TEKNIK PEMODULASIAN PSK DAN CDMA

TEKNIK PEMODULASIAN PSK DAN CDMA

1. PSK (Phase Shift Keying)

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 sebelumnyan telah diketahui. Hasil dari perbandingan ini dipakai sebagai patokan.Pada sistem modulasi Phase Shift Keying (PSK), sinyal gelombang pembawa sinusoidal dengan amplitudo dan frekuensi yang dapat digunakan untuk menyatakan sinyal biner “1” dan “0”, tetapi untuk sinyal “0” fasa gelombang pembawa tersebut digeser 180o seperti pada gambar di bawah ini:

 

Gambar 1 : Blok Diagram Modulasi PSK

        Pada Gambar 10 simbol pengali di sini merupakan Balanced Modulator, disini berfungsi sebagai saklar pembalik fasa, tergantung pada pulsa input, maka frekuensi pembawa akan diubah sesuai dengan kondisikondisi 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 Osilator referensi dan yang satunya input untuk data biner (sinyal digital) .

Gambar 11: Sinyal PSK sinyal pembawa merupakan sinyal sinusoidal dengan frekuensi dan amplitudo tetap, sinyal modulasi adalah informasi biner. Jika informasi adalah low “0”, sinyal pembawa tetap dalam fasanya. Jika input adalah high “1”, sinyal pembawa membalik fasa sebesar 180o. pasanagan gelombang sin yang hanya berbeda fasanya pada pergesaran 180o disebut sinyal antipodal. Dari gambar di atas, persamaan untuk sinyal PSK dapat dinyatakan sebagai

S(t)= ± A Cos ωct = ± A Cos (ωct+θt)

Differensial Phase Shift Differensial Phase Shift Differensial Phase Shift Keying (DPSK), adalah sebuah bentuk umum modulasi fasa untuk mengirimkan data dengan mengubah fasa dari gelombang pembawa. Dalam Phase Shift Keying, ketika bernilai high “1” hanya berisi satu siklus tapi Differensial Phase Shift Keying (DPSK) mengandung satu setengah siklus. Gambar di bawah ini menunjukkan modulasi PSK dan DPSK dengan urutan pulsa seperti pada gambar di bawah ini

Gambar: 2 Sinyal DPSK dan PSK Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa ketika bernilai high “1” diwakili oleh sebuah sinyal termodulasi seperti bentuk “M” dan dalam keadaan low “0” dan diwakili oleh suatu gelombang yang muncul seperti “W” dalam sinyal termodulasi.

 Amplitudo dan frekuensi bernilai konstan, namun fasa berubah menyesuaikan bit. Modulasi DPSK dilakukan dengan menggunakan perangkat Phase Locked Loop (PLL).

PLL menggunakan referensi sinyal pembawa sinusoidal, lalu mendeteksi fasa sinyal yang diterima, jika fasanya sama dengan referensi, maka dianggap bit “0”, jika sebaliknya maka bit “1”.

Gamar 13: Diagram Modulator DPSK

Pada Gambar diatas aliran data yang akan di transmisikan d(t) dimasukkan ke salah satu logika XNOR dua masukkan, dan gerbang input lainnya dipakai untuk keluaran gerbang XNOR b(t) yang di delay dengan waktu delay Tb, yang dialokasikan untuk satu bit delay. Pada input kedua gerbang XNOR ini adalah b(t-Tb). M-ary Differensial Phase Shift Keying M-ary Differensial Phase Shift Keying (M-DPSK) merupakan bentuk lain dari modulasi sudut, yang mana pengkodean M-ary banyaknya lebih dari satu yang dimaksudkan untuk mempercepat atau memperbanyak data yang akan ditransmisikan sehingga informasi akan lebih cepat diterima. Jadi dengan 4- DPSK akan diperoleh empat kemungkinana fasa output dari frekuensi pembawa, karena ada empat kemungkinan output fasa, maka harus ada empat kondisi input yang berbeda pula. Yang mana input dari sebuah modulator 4-DPSK merupakan sinyal biner, sehingga untuk memperoleh empat buah bentuk output yang berbeda akan membutuhakan lebih dari satu bit input. Dengan dua bit akan menghasilkan empat kondisi yaitu : 00, 01, 10, 11. Dari empat kondisi tersebut, masing-masing kondisi akan menghasilkan satu kemungkinan fasa output.

