SINYAL RADIO FREKUENSI DAN TEKNIK PEMODULASIAN (AM, FM, ASK, PSK, &CDMA)

    Sinyal RF adalah arus bolak-balik (AC) yang terus berubah antara tegangan positif dan negatif. Osilasi, atau siklus, dari arus bolak-balik ini didefinisikan sebagai satu perubahan dari atas ke bawah untuk, atau sebagai perubahan dari positif ke negatif ke positif.

    Panjang gelombang A adalah jarak antara dua puncak berurutan (puncak) atau dua palung berturut-turut (lembah) dari pola gelombang, seperti yang digambarkan dalam Gambar. Dengan kata sederhana, panjang gelombang adalah jarak yang satu siklus dari sinyal RF sebenarnya perjalanan.

    Hal ini sangat penting untuk memahami bahwa ada hubungan terbalik antara panjang gelombang dan frekuensi . Tiga komponen dari hubungan terbalik ini adalah frekuensi ( f , diukur dalam hertz , atau Hz ) , panjang gelombang λ , diukur dalam meter , atau m ) , dan kecepatan cahaya ( c , yang merupakan nilai konstan 300.000.000 m / detik ) . Rumus referensi berikut menggambarkan hubungan : λ = c / f dan f = c / λ . Penjelasan sederhana adalah bahwa semakin tinggi frekuensi sinyal RF , semakin kecil panjang gelombang dari sinyal itu. Semakin besar panjang gelombang dari sinyal RF , semakin rendah frekuensi sinyal itu. Mayoritas wireless LAN ( WLAN ) kartu radio beroperasi baik rentang frekuensi 2,4 GHz atau kisaran 5 GHz.  Frekuensi yang lebih tinggi akan melemahkan cepat melalui ruang. Hal ini penting untuk seorang insinyur nirkabel untuk mengetahui karena dua alasan . Pertama , jarak cakupan tergantung pada pelemahan melalui udara (disebut path loss sebagai ruang bebas , dibahas kemudian dalam bab ini ) . Kedua , semakin tinggi frekuensi , semakin sedikit sinyal akan menembus penghalang . Sebagai contoh, sinyal 2,4 GHz akan melewati dinding, jendela , dan pintu dengan kekuatan yang lebih besar daripada sinyal 5 GHz . Pikirkan berapa banyak jauh Anda bisa mendengar stasiun AM ( frekuensi yang lebih rendah ) versus stasiun FM ( frekuensi yang lebih tinggi ) 

Pengertian Radio Frekuensi

    Radio Frekuensi (RF) atau Gelombang Radio adalah tingkat osilasi dalam kisaran sekitar 3 kHz sampai 300 GHz, yang sesuai dengan frekuensi gelombang radio, dan arus bolak-balik yang membawa sinyal radio.

RF merupakan unit pengukuran frekuensi gelombang, dan sesuai dengan satu siklus per detik. Gelombang elektromagnetik di daerah spektrum, dapat ditransmisikan dengan menggunakan generator arus bolak-balik yang disebabkan oleh satelit.

Gelombang radio ini merupakan jenis radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang yang lebih besar (dan lebih jarang) dibandingkan radiasi inframerah. Seperti semua gelombang elektromagnetik lainnya bergerak dengan kecepatan cahaya dalam ruang hampa. Gelombang tersebut dapat dihasilkan secara alami oleh petir atau oleh benda-benda astronomi lainnya.

Gelombang radio dapat dihasilkan untuk radio amatir, penyiaran (radio dan televisi), telepon selular, radar dan sistem navigasi lainnya, komunikasi satelit, jaringan komputer dan aplikasi lain yang tak terhitung lainnya.

Gelombang elektromagnetik juga disebut gelombang radio dan dikenal sebagai frekuensi radio atau gelombang radio sederhana. Gelombang radio dapat dihasilkan arus listrik yang bervariasi dengan cepat (yaitu, frekuensi tinggi arus listrik) dalam konduktor (seperti antena).

Dari sudut pandang fisika, kurang dari membuat gelombang RF tak terlihat oleh mata manusia.

Frekuensi gelombang ditentukan oleh osilasi atau siklus per detik. Satu siklus adalah salah satu hertz (Hz), 1.000 siklus adalah 1 kilohertz (KHz), 1 juta siklus adalah 1 megahertz (MHz), dan 1 milyar siklus adalah 1 gigahertz (GHz). Sebuah stasiun radio pada dial / saluran AM pada 980, misalnya, siaran tersebut menggunakan sinyal yang berosilasi 980.000 kali per detik, atau memiliki frekuensi 980 KHz.

Sedangkan Sebuah stasiun radio dengan di bawah dial pada 710 maka siaran tersebut menggunakan sinyal yang berosilasi 710.000 kali per detik, atau memiliki frekuensi 710 KHz.

Band RF dapat ditemui dengan saluran televisi VHF (frekuensi sangat tinggi), yang digunakan oleh stasiun radio dan televisi 2-13, dan UHF (Ultra High Frequency), yang digunakan oleh stasiun televisi lainnya, ponsel dan radio dua arah.Frekuensi sangat rendah (ELF) radio menempati salah satu ujung yaitu sekitar 3-30 Hz, dan frekuensi sangat tinggi (EHF) di lainnya, mewakili 30-300 GHz.

Bahkan Oven Microwave menggunakan gelombang RF untuk memasak makanan, tapi gelombang ini berada di pita frekuensi super tinggi atau SHF. Setelah spektrum elektromagnetik dalam frekuensi yang lebih tinggi, orang menemukan gelombang inframerah, dan cahaya tampak.

Jenis gelombang radio, diantaranya :

Nama		Frekuensi	Panjang Gelombang
Very Low Frequency	VLF	<30 kHz	>10 km
Low Frequency	LF	30 – 300 kHz	1 – 10 km
Medium Frequency	MF	300 – 3000 kHz	100 – 1000 km
High Frequency	HF	3 – 30 MHz	10 – 100 m
Very High Frequency	VHF	30 – 300 MHz	1 – 10 m
Ultra High Frequency	UHF	300 – 3000 MHz	10 – 100 cm
Super High Frequency	SHF	3 – 30 GHz	1 – 10 cm
Extremely High Frequen	EHF	30 – 300 GHz	1 – 10 mm

 Sinyal Radio Frekuensi

Sinyal RF merupakan gelombang elektromagnetik yang digunakan oleh sistem komunikasi untuk mengirim informasi melalui udara dari satu titik ke titik lain. Sinyal RF telah digunakan selama beberapa tahun. Sinyal tersebut memberikan cara untuk mengirimkan musik pada radio FM dan video pada televisi. Pada kenyataannya, sinyal RF juga merupakan sarana umum untuk mengirim data melalui jaringan wireless.

Sifat-sifat sinyal RF

Sinyal RF merambat di antara antena pemancar pengirim dan penerima. Seperti yang diilustrasikan Gambar 2.8, sinyal yang dipasok pada antena memiliki amplitudo, frekuensi, dan interval. Sifat-sifat tersebut berubah-ubah setiap saat untuk merepresentasikan informasi.Sifat-Sifat Sinyal RF :

Amplitudo mengindikasikan kekuatan sinyal. Ukuran untuk amplitudo biasanya berupa energi yang dianalogikan dengan jumlah usaha yang digunakan seseorang pada waktu mengendarai sepeda untuk mencapai jarak tertentu. Energi, dalam konteks sinyal elektromagnetik, menggambarkan jumlah energi yang diperlukan untuk mendorong sinyal pada jarak tertentu. Saat energi meningkat, jaraknya pun juga bertambah.

Saat sinyal radio merambat melalui udara, sinyal tersebut kehilangan amplitudo. Jika jarak antara pengirim dan penerima bertambah, amplitudo sinyal menurun secara eksponensial. Pada lingkungan yang terbuka, di mana tidak ada rintangan, sinyal RF mengalamai apa yang disebut para engineer sebagai free-space loss yang merupakan bentuk dari pelemahan. Kondisi tersebut menyebabkan sinyal yang telah dimodulasi melemah secara eksponensial saat sinyal merambat semakin jauh dari antena. Oleh karena itu, sinyal harus memiliki cukup energi untuk mencapai jarak di mana tingkat sinyal bisa diterima sesuai yang dibutuhkan receiver. Kemampuan receiver dalam menerima sinyal tergantung pada kehadiran sinyal-sinyal RF lain yang berada di dekatnya. Frekuensi menyatakan beberapa kali sinyal berulang setiap detiknya. Satuan frekuensi adalah Hertz (Hz) yang merupakan jumlah siklus yang muncul setiap detik. Sebagai contoh, LAN nirkabel 802.11 beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz yang berarti mencakup 2.400.000.000 siklus per detik. Interval berkaitan dengan seberapa jauh suatu sinyal tetap konstan pada titik acuan.

  Karakter Radio Frekuensi

• Frekuensi

Frekuensi adalah jumlah siklus per detik dari sebuah arus bulak balik. Unit yang digunakan untuk frekuensi adalah Hertz, di singkat Hz. Satu (1) Hz adalah frekuensi dimana sebuah arus bulak balik menyelesaikan satu siklus dalam satu detik.

Kita mengenal beberapa besaran lain dari frekuensi, yaitu:

Kilohertz (kHz) ribu siklus

Megahertz (MHz) juta siklus

Gigahertz (GHz) milyard siklus

Terahertz (THz) ribu milyar siklus

• Panjang gelombang

Panjang gelombang adalah jarak antar dua titik identik dalam sebuah siklus. Dalam frekuensi radio, panjang gelombang biasanya dalam meter, centimeter atau milimeter.

Panjang gelombang tergantung pada ketinggian frekuensi. Semakin tinggi frekuensi, semakin pendek gelombangnya. Pada frekuensi 2.4GHz atau 2400MHz panjang gelombang sekitar 12.5cm. Panjang gelombang dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

Panjang Gelombang (meter) = 300 / Frekuensi (MHz)

Angka 300 datang dari kecepatan cahaya, karena sinyal radio di udara bergerak pada kecepatan cahaya. Kecepatan gelombang radio akan berbeda sedikit di metal.

Panjang gelombang sangat penting untuk di resapi terutama pada saat kita menginstalasi antenna. Untuk memperoleh radiasi sinyal radio yang optimal, sebaiknya antenna harus di install minimal 10 panjang gelombang jauh-nya dari permukaan yang dapat memantulkan sinyal radio. Untuk frekuensi 2.4GHz, permukaan yang dapat memantulkan harus berada pada jarak lebih jauh dari 1.2 meter.

1. Amplitudo merupakan ukuran tinggi rendahnya tegangan dari sinyal analog.
2. Phase adalah besar sudut dari sinyal analog pada saat tertentu.
3. Daya Pemancar

Semua radio akan mempunyai daya pancar tertentu. Daya pancar ini menentukan energi yang ada sepanjang lebar bandwidth tertentu. Biasanya di ukur dengan salah satu satuan berikut:

dBm – daya relative terhadap satu (1) milliwatt

W – daya linier sebagai Watts

Hubungan antara dBm dan Watts dapat dihitung melalui persamaan berikut:

Daya (dBm) = 10 x log[Daya

/ 0.001W]

Daya

= 0.001 x 10^[Daya (dBm) / 10 dBm]

Di dunia amatir radio, pemancar sering di sebut sebagai Tx, Daya pemancar sering di sebut sebagai “Tx Power”. Di Indonesia, secara peraturan kita dibatasi untuk menggunakan maksimum TX power 100mW (20 dBm). Jika anda melanggar hal ini, maka anda akan di ancam oleh undang-undang telekomunikasi sebagai merusak system telekomunikasi dengan ancaman denda Rp. 600 juta dan atau penjara 6 tahun.

Rx adalah kependekan dari “Receive” atau penerima. Semua radio mempunyai titik minimal, dimana jika sinyal yang diterima lebih rendah dari titik minimal tersebut maka data yang dikirim tidak dapat di terima. Titik minimal sensitifitas RX didefinisikan dalam dBm atau W. Bagi sebagian besar radio, sensitifitas RX di definisikan sebagai level dari Bit Error Rate (BER). Biasanya kita mengunakan standard Bit Error Rate (BER) sama dengan 10^-5 (99.999%).f.       Sensitivitas Penerima Radio

Pada peralatan WiFi, sensitifitas penerima ini biasanya dalam range -79 sampai -80-an dBm. Biasanya sinyal yang di terima lebih tinggi dari sensitifitas penerima dan akan berubah-ubah tergantung pada banyak factor.

Noise / derau harus jauh lebih rendah dari sensitifitas penerima. Para peralatan WiFi, noise / derau biasanya sekitar -90 sampai -96 dBm. Noise di definisikan sebagai sinyal yang tidak kita inginkan yang di terima oleh pesawat penerima kita.

Amplitudo Modulation (AM)

Modulasi ini memperguanakan amplitudo sinyal analog untuk membedakan kedua keadaan sinyal digital. Pada AM, frekuensi dan phase sinyal adalah tetap, yang berubah-ubah adalah amplitudonya.

Amplitude modulation adalah cara modulasi yang paling mudah tetapi mudah dipengaruhi oleh keadaaan media transmisinya.

       Kelebihan dan Kekurangan AM

             Kekurangan :    

• Dapat terganggu oleh gangguan Atmosfir 
• Daya yang dibutuhkan lebih besar dibandingkan FM.

          Kelebihan :

• Memiliki Range jangkauan yang luas karena sinyal AM mampu dipantulkan pada lapisan udara   teratas yaitu IONOSFER. 
• Lebih mudah dimodulasi karena lebih sederhana.

Modulasi ini mempergunakan frekuensi dari sinyal analog untuk membedakan keadaan sinyal digital. Pada FM amplitudo dan phase-nya tetap sedang yang berubah-ubah adalah frekuensinya. Jadi keadaan sinyal digital dibedakan atas besar kecilnya frekuensi sinyal analog. Kembali terlihat keuntungan pengiriman sinyal analog yang berada dari sinyal digital, karena penerima cukup mencari dua perbedaan frekuensi untuk memperoleh hasilnya. Cara modulasi ini lebih sukar dari AM, tetapi juga tidak terlalu mudah dipengaruhi oleh keadaan media transmisinya.

Kecepatan transmisi dapat sampai dengan 1200 bit per sekon. Untuk transmisi data system yang umum dipakai FSK (frequency shift keying). Dengan system ini pembawa misalnya 1700 hz diubah menjadi 2200 hz bilamana bilangan biner “0” akan dikirim atau 1200 hz bilamana biner “1” akan dikirim sedangkan amplitudo pembawa tetap. Cara modulasi ini lebih sukar dari AM tetapi juga tidak terlalu mudah dipengaruhi oleh keadaan media transmisinya. 

Modulation ini menggunakan perbedaan sudut fasa dari sinyal analog untuk membedakan kedua keadaan sinyal digital. Pada cara modulasi ini amplitudo dan frekuensinya tetap, sedang phasa-nya yang berubah-ubah.

Cara modulasi ini yang paling baik tetapi juga paling sukar.  Biasanya dipergunakan untuk pengiriman data dalam jumlah yang banyak dan dalam kecepatan yang tinggi.

Kelebihan dan kekurangan
     Kelebihan : 

•  Lebih tahan noise (gangguan atmosfir) karena frekuensi 88 – 108 Mhz jarang terkena noise seperti   itu.D
•  Daya yang dibutuhkan lebih kecil dibandingkan AM. B
•  Bandwith lebih lebar dibandingkan AM memungkinkan transmisi stereo.

      Kekurangan :

•      Lebih rumit dibandingkan AMP
•       Phase Modulation (PM)

Kelebihan dari frequency modulation adalah:

1. Modulasi frekuensi memerlukan bandwidth yang lebih lebar daripada modulasi amplitudo.
2. FM lebih tahan terhadap gangguan sehingga di pilih untuk sebagai modulasi standart untuk frekuensi tinggi.
3. Noise lebih kecil (kualitas lebih baik)
4. Daya yang dibutuhkan lebih kecil

Perbedaan sinyal AM dan FM

HAL	AM	FM
Asal	Metode transmisi Audio AM pertama kali berhasil dilakukan pada tahun 1870-an pertengahan.		FM radio dikembangkan di negara-negara Amerika , terutama oleh Edwin Amstrong pada 1930-an
Perbedaan Modulasi	Pada AM, gelombang radio yang dikenal sebagai  “pembawa”  atau “gelombang pembawa”  dimodulasi pada amplitudonya oleh sinyal yang akan ditransmisikan		Pada FM , gelombang radio yang dikenal sebagai  “pembawa”  atau “gelombang pembawa”  dimodulasi pada  frekuensinya oleh sinyal yang akan ditransmisikan
Noise	Rentan terhadap noise karena  jangkauan sinyal AM  terlalu luas sehingga dapat mudah terganggu oleh gangguan atmosfir.		Lebih tahan noise daripada AM, karena  Jangkuan sinyal FM lebih rendah daripada sinyal AM sehingga relatif bebas dari gangguan baik atmosfir maupun interferensi yang tidak diharapkan.
Bandwith	Bandwidth yang sempit  membatasi kualitas suara yang dapat dipancarkan, sehingga kualitas suara yang dihasilkan kurang baik.		Saluran siaran FM memiliki  lebar pita yang lebih banyak dari saluran siaran AM, sehingga kualitas suara yang dihasilkan lebih baik dari AM.
Fidelitas	Rendah		Tinggi
Rentang	AM radio berkisar 535-1705 kilohertz dengan kecepatan transmisi 1200 bits per detik		FM radio berkisar dalam spektrum yang lebih tinggi 88-108 Megahertz dengan kecepatan transmisi 1200-2400 bits per detik
Frekuensi	Menggunakan  MF-HF		Menggunakan  VHF-UHF

Amplitude Shift Keying (ASK)

Amplitude Shift Keying Amplitude Shift Keying (ASK) atau pengiriman sinyal berdasarkan pergeseran amplitude, merupakan suatu metoda 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 (FSK)

  Frequncy Shift Keying Frequency Shift Keying (FSK) atau pengiriman sinyal melalui penggeseran frekuensi. Metoda 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 disini 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 (PSK)

Phase Shift Keying Phase Shift Keying (PSK) atau pengiriman sinyal melalui pergeseran fase. Metoda 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 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 dimana 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.

Code DivisionMultiple Access(CDMA)

CDMA adalah teknologi terbaru untuk multiple access. CDMA tidak membagi sekumpulan frekuensi yang digunakan menjadi beberapa kanal. CDMA memberikan kode unikuntuk setiap sinyal dan kemudian mengkombinasikan semua sinyal menjadi satu kanal besar.

CDMA dikenal sebagai teknologi wireless phone 3G oleh karena sangat efisien dalam pemakaian bandwidth dan juga sangat rahasia oleh karena komunikasidi enkodekan secara unik.