Modulasi

**Modulasi sinyal** atau **modulasi** adalah proses perubahan suatu gelombang periodik menjadi suatu sinyal yang mampu membawa suatu informasi. 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 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 kontinu, yang membawa informasi dengan mengubah karakteristik gelombangnya. Sinyal analog bekerja dengan mentransmisikan suara dan gambar dalam bentuk gelombang kontinu (*continuous varying*). Dua parameter atau 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, jangkauan transmisi data dapat mencapai jarak yang jauh. Akan tetapi, sinyal ini mudah terpengaruh oleh *noise*.

Gelombang pada sinyal analog yang umumnya berbentuk gelombang sinus memiliki tiga variabel dasar, yaitu amplitudo, frekuensi dan fasa.
* Amplitudo merupakan ukuran tinggi rendahnya tegangan dari sinyal analog.
* Frekuensi adalah jumlah gelombang sinyal analog dalam satuan detik.
* Fasa adalah besar sudut dari sinyal analog pada saat tertentu.

Sinyal digital merupakan hasil teknologi yang dapat mengubah sinyal menjadi kombinasi urutan bilangan 0 dan 1 (disebut juga dengan biner), sehingga tidak mudah terpengaruh oleh derau. Proses informasinya pun mudah, cepat, dan akurat, akan 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 biasa disebut dengan bit. Bit merupakan istilah khas pada sinyal digital. Sebuah bit dapat berupa nol (0) atau satu (1). Kemungkinan nilai untuk sebuah bit adalah 2 buah (2^1). Kemungkinan nilai untuk 2 bit adalah sebanyak 4 (2^2), berupa 00, 01, 10, dan 11. Secara umum, jumlah kemungkinan nilai yang terbentuk oleh kombinasi n bit adalah sebesar 2^n buah.

System digital merupakan bentuk sampling dari sistem analog. digital pada dasarnya di-*encode* ke dalam bentuk biner atau hexadesimal. besarnya nilai suatu system digital dibatasi oleh lebarnya / jumlah bit (bandwidth). jumlah bit juga sangat memengaruhi nilai akurasi sistem digital.

Sinyal digital ini memiliki berbagai keistimewaan yang unik yang tidak dapat ditemukan pada teknologi analog yaitu:
* Mampu mengirimkan informasi dengan kecepatan cahaya.
* Penggunaan yang berulang-ulang terhadap informasi tidak memengaruhi kualitas dan kuantitas informasi itu sendiri.
* Informasi dapat dengan mudah diproses dan dimodifikasi ke dalam berbagai bentuk.
* Dapat memroses informasi dalam jumlah yang sangat besar dan mengirimnya secara interaktif.(wikipedia)

Pengolahan sinyal digital memerlukan komponen-komponen digital, *register*, *counter*, *decoder*, mikroprosesor, mikrokontroler, dan sebagainya.

Saat ini pengolahan sinyal banyak dilakukan secara digital, karena kelebihannya antara lain:
# untuk menyimpan hasil pengolahan, sinyal digital lebih mudah dibandingkan sinyal analog. Untuk menyimpan sinyal digital dapat menggunakan media digital seperti CD, DVD, *Flash Disk*, *Hardisk*. Sedangkan media penyimpanan sinyal analog adalah pita tape magnetik;
# lebih kebal terhadap noise karena bekerja pada level '0' dan '1';
# lebih kebal terhadap perubahan temperatur; dan
# lebih mudah pemrosesannya.




• Amplitude Shift Keying (ASK): Memvariasikan amplitudo sinyal pembawa untuk merepresentasikan data. Sederhana dan hemat energi, tetapi rentan terhadap derau. Digunakan dalam RFID dan jaringan sensor.

• Frequency Shift Keying (FSK): Mengubah frekuensi sinyal pembawa untuk mengodekan informasi. FSK tahan terhadap derau, sederhana dalam implementasi, serta sering digunakan dalam sistem telemetri dan *paging*.

• Phase Shift Keying (PSK): Memodifikasi fase sinyal pembawa berdasarkan data. Bentuk umum meliputi Binary PSK (BPSK) dan Quadrature PSK (QPSK), yang digunakan dalam jaringan Wi-Fi, Bluetooth, dan seluler. Menawarkan efisiensi spektral yang baik dan ketahanan terhadap interferensi.

• Quadrature Amplitude Modulation (QAM): Memvariasikan amplitudo dan fase secara simultan untuk mentransmisikan beberapa bit per simbol—meningkatkan laju data. Digunakan secara luas dalam sistem Wi-Fi, televisi kabel, dan LTE.[8]

• Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM): Membagi data ke dalam beberapa subpembawa yang berjarak dekat, masing-masing dimodulasi secara terpisah (seringkali dengan QAM atau PSK). Memberikan efisiensi spektral dan ketahanan yang tinggi dalam lingkungan multipath dan banyak digunakan dalam WLAN, LTE, dan WiMAX.[8]

•Teknik canggih lainnya:

•Amplitude Phase Shift Keying (APSK): Menggabungkan fitur PSK dan QAM, terutama digunakan dalam komunikasi satelit untuk meningkatkan efisiensi daya.

•Spread Spectrum (misalnya, DSSS): Menyebarkan energi sinyal ke pita lebar untuk transmisi yang kuat dan probabilitas intersepsi yang rendah.

## Waveform
Dalam elektronika, akustika, dan sebagainya, bentuk gelombang atau waveform dari sebuah sinyal berbentuk grafik sebagai fungsi terhadap waktu.

Dalam elektronika, istilah bentuk gelombang biasanya diterapkan pada tegangan, arus, atau medan elektromagnetik yang berubah secara berkala. Dalam akustik, bentuk gelombang biasanya diterapkan pada suara periodik yang stabil, variasi tekanan di udara atau media lain. Dalam kasus ini, bentuk gelombang merupakan suatu atribut yang tidak tergantung pada frekuensi, amplitudo, atau pergeseran fasa sinyal. Istilah bentuk gelombang juga dapat digunakan untuk sinyal non-periodik, seperti kicauan dan pulsa.

Bentuk gelombang dari sinyal listrik dapat divisualisasikan melalui osiloskop atau perangkat lain yang dapat menangkap dan memplot nilainya pada berbagai waktu, dengan skala yang sesuai dalam sumbu nilai dan waktu. Elektrokardiograf adalah perangkat medis yang digunakan untuk merekam bentuk gelombang sinyal listrik yang terkait dengan detak jantung; hal ini menyatakan bahwa bentuk gelombang memiliki nilai diagnostik yang penting. Generator bentuk gelombang, merupakan alat yang dapat menghasilkan tegangan atau arus periodik dengan salah satu dari beberapa bentuk gelombang, alat ini biasanya digunakan di laboratorium dan bengkel elektronik.

## Gelombang pembawa
Dalam telekomunikasi, gelombang pembawa, sinyal pembawa, atau singkatnya pembawa, adalah bentuk gelombang periodik (biasanya sinusoidal) yang menyampaikan informasi melalui proses yang disebut modulasi. Satu atau lebih sifat gelombang, seperti amplitudo atau frekuensi, dimodifikasi oleh sinyal pembawa informasi, yang disebut sinyal pesan atau sinyal modulasi. Frekuensi pembawa biasanya jauh lebih tinggi daripada frekuensi sinyal pesan karena biasanya tidak praktis untuk mengirimkan sinyal dengan frekuensi rendah karena panjang gelombang yang lebih besar daripada ukuran antena.

Tujuan pembawa biasanya untuk mengirimkan informasi melalui ruang sebagai gelombang elektromagnetik (seperti dalam komunikasi radio), atau untuk memungkinkan beberapa pembawa pada frekuensi yang berbeda berbagi media transmisi fisik yang sama melalui multiplexing pembagian frekuensi (seperti dalam sistem televisi kabel).

## Keying
Keying adalah keluarga bentuk modulasi di mana sinyal modulasi mengambil salah satu dari sejumlah nilai tertentu (yang telah ditentukan) setiap saat. Tujuan keying adalah untuk mengirimkan sinyal digital melalui kanal analog. Namanya berasal dari kunci kode Morse yang digunakan untuk pensinyalan telegraf.

## Sinyal digital
Sinyal digital adalah sinyal yang merepresentasikan data sebagai serangkaian nilai diskrit; pada suatu waktu tertentu, sinyal tersebut hanya dapat mengambil paling banyak satu dari sejumlah nilai yang terbatas. Hal ini berbeda dengan sinyal analog, yang merepresentasikan nilai kontinu; pada suatu waktu tertentu, sinyal tersebut merepresentasikan bilangan riil dalam sekumpulan nilai yang tak terhingga.

## Kode baris

Dalam telekomunikasi, kode baris atau line code adalah pola tegangan, arus, atau foton yang digunakan untuk merepresentasikan data digital yang ditransmisikan melalui kanal komunikasi atau ditulis ke media penyimpanan. Repertoar sinyal ini biasanya disebut kode terkendala dalam sistem penyimpanan data. Beberapa sinyal lebih rentan terhadap kesalahan daripada yang lain karena fisika kanal komunikasi atau media penyimpanan membatasi repertoar sinyal yang dapat digunakan secara andal.

Pengodean baris yang umum adalah kode unipolar, polar, bipolar, dan Manchester.

## Modulasi Analog

Dalam modulasi analog, proses modulasi merupakan respon atas informasi sinyal analog.

Teknik umum yang dipakai dalam modulasi analog:
* Angle Modulation
** Modulasi Fase (Phase Modulation - PM)
** Modulasi Frekuensi (Frequency Modulatio - 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 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

### ''Amplitude Shift Keying''
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 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.

### ''Frequency Shift Keying''
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 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 di sini 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).

### ''Phase Shift Keying''
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 denganperubahan 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 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 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:

#### 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 di mana bandwidthnya dibatasi.

#### 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. Analisis 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.

## Format pesan modulasi sinyal AIS

Sistem Identifikasi Otomatis atau Automatic Identification System (AIS) adalah sebuah sistem pelacakan otomatis digunakan pada kapal dan dengan pelayanan lalu lintas kapal (VTS) untuk mengidentifikasi dan menemukan kapal oleh elektronik pertukaran data dengan kapal lain di dekatnya, BTS AIS, dan satelit.

Slot AIS memiliki panjang 26,66 ms. Modulasi datanya adalah 9600 bit/dtk, sehingga setiap slot memiliki kapasitas maksimum 256 bit. Pembingkaiannya berasal dari standar HDLC, yang dijelaskan dalam ISO/IEC 13239:2002.

Setiap slot disusun sebagai berikut:
` <8 bit ramp up><24 bit preamble><8 bit start flag><168 bit payload><16 bit CRC><8 bit stop flag><24 bit buffer>`

* Preamble 24 bit: ini adalah urutan 0101...
* Start flag: 0x7e
* Payload 168 bit, ini adalah isi pesan AIS. Untuk pesan yang membutuhkan lebih banyak data, beberapa slot (Maksimal 5) harus digunakan. * 16-bit CRC-16-CCITT: Polinomial 16-bit untuk menghitung checksum.
* Stop flag: 0x7e
* Buffer 24-bit digunakan untuk bit stuffing, jitter sinkronisasi, dan penundaan jarak.

Perhatikan bahwa sinyal pada pembawa VHF dikodekan NRZI dan menggunakan bit-stuffing untuk menghindari stop-flag yang tidak disengaja yang mungkin terjadi pada data. Oleh karena itu, bit mentah harus didekode terlebih dahulu, dan bit stuffing harus dihilangkan, untuk mendapatkan format pesan yang sebenarnya dapat digunakan seperti yang dijelaskan di atas.

## Lihat pula
* Gelombang pembawa
* Telekomunikasi
* Frekuensi
* Decoder
* Encoder
* Tautan data
* Tautan data taktis
* Automatic Identification System, sistem konseptual pelacakan otomatis digunakan pada kapal dan dengan pelayanan lalu lintas kapal (VTS) untuk mengidentifikasi dan menemukan kapal oleh elektronik pertukaran data dengan kapal lain di dekatnya, BTS AIS, dan satelit.
* Identification, friend or foe (IFF) sistem identifikasi berbasis radar yang dirancang untuk komando dan kontrol. Sistem ini menggunakan transponder yang menerima mendengarkan sinyal pengirim interogasi dan kemudian mengirimkan respons kepada pengidentifikasi.
* Automatic Dependent Surveillance–Broadcast (ADS-B) adalah konseptual teknologi pengawasan penerbangan dan bentuk kewaspadaan elektronik di mana sebuah pesawat menentukan posisinya melalui navigasi satelit atau sensor lain dan secara berkala menyiarkan posisinya dan data terkait lainnya, yang memungkinkannya dilacak.

## Referensi