PENERAPAN MODULASI OQPSK PADA KOMUNIKASI SATELIT (Application of OQPSK Modulation in Satellite Communication) PDF

Preview

Summary

PENERAPAN MODULASI OQPSK PADA KOMUNIKASI SATELIT (Application of OQPSK Modulation in Satