“Tuhan tidak akan membiarkan sekecil apapun kebaikan menjadi sia-sia. Berangkatlah dengan penuh keyakinan, berjalanlah dengan penuh keikhlasan dan istiqomah dalam menghadapi cobaan" - (Abdillah Irsyad El Nur)

Makalah Frequency Shift Keying (FSK)

MAKALAH
Frequency Shift Keying

oleh
Abdillah Irsyad El Nur    NIM 111910201088


JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS JEMBER
2014


---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

BAB I
PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang
Modulasi adalah proses perubahan (varying) suatu gelombang periodik sehingga menjadikan suatu sinyal mampu membawa suatu informasi. Dengan proses modulasi, suatu informasi (biasanya berfrekeunsi rendah) bisa dimasukkan ke dalam suatu gelombang pembawa, biasanya berupa gelombang sinus berfrekuensi tinggi. Terdapat tiga parameter kunci pada suatu gelombang sinusiuodal yaitu: amplitudo, fase dan frekuensi. Ketiga parameter tersebut dapat dimodifikasi sesuai dengan sinyal informasi (berfrekuensi rendah) untuk membentuk sinyal yang termodulasi.
Peralatan untuk melaksanakan proses modulasi disebut modulator, sedangkan peralatan untuk memperoleh informasi informasi awal (kebalikan dari dari proses modulasi) disebut demodulator dan peralatan yang melaksanakan kedua proses tersebut disebut modem.
Informasi yang dikirim bisa berupa data analog maupun digital sehingga terdapat dua jenis modulasi yaitu modulasi analog dan modulasi digital.
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 kontinu (continous varying). Dua parameter/karakteristik terpenting yang dimiliki oleh isyarat analog adalah amplitude 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 sejumlah gelombang sinus. Dengan menggunakan sinyal analog, maka jangkauan transmisi data dapat mencapai jarak yang jauh, tetapi sinyal ini mudah terpengaruh oleh noise.
Sinyal digital merupakan hasil teknologi yang dapat mengubah signal menjadi kombinasi urutan bilangan 0 dan 1 (juga dengan biner), sehingga tidak mudah terpengaruh oleh derau, proses informasinya pun mudah, cepat dan akurat, tetapi transmisi dengan sinyal digital hanya mencapai jarak jangkau pengiriman data yang relatif dekat. Biasanya sinyal ini juga dikenal dengan sinyal diskret. Sinyal yang mempunyai dua keadaan ini biasadisebut dengan bit. Bit merupakan istilah khas pada sinyal digital. Sebuah bit dapat berupa nol (0) atau satu.
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.



1.2  Rumusan Masalah
Dalam makalah ini yang akan dibahas adalah mengenai salah satu dari modulasi digital yaitu Frekuensi Shift Keying meyangkut pengertian modulasi Frekuensi Shift Keying proses modulasinya dan pengaplikasian pada modulasi ini.

1.3  Tujuan
Tujuan dalam pembuatan makalah ini adalah untuk mengetahui serta memahami tentang modulasi digital yaitu Frekuensi Shift Keying berikut pengaplikasiannya.




BAB II
LANDASAN TEORI

2.1  Pengertian Modulasi dan Demodulasi
Modulasi adalah suatu proses dimana parameter dari suatu gelombang divariasikan secara proposional terhadap gelombang lain. Parameter yang diubah tergantung pada besarnya modulasi yang diberikan. Proses modulasi membutuhkan dua buah sinyal pemodulasi yang berupa sinyal informasi dan sinyal pembawa (carrier) dimana sinyal informasi tersebut ditumpangkan oleh sinyal carrier.
Maka secara garis besar dapat diasumsikan bahwa modulasi merupakan suatu proses dimana gelombang sinyal termodulasi ditransmisikan dari transmitter ke receiver. Pada sisi receiversinyal modulasi yang diterima dikonversikan kembali kebentuk asalnya, proses ini disebut dengan demodulasi. Rangkaian yang digunakan untuk proses modulasi disebut dengan modulator, sedangkan rangkaian yang digunakan untuk proses demodulasi disebut demodulator.
Modulasi terbagi menjadi dua bagian yaitu modulasi sinyal analog dan modulasi sinyal digital.

2.2  Modulasi Analog
Modulasi analog adalah proses pengiriman sinyal data yang masih berupa sinyal analog atau berbentuk sinusoidal. Adapun yang termasuk kedalam modulasi analog adalah sebagai berikut:

1.      Amplitude Modulation (AM)
Amplitude Modulation (AM) adalah modulasi yang paling sederhana. Gelombang pembawa (carrier wave) diubah amplitudonya sesuai dengan signal informasi yang akan dikirimkan. Modulasi ini disebut juga linear modulation, artinya bahwa pergeseran frekuensinya bersifat linier mengikuti signal informasi yang akan ditransmisikan.

2.      Frequency Modulation (FM)
Frequency Modulation (FM) adalah nilai frekuensi dari gelombang pembawa (carrier wave) diubah-ubah menurut besarnya amplitudo dari sinyal informasi. Karena noise pada umumnya terjadi dalam bentuk perubahan amplitudo, FM lebih tahan terhadap noise dibandingkan dengan AM.

3.      Phase Modulation (PM)
Phase Modulation (PM) adalah proses modulasi yang mengubah fasa sinyal pembawa sesuai dengan sinyal pemodulasi atau sinyal pemodulasinya. Sehingga dalam modulasi PM amplitudo dan frekuensi yang dimiliki sinyal pembawa tetap, tetapi fasa sinyal pembawa berubah sesuai dengan informasi.
Adapun bentuk dari sinyal modulasi analog adalah sebagai berikut :
Gambar 2.1 Bentuk sinyal modulasi analog.



2.3  Modulasi Digital
Modulasi  digital  adalah    teknik  pengkodean  sinyal  dari  sinyal  analog  ke dalam sinyal digital (bit-bit pengkodean). Pada teknik ini, sinyal informasi digital yang  akan  dikirimkan  dipakai  untuk  mengubah  frekuensi  dari  sinyal  pembawa. Dalam  komunikasi  digital,  sinyal  informasi  dinyatakan  dalam  bentuk  digital berupa biner ”1” dan ”0”, sedangkan gelombang pembawa berbentuk sinusoidal yang termodulasi disebut juga modulasi digital.  Adapun yang termasuk kedalam modulasi digital adalah sebagai berikut:

1.      Amplitude Shift Keying (ASK)
Modulasi digital  Amplitude Shift Keying  (ASK) adalah pengiriman sinyal digital berdasarkan  pergeseran amplitudo.  Sistem modulasi ini merupakan sistem modulasi yang menyatakan sinyal digital 1 sebagai suatu nilai tegangan dan sinyal digital  0  sebagai  suatu  nilai  tegangan  yang  bernilai  0  volt.  Sehingga  dapat diketahui  bahwa  didalam  sistem  modulasi  ASK,  kemunculan  frekuensi gelombang  pembawa  tergantung  pada  ada  tidaknya  sinyal  informasi  digital. Adapun bentuk dari sinyal  modulasi digital Amplitude Shift Keying (ASK)  adalah sebagai berikut:
Gambar 2.2 Sinyal modulasi digital Amplitude Shift Keying (ASK).

2.      Frequency Shift Keying (FSK)
Modulasi  digital  Frequency  Shift  Keying  (FSK)  merupakan  sejenis Frequency  Modulation  (FM),  dimana  sinyal  pemodulasinya  (sinyal  digital) menggeser  outputnya  antara  dua  frekuensi  yang  telah  ditentukan  sebelumnya, yang biasa diistilahkan frekuensi  mark  dan  space.  Modulasi digital dengan FSK
juga   menggeser  frekuensi  carrier  menjadi  beberapa  frekuensi  yang  berbeda didalam   band-nya  sesuai  dengan  keadaan  digit  yang  dilewatkannya.  Jenis modulasi  ini  tidak  mengubah  amplitudo  dari  signal  carrier  yang  berubah  hanya frekuensi.
Teknik FSK banyak digunakan untuk informasi pengiriman jarak jauh atau
teletype. Standar FSK untuk  teletype  sudah dikembangkan selama bertahun-tahun, yaitu  untuk  frekuensi  1270  Hz  merepresentasikan  mark  atau  1,  dan  1070  Hz merepresentasikan  space  atau  0.  Adapun  bentuk  dari  sinyal  modulasi  digital Frequency Shift Keying (FSK) adalah sebagai berikut:
Gambar 2.3 Sinyal modulasi digital Frequency Shift Keying (FSK).

3.      Phase Shift Keying (PSK)
Modulasi  digital  Phase  Shift  Keying  (PSK)  merupakan  modulasi  yang menyatakan  pengiriman  sinyal  digital  berdasarkan  pergeseran  fasa.  Biner  0 diwakilkan dengan mengirim suatu sinyal dengan fasa yang sama terhadap sinyal yang dikirim sebelumnya dan biner 1 diwakilkan dengan mengirim suatu sinyal dengan  fasa  berlawanan  dengan  sinyal  dengan  sinyal  yang  dikirim  sebelumnya. Dalam  proses  modulasi  ini,  fasa  dari  frekuensi  gelombang  pembawa  berubahubah sesuai dengan perubahan status sinyal informasi digital.  Adapun bentuk dari sinyal modulasi digital Phase Shift Keying (PSK) adalah sebagai berikut: 



Gambar 2.4 Sinyal modulasi digital Phase Shift Keying (PSK).

Namun untuk cara kerja sistem dari  perancangan alat  lebih dititik beratkan pada modulasi digital Frequency Shift Keying (FSK).



BAB III
PEMBAHASAN

Frequency shift keying (FSK) merupakan sistem modulasi digital yang relatif sederhana, dengan kinerja yang kurang begitu bagus dibandingkan sistem PSK atau QAM. FSK biner adalah sebuah bentuk modulasi sudut dengan envelope konstan yang mirip dengan FM konvensional, kecuali bahwa dalam modulasi FSK, sinyal pemodulasi berupa aliran pulsa biner yang bervariasi diantara dua level tegangan diskrit sehingga berbeda dengan bentuk perubahan yang kontinyu pada gelombang analog. Ekpresi yang umum untuk sebuah sinyal FSK biner adalah:




Dari  persamaan  diatas  dapat  dilihat  bahwa  dengan  FSK  biner  amplitudo  carrier  Vc  tetap konstandengan  adanya  modulasi.  Bilamana,  output  frekuensi  carrier   (wc)  akan  berges er dengan  suatu nilaisebanding + Dw/2 radian. Pergeseran  frekuensi (Dw/2) adalah  sebanding dengan  amplitudo  dan  polaritas  pada  sinyal  input  biner.  Sebagai  contoh,  sebuah  biner  satu akan  bernilai  +1  volt  dan  sebuah  biner  nol  akan  bernilai  –1  volt  yang  menghasilkan pergeseran  frekuensi  pada  +Dw/2  dan  -Dw/2. Sebagai  tambahan,  laju  pada  pergeseran frekuensi adalah  sebanding dengan  setengah  laju  perubahan  sinyal  input biner  fm(t) (yaitu bit rate input). Sehingga deviasi (pergeseran) sinyal output carrier  diantara wc + Dw/2 dan wc - Dw/2 pada laju senilai fm.

3.1     Modulator FSK ( Pemancar Binary FSK)
Dengan FSK biner,pada frekuensi carrier tergeser (terdeviasi) oleh input data biner.Sebagai konsekuensinya,  output  pada   suatu  modulator  FSK  biner  adalah  suatu  fungsi  step  pada domainfrekuensi.  Sesuai  perubahan  sinyal  input  biner  dari  suatu  logic  0  ke  logic  1,  dan sebaliknya, output FSKbergeser diantara dua frekuensi: suatu  „‟mark‟‟  frekuensi atau logic 1 dan suatu  “space” frekuensi atau logic 0.Dengan FSK biner, ada suatu perubahan frekuensi output setiap adanya perubahan kondisi logic padasinyal input. Sebagai konsekuensinya, laju perubahan output adalah sebanding dengan laju perubahan input.Dalam modulasi digital, laju perubahan input pada modulator disebut bit rate dan memiliki satuan  bit per second (bps). Laju perubahan pada output modulator disebut baud  atau baud rate dan sebandingdengan keterkaitan waktu pada satu elemen sinyal output. Esensinya, baud adalah kecepatan simbol perdetik. Dalam  FSK  biner,  laju  input dan  laju output adalah sama; se hingga,  bit rate dan baud rate adalahsama. Suatu FSK biner secara sederhana diberikan seperti Gambar (3.1).
Gambar 3.1 Pemancar FSK Biner

3.2     Pertimbangan bandwidth pada FSK
Sebagaimana  system  komunikasi  slektronik  yang  lain,  bandwidth  merupakan  hal  penting dalammerancang  sebuah  pemancar  FSK.  Sistem  ini  memiliki  kesamaan  dengan  system modulasi  FM  analog. Gambar  (3.2)  memberikan  ilustrasi  sebuah  diagram  blok  pemancar FSK.
Gambar 3.2 Hubungan input dan output pada modulator FSK

Pada  Gambar  (3.2)  menunjukkan  sebuah  modulator  FSK  biner,  yang  mana  memiliki kemiripan  dengan  modulator  FM,  dan  ini  seringkali  berupa  VCO  (voltage  controlled oscillator). Input rate tercepat  ada pada perubahan anngka 1/0 secara  beruntun,  yang dalam hal  ini  digambarkan  sebagai  bentuk  gelombang  persegi. Sebagai  konsekuensinuya,  hanya frekuensi  fundament al  yang  dipakai  sebagai  acuan.Saat  ini  terjadi  nilai  frekuensi  modulasi tertinggi sebanding dengan set engah input rate.
Frekuensi  rest  pada  VCO  dipilih  sedemikian  hingga  ini  j  atuh  tepat  ditengah  diantara frekuensimark  dan  space.  Sebuah  kondisi  logika  1  mengg eser  VCO  dari  kondisi  frekuensi rest menjadi frekuensi  mark,dan logika 0 menggeser frekuensi VCO dari rest menjadi space.
Sebagai konsekuensinyaperubahan keadaan input 1/0 secara berurutan menyebabkan deviasi frekuensi dari mark ke space.Dalam  modulator  FSK  biner,  Df  merupakan  puncak  deviasi  frekuensi  pada  carrier  dan nilainya  sebanding  dengan  besarnya  beda  frekuensi  ant ara   mark  dan  rest  .  Nilai  ini sebanding  dengan  setengahbeda  antara  mark  dan   space.  Puncak  dari  deviasi  frekuensi tergantung dari amplitudo sinyal pemodulasi.
Dalam sinyal digital biner, semua logika 1 memiliki level tegangan yang sama, demikian pula halnya  dengan  semua  loghika  0.  Sebagai  konsekuensinya   pada  system  FSK  memiliki frekuensi deviasi yang konstan dan selalu pada nilai maksimum.

Gambar 3.3 Gambaran frekuensi pada FSK

Output pada modulator FSK dikaitkan dengan input biner dapat ditunjukkan dengan Gambar (3.3). Disini logika 0 berkaitan dengan frekuensi space (fs) , dan logika 1 berkaitan dengan frekuensi  mark(fm).  Sedangkan  frekuensi  carrier  dinyatakan  sebagai  fs.  Frekuensi  deviasi sinyatakan dengan hubungan  berikut ini:

Dimana tb merupakan waktu untuk satu bit dalam satuan detik, sedangkan besarnya fm dan fs dinyatakan sebagai: