaan gelombang pembawa, eC = AC sin ωCt, dan persamaan gelom-

bang pemodulasi, em = Am sin ωmt, maka persamaan gelombang AM adalah,

e = (AC + em) sin ωCt

= (AC + Am sin ωmt) sin ωCt

= AC (1 + Am/ AC sin ωmt) sin ωCt ………………………. (3-1)

dimana, Am/ AC = m, adalah index modulasi, atau derajat modulasi, atau prosentase

modulasi. Sehingga persamaan (3-1) menjadi,

e = AC (1 + m sin ωmt) sin ωCt

= AC sin ωCt + m AC sin ωmt . sin ωCt

= AC sin ωCt + cos (ωC - ωm) t – cos (ωC + ωm) t ....... (3-2)

Terlihat, bahwa persamaan gelombang AM terdiri dari tiga komponen, yaitu,

AC sin ωCt = sinyal carrier

cos (ωC - ωm) t = lower side band (LSB)

cos (ωC + ωm) t = upper side band (USB)

Sehingga bila digambarkan spektrum frekuensinya (dengan nilai efektif) akan nam-

pak seperti Gbr-1 berikut ini. Sementara osilogram gelombang AM yang dapat

dilihat di layar osiloskop, ditunjukkan pada Gbr-2(d).




_____________________________________________________________________________________

Gbr-1 Spektrum frekuensi sinyal AM3.3-2. Cara Menentukan Index Modulasi

Ukuran index modulasi ditentukan dengan melakukan pengukuran pada osilo-

gram sinyal AM di layar osiloskop seperti ditunjukkan pada Gbr-2. Nilai index

modulasi tersebut tertentu dari persamaan (3-3).

m = ............................................................... (3-3)

Gbr-2 Osilogram sinyal AM padalayar osiloskop.

Langkah pengukurannya :

Ditempatkan osilogram sinyal AM simetri dengan menggunakan tombol

y-position,

Diukur dengan skala layar osiloskop nilai A dan B,

Nilai index modulasi tertentu dari persamaan (3-3)

Bukti :

Dari osilogram,

A = AC + Am




_____________________________________________________________________________________

B = AC - Am ,

sehingga, m = = = → terbukti

3.3-3. Daya Sinyal AM

Seperti diuraikan di depan, bahwa sinyal AM mempunyai tiga komponen sinyal,

sehingga mempunyai besar daya yang tertentu oleh daya ketiga komponen

tersebut yang dapat dinyatakan oleh persamaan (3-4) sebagai berikut,

Pt = + + ........................................ (3-4)

Dimana harga E, adalah nilai efektif tegangan masing-masing komponen itu,

sedang R, adalah beban yang dalam hal ini adalah impedansi antena pemancar.

Karena E, adalah nilai efektif, maka besarnya dapat tertentu oleh amplitudo

sinyal, yaitu, E = A/√2, maka persamaan (3-4) menjadi,

Pt = + + ......................................... (3-5)

atau,

Pt = = ................................ (3-5a)

Terlihat pada persamaan (3-5) bahwa, perbandingan daya antara carrier, dengan

kedua sideband-nya adalah,

PC : PLSB : PUSB = 1 : : ................................ (3-6)

Bila index modulasi mencapai 100 %, maka perbandingan daya tersebut

menjadi, 1 : ¼ : ¼ , sehingga daya total satu pemancar AM dapat mencapai

1,5 x daya carrier-nya.

_________________________________________________________

Contoh Soal :




_____________________________________________________________________________________

1). Rangkaian tuning satu osilator dalam pemancar AM, menggunakan nilai

induktansi dan kapasitansi sebesar 50 μH dan 1 nF. Bila output osilator terse-

but dimodulasi oleh sinyal audio sampai frekuensi 10 kHz, berapakah range

frekuensi yang ditempati sideband-nya ?

Penyelesaian :

fC =

= = 712 kHz

Jadi range frekuensi yang ditempati sideband-nya adalah,

702 kHz ~ 722 kHz

2). Satu carrier dengan daya 400 watt, dimodulasi secara AM dengan prosentase

modulasi 75 %. Hitung daya total sinyal AM tersebut ?

Penyelesaian :

Pt = = 400 = 512,5 watt

3). Suatu pemancar AM meradiasikan daya sebesar 10 kW bila index modulasi-

nya 60 %. Berapakah besar daya carrier-nya ?

Penyelesaian :

Pt = , sehingga

PC = = = 8,47 kW

____________________________________________________________

3.3-4. Proses Modulasi oleh Lebih Dari Satu Sinyal

Uraian di atas menjelaskan proses modulasi berlangsung dengan satu sinyal pemo-

dulasi saja, sehingga sinyal sideband yang muncul hanya (fc - fm) dan (fc + fm) de-

ngan spektrum seperti ditunjukkan pada Gbr-1.




_____________________________________________________________________________________

Dalam kenyataannya, sinyal pemodulasi berjumlah lebih dari satu frekuensi tunggal,

misalnya sinyal suara (voice) yang mempunyai spektrum dari 300 ~ 3400 Hz.

Akibatnya sinyal sideband yang muncul akan bervariasi sebanyak frekuensi yang

ada pada spektrum tersebut, dan kemudian kali dua sideband.

Misalnya beberapa sinyal pemodulasi tersebut mempunyai tegangan efektif, V1, V2,

V3, dst. Maka tegangan total sinyal pemodulasi tersebut merupakan jumlah vektoris

yang besarnya sama dengan akar jumlah kuadrat masing-masing tegangan yang ada,

atau,

Vt = .............................. (3-7)

Bila kedua ruas persamaan dibagi tegangan efektif sinyal carrier, kita dapatkan,

=

atau, mt = ................................. (3-8)

yang merupakan index modulasi total beberapa sinyal pemodulasi tersebut. Dengan

adanya beberapa sinyal pemodulasi itu, maka penambahan daya terjadi juga pada

sideband-nya yang tertentu dari perubahan index modulasinya, yaitu index modulasi

total seperti dinyatakan pada persamaan (3-8). Nilai daya total persamaan (3-5a)

kemudian menjadi,

Pt = .................................................. (3-9)

Bila dinyatakan dalam besaran arus, maka arus total sinyal AM adalah,

It = ...................................................... (3-10)

dimana :

It = arus sinyal AMIC = arus sinyal carrier (tanpa modulasi)mt = index modulasi total




_____________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________

Contoh Soal :

4). Satu transmiter meradiasikan daya (ERP = effective radiated power) sebesar

9 kW tanpa modulasi, dan sebesar 10,125 kW dengan modulasi sinyal sinus.

a). Tentukan index modulasi pada kondisi tersebut ?

b). Bila satu sinyal sinus yang lain bersama-sama dimodulasikan dengan

index 40%, tentukan daya yang diradiasikan pada kondisi kedua ini ?

Penyelesaian :

Pt = → =

= = 0,125

m1 = 0,5

Pada kondisi yang kedua,

mt = = = 0,64

Pt = = = 10,84 kW

5). Dengan index modulasi 40%, arus antena satu pemancar AM terbaca sebesar

11 Amper. Penunjukan meter naik menjadi 12 amper setelah adanya modulasi

tambahan oleh sinyal sinusoidal yang lain. Berapakah index modulasi sinyal

kedua tersebut ?

Penyelesaian :

It = → =

= → IC = 10,58 amper




_____________________________________________________________________________________

It = → =

mt = = 0,757

mt = → m2 = = 0,64 atau 64 %

3.3-5. Cara Menghasilkan Sinyal AM

Pada dasarnya untuk proses modulasi AM, terdapat dua sinyal yang dicampurkan

(mixed) satu sama lain, yaitu dalam hal ini, adalah sinyal gelombang pembawa dan

sinyal pemodulasi. Melalui penguat linier, pencampuran dua sinyal tersebut merupa-

kan sinyal jumlah biasa yang mendapat penguatan tertentu (gain amplification).

Akan tetapi bila pencampuran dua sinyal itu terjadi pada satu device atau penguat

yang tidak linier, maka outputnya merupakan sinyal AM.

Berikut ini akan dibuktikan dengan percobaan sederhana, yaitu dengan menggu-

nakan sebuah dioda untuk menghasilkan sinyal AM (amplitude modulation), dengan

memanfaatkan area karakteristiknya yang non linier. Akan ternyata nanti pada out-

putnya muncul beberapa frekuensi walaupun pada inputnya hanya dua sinyal dengan

frekuensi tertentu. Rangkaian percobaan tersebut ditunjukkan pada Gbr-3. Nampak

pada gambar, dua generator frekuensi audio yang berbeda frekuensinya, yaitu

rendah dan tinggi, dirangkaikan seri dengan sebuah dioda. Rangkaian tersebut dicatu

oleh sebuah sumber tegangan variabel, E, sementara arus diamati melalui sebuah

resistor yang terpasang seri dalam rangkaian tersebut. Pengamatan dilakukan dengan

menggunakan sebuah osiloskop yang memantau ujung-ujung resistor.




_____________________________________________________________________________________

Gbr-3 Rangkaian percobaanLinieritas :(a) rangkaian percobaan,(b) karakteristik dioda.

Cara percobaannya

Dengan mengatur nilai tegangan E, yang berarti memberikan prategangan pada

dioda D, kita dapat menempatkan titik kerja pada kurva karakteristik pada nilai ter-

tentu. Pada saat berada pada daerah linier, output yang terlihat pada osiloskop ada-

lah merupakan hasil penjumlahan biasa (mixing) antara kedua sinyal tersebut yang

bentuk gelombangnya ditunjukkan pada Gbr-4(c). Tetapi begitu digeser titik kerja

itu pada daerah non-linier kurva karakteristik, bentuk gelombang yang terpantau

berubah menjadi seperti Gbr-4(d), yaitu satu sinyal modulasi AM

(a)

(b)

(c)

(d)




_____________________________________________________________________________________

Gbr-4 Osilogram pada layer osiloskop(a) gel. Audio frek. rendah, (b) gel. Audio frek. Tinggi,(c) gel. snyal pencampuran, (d) gel. sinyal AM.

Fenomena proses dihasilkan gelombang AM dapat dijelaskan secara matematis

sebagai berikut. Secara umum, bentuk matematis fungsi non-linier adalah,

y = a + bx + cx2 + dx3 + ex4 + ............. .............. (3-11)

dimana y dapat mewakili output satu sistem, sementara x mewakili inputnya. Huruf

a ~ e, adalah koefisien masing-masing suku deret pangkat yang menjadi sangat kecil

dengan meningkatnya pangkat variabel x. Secara praktis, satu fungsi yang kom-

pleks diwakili oleh hanya sampai beberapa suku pertama saja. Dalam hal mengha-

silkan sinyal AM tersebut di atas, untuk keperluan pembuktian, jumlah suku diambil

sampai suku x2 saja, sehingga persamaan (3-11) disederhanakan menjadi,

y = a + bx + cx2 ........................................................ (3-12)

Untuk satu karakteristik yang melewati titik awal (nol, origin) seperti karakteristik

dioda, maka fungsi matematis yang berkaitan dapat disederhanakan dari persamaan

(3-12) menjadi,

y = bx + cx2 ............................................................. (3-13)

atau,

vout = Gvin + Hvin2 .................................................... (3-14)

sedang,

vin = A.sin2πfct + B.sin2πfmt

sehingga persamaan (3-14) menjadi,

vout = G(A.sin2πfct + B.sin2πfmt) + H(A.sin2πfct + B.sin2πfmt)2 ...... (3-15)




_____________________________________________________________________________________

Untuk menyelesaikan persamaan (3-15), kita selesaikan dulu masing-masing fak-

tornya,

(A.sin2πfct + B.sin2πfmt)2 = A2.sin22πfct + B2.sin22πfmt + 2AB.sin2πfct. sin2πfmt

Sedangkan masing-masing sukunya adalah,

A2.sin2 2πfct = A2/2 [ 1- cos 2π(2fc)t ]

B2.sin2 2πfmt = B2/2 [ 1- cos 2π(2fm)t ]

2.AB.sin2πfct. sin2πfmt = AB [ cos(2πfct - 2πfmt) – cos(2πfct + 2πfmt) ]

= AB [ cos 2π(fc - fm)t – cos 2π(fc + fm)t ]

Sehingga persamaan (3-15) menjadi,

vout = G(A.sin 2πfct + B.sin 2πfmt) + H(A.sin 2πfct + B.sin 2πfmt)2

= GA.sin 2πfct + GB.sin 2πfmt + HA2/2 [ 1- cos 2π(2fc)t ] + HB2/2 [ 1-

cos 2π(2fm)t ] + HAB [ cos 2π(fc - fm)t – cos 2π(fc + fm)t ]

Terlihat pada persamaan terakhir ini, bahwa sinyal hasil komponen non-linier pada

proses di atas, menghasilkan spektrum frekuensi yang banyak, yaitu, fm , 2fm , (fc

- fm), fc , 2fc , dan (fc + fm). Selanjutnya, bila sinyal tersebut dilewatkan satu bandpass

filter, maka spektrum yang tertinggal hanya, fc , (fc - fm), dan (fc + fm), yang sesuai

dengan spektrum sinyal AM, yaitu, sinyal carrier, lower sideband, dan upper

sideband. Sinyal AM yang dimaksudkan adalah,

vout = GA.sin 2πfct + HAB.cos 2π(fc - fm)t – HAB.cos 2π(fc + fm)t

__________________________________________________________________




_____________________________________________________________________________________

Daftar Kepustakaan

1. Kennedy, George; Electronic Communication Systems, McGraw-Hill Co., Singapore, 1988.

2. Stallings, William; Komunikasi Data & Komputer, Penerbit Salemba Teknika, Jakarta, 2001.

3. Wahana Komputer; Kamus Lengkap Jaringan Komputer, Penerbit Salemba Infotek, Jakarta, 2004.

4. Wheland Couch II, Leon; Digital & Analog Communication Systems, Macmillan Publishing Company, New York, 1993.




_____________________________________________________________________________________

Lampiran-1

A. RR4-2




_____________________________________________________________________________________

B. RR4-3




_____________________________________________________________________________________

C. RR4-4




_____________________________________________________________________________________

D. RR4-5




_____________________________________________________________________________________

Lampiran-2

Simbol Emisi Khusus Modulasi AM

A3E (sebelumnya A3), adalah untuk AM standar yang memancarkan kedua sideband-

nya dan full carrier. Umumnya digunakan untuk penyiaran radio MW dan SW, dan

serta beberapa unit lain dalam sistem telekomunikasi.

R3E (sebelumnya A3A), adalah sistem modulasi single-sideband dengan pengurangan

level carrier-nya. Level carrier yang dikurangi tersebut, ditambahkan kembali pada sisi

receiver untuk keperluan tuning dan demodulasi.

H3E (sebelumnya A3H), adalah sistem single-sideband full carrier. Sistem ini dapat

diterima oleh receiver AM standar dengan tingkat distorsi kurang dari 5%.

J3E (sebelumnya A3J), adalah sistem modulasi single-sideband dengan penekanan atau

menghilangkan level carrier-nya. Sistem ini dikenal sebagai sistem SSB, yang level

carrier-nya ditekan hingga sedikitnya sampai 45 dB pada sisi transmiter sebelum dipan-

carkan. Sistem ini digunakan untuk komunikasi radio dan penerbangan yang menempati

beberapa frekuensi dalam pita frekuensi HF.

B8E (sebelumnya A3B), adalah sistem modulasi AM yang memanfaatkan masing-

masing sideband-nya untuk membawa informasi yag berbeda. Dikenal sebagai emisi

independent-sideband (ISB) dengan carrier umumnya diredam atau ditekan.

C3F (sebelumnya A5C), adalah sistem modulasi AM yang mengirimkan carrier, USB,

dan hanya sebagian kecil pita LSB-nya. Digunakan untuk transmisi sinyal televisi.



Documents

3. Sistem Modulasi Amplitudo2