Prinsip Kerja Rangkaian 4-DPSK Data bit masukan serial dengan laju 2400 Bps dibagi dua dengan menggunakan rangkaian serial to parallel menjadi dua aliran bit data yaitu aliran data bit ganjil kita sebut “I” dan aliran data bit genap kita sebut “Q” yang dikeluarkan secara bersama-sama dengan kecepatan masing-masing menjadi setengah dari 2400 Bps menjadi 1200 Bps, yang mana nantinya keluaran “Q” dengan keluaran “I”. Tujuan dibuat rangkaian serial to parallel ini yaitu untuk memberi sinyal masukan data yang akan dimodulalsi sebanyak dua bit yaitu dengan pola sinyal keluarannya 00. 01, 10, 11. Sinyal ini yang akan membentuk sinyal keluaran menjadi empat fasa.

Gambar 14: Diagram blok modulator 4-DPSK

Selanjutnya sinyal data d(t) dari serial to parallel ini diolah menggunakan gerbang XNOR dua masukan, dan satu masukan lainya diambil dari keluaran gerbang XNOR yang di delay dengan waktu Tb dialokasikan untuk 1 bit delay, pada masukan kedua ini adalah b(t-Tb). Pada proses inilah pengkodean DPSK terbentuk, sehingga pada penerima (Demodulator 4-DPSK) tidak memerlukan sinyal pembawa recovery yang berfungsi untuk membangkitkan dan mengembalikan lagi sinyal pembawa yang termodulasi menjadi sinyal pembawa tanpa termodulasi.

Jika saluran data d(t) yang lainya sibuk, secara lambat mengubah perbandingan bit rite, kemudian fasa dari pulsa b(t) dan b(t-Tb) akan saling mempengaruhi dengan cara yang sama, kemudian melindungi muatan informasi dalam fasa berbeda. Setelah dikodekan, sinyal digital ±b(t) tersebut kemudian dimodulasi menggunakan Balanced Modulator untuk mendapatkan sinyal keluaran yang berbeda fasanya. Sinyal pembawa dari Balanced Modulator berasal dari Oscillator yang mana keluaran Balanced Modulator “I” mempunyai fasa output (+ Sin ω t dan - Sin ωc t), demikian pula pada Balanced Modulator “Q” memiliki dua kemungkinan fasa output yaitu (+ Cos ω t dan - Cos ωc t), kemudian keluaran dari Balanced Modulator tersebut dijumlahkan untuk mendapatkan sinyal keluaran empat fasa yang berbeda.

 Aplikasi penggunaan Modulasi PSK

2. CDMA (Code division Multiple Access)

Dalam CDMA setiap pengguna menggunakan frekuensi yang sama dalam waktu bersamaan tetapi menggunakan sandi unik yang saling ortogonal. Sandi-sandi ini membedakan antara pengguna satu dengan pengguna yang lain. Pada jumlah pengguna yang besar, dalam bidang frekuensi yang diberikan akan ada banyak sinyal dari pengguna sehingga interferens akan meningkat. Kondisi ini akan menurunkan unjuk-kerja sistem. Ini berarti, kapasitas dan kualitas sistem dibatasi oleh daya interferens yang timbul pada lebar bidang frekuensi yang digunakan. CDMA merupakan akses jamak yang menggunakan prinsip komunikasi spectrum tersebar. Isyarat bidang dasar yang hendak dikirim disebar dengan menggunakan isyarat dengan lebar bidang yang besar yang disebut sebagai isyarat penyebar (spreading signal). Metode ini dapat dianalogikan dengan cara berkomunikasi dalam satu ruangan yang besar. Setiap pasangan dapat berkomunikasi secara bersama-sama tetapi dengan bahasa yang berbeda, sehingga pembicaraan pasangan satu bisa dianggap seperti suara kipas bagi pengguna yang lain, karena tidak diketahui maknanya. Pada saat banyak yang berkomunikasi maka ruangan menjadi bising. Kondisi ini membuat ruangan menjadi tidak kondusif lagi untuk berkomunikasi. Oleh karena itu, jumlah yang berkomunikasimharus dibatasi. Agar jumlah yang berkomunikasi bisa maksimal maka kuat suara tiap pembicara tidak boleh terlalu keras.

Sistem transmisi spektrum tersebar adalah sebuah teknik yang mentransmisikan suatu isyarat dengan lebar bidang frekuensi tertentu menjadi suatu isyarat yang memiliki lebar bidang frekuensi yang jauh lebih besar. Aliran data asli dikalikan secara biner dengan sandi penyebar yang memilki lebar bidang yang jauh lebih besar daripada isyarat asal. Bit-bit dalam sandi penyebar dikenal dengan chip untuk membedakannya dengan bit-bit dalam aliran data yang dikenal dengan simbol.

Setiap pengguna memiliki sandi penyebar yang berbeda dengan pengguna yang lain. Sandi yang sama digunakan pada kedua sisi kanal radio, menyebarkan isyarat asal menjadi isyarat bidang lebar, dan mengawasebarkan kembali isyarat bidang lebar menjadi isyarat bidang sempit asal. Nisbah antara lebar bidang transmisi dengan lebar bidang isyarat asal dikenal dengan processing gain. Secara sederhana, processing gain menunjukkan berapa buah chip yang digunakan untuk menyebarkan sebuah simbol data. Sandi-sandipenyebar bersifat unik, jika seorang pengguna telah mengawasebarkan isyarat bidang lebar yang diterima, isyarat yang dibawasebarkan hanyalah isyarat dari pengirim yang memiliki sandi penyebar yang sama. Sebuah sandi penyebar memilki korelasi-silang yang rendah dengan sandi penyebar yang lain. Jika sebuah sandi benar-benar ortogonal, maka korelasi-silang antara sebuah sandi dengan sandi yang lainnya adalah nol. Hal ini berarti beberapa isyarat bidang lebar dapat menggunakan frekuensi yang sama tanpa adanya interferens satu sama lain. Energi isyarat bidang lebar disebarkan sepanjang lebar bidang yang amat besar sehingga dapat dianggap sebagai derau jika dibandingkan dengan isyarat aslinya atau dengan kata lain memiliki power spectral density yang rendah. Ketika sebuah isyarat bidang lebar dikorelasikan dengan sandi penyebar tertentu, hanya isyarat dengan sandi penyebar yang sama yang akan diawasebarkan, sedangkan isyarat dari pengguna lain akan tetap tersebar. Sistem spektrum tersebar memiliki beberapa kelebihan dibandingkan sistem sistem lain yang telah ada sebelumnya,

1.      Dapat bertahan pada lingkungan dengan pudaran lintasan jamak yang tinggi karena isyarat CDMA bidang lebar memiliki sandi penyebar dengan sifat korelasi-diri yang baik.

2.      Dapat mengirimkan informasi dengan daya yang kecil sehingga memungkinkan peralatan yang kecil sekaligus juga dengan daya baterai yang lebih tahan lama.

3.      Dapat mengurangi interferens dengan baik karena pada saat terjadinya proses pengawasebaran pengganggu akan mengalami proses sebaliknya sehingga dayanya akan lebih kecil dibandingkan isyarat asli.

4.      Dapat menghindari penyadapan karena menggunakan sandi unik yang mirip derau dengan spectrum frekuensi yang amat lebar.

5.      Dapat melakukan kemampuan panggilan terpilih (selective calling capability).

6.      Dapat melakukan penjamakan pembagian sandi sehingga dimungkinkan untuk akses jamak dengan kapasitas yang lebih besar.

Definisi Sistem Spektrum Tersebar Secara definitif, sistem komunikasi spektral tersebar merupakan suatu teknik modulasi dimana pengirim sinyal menduduki lebar pita frekuensi yang jauh lebih besar dari pada spektrum minimal yang dibutuhkan untuk menyalurkan suatu informasi. Konsep ini didasarkan pada teori C.E Shannon untuk kapasitas saluran, yaitu : C = W log2 (1 + S/N) Dimana : C = kapasitas kanal transmisi (bps) W = lebar pita frekuensi transmisi (Hz) N = daya derau (Watt) S = daya sinyal (Watt) Dari teori diatas terlihat bahwa untuk menyalurkan informasi yang lebih besar pada saluran ber-noise dapat ditempuh dengan dua cara yaitu :

1)      Dengan cara konvensional, dimana W kecil dan S/N besar.

2)      Cara penyebaran spektrum, dimana W besar dan S/N kecil.

Pada sistem spektral tersebar sinyal informasi disebar pada pita frekuensi yang jauh lebih lebar dari pada lebar pita informasinya. Penyebaran ini dilakukan oleh suatu fungsi penebar yang bebas terhadap sinyal informasinya berupa sinyal acak semu (psedorandom) yang memiliki karakteristik spektral mirip derau (noise), disebut pseudorandom noise (PN code). Teknik Modulasi Sistem Spektrum Tersebar CDMA (Code Division Multiple Access), menggunakan teknologi spread spectrum untuk mengedarkan sinyal informasi yang melalui bandwith yang lebar (1,25 MHz). Teknologi ini asalnya dibuat untuk kepentingan militer, menggunakan kode digital yang unik, lebih baik daripada channel atau frekuensi RF. Ada beberapa teknik modulasi yang dapat digunakan untuk menghasilkan spektrum sinyal tersebar antara lain Direct Sequence Spread Spectrum (DS-SS) dimana sinyal pembawa informasi dikalikan secara langsung dengan sinyal penyebar yang berkecepatan tinggi, Frequency Hopping Spred Spectrum (FH-SS) dimana frekuensi pembawa sinyal informasi berubah-ubah sesuai dengan deretan kode yang diberikan dan akan konstan selama periode tertentu yang disebut T (periode chip). Time Hopping Spread Spectrum (THSS) dimana sinyal pembawa informasi tidak dikirimkan secara kontinu tetapi dikirimkan dalam bentuk short burst yang lamanya burst tergantung dari sinyal pengkodeannya, dan hybrid modulation yang merupakan gabungan dari dua atau lebih teknik modulasi di atas yang bertujuan untuk menggabungkan keunggulan masing-masing teknik. Teknik modulasi yang paling banyak dipakai saat ini, termasuk pada system CDMA2000 1x, adalah Direct Sequence Spread Spectrrum (DS-SS) karena realisasinya lebih sederhana dibandingkan teknik modulasi lainnya. Pada DS-SS, sinyal pembawa didemodulasi secara langsung oleh data terkode yang merupakan deretan data yang telah dikodekan dengan deretan kode berkecepatan tinggi yang dibangkitkan oleh suatu Pseudo Random Generator (PRG) dan memiliki karakteristik random semu karena dapat diprediksi dan bersifat periodik. Sinyal yang telah tersebar ini kemudian dimodulasi dengan menggunakan teknik modulasi BPSK, QPSK, atau MSK. Pada sistem CDMA2000 1x digunakan teknik modulasi QPSK.

  

  

Gambar22 : blok diagram pemancar DS-SS 

Gambar 23 : blok diagram penerima DS-SS

  

     Sedangkan pada sisi penerima DS-SS terdiri dari tiga bagian utama yaitu demodulator, despreader dan blok sinkronisasi deret kode

 Ketika sinkronisasi deret kode telah tercapai antara pengirim dan penerima (akuisisi dan code trackling loop telah berjalan sempurna), maka dilakukan proses despreading sinyal DS-SS. Dan dengan asumsi bahwa beda fasa pada frekuensi pembawa lokal antara pengiri dan penerima dapat dihilangkan dengan carrier recovery maka sinyal informasi yang sebenarnya akan dapat diperoleh kembali.

Keuntungan CDMA

Teknologi CDMA sendiri memiliki berbagai keuntungan jika diaplikasikan dalam sistem seluler. Keuntungan-keuntungan tersebut antara lain :

·         hanya membutuhkan satu frekuensi yang dibutuhkan untuk beberapa sektor/cell

·         tidak membutuhkan equalizer untuk mengatasi gangguan spektrum sinyal

·         dapat bergabung dengan metode akses lainnya, tidak membutuhkan penghitung waktu (guard time) untuk melihat rentang waktu dan penjaga pita (guard band) untuk menjaga intervensi antarkanal

·         tidak membutuhkan alokasi dan pengelolaan frekuensi

·         memiliki kapasitas yang halus untuk membatasi para pengguna akses

·         memiliki proteksi dari proses penyadapan

Dalam bangunan, sehingga menghilangkan kebutuhan untuk memasang sebuah antena GPS di luar bangunan.Yang juga sering dikacaukan dengan CDMA adalah W-CDMA. Teknik CDMA digunakan sebagai prinsip dari antarmuka udara W-CDMA, dan antarmuka udara W-CDMA digunakan di dalam Standar 3G global UMTS dan standar 3G Jepang FOMA, oleh NTT DoCoMo and Vodafone; namun bagaimanapun, keluarga standar CDMA (termasuk cdmaOne dan CDMA2000) tidaklah compatible dengan keluarga standar W-CDMA.

Aplikasi penting lain daripada CDMA, mendahului dan seluruhnya berbeda dengan seluler CDMA, adalah Global Positioning System, GPS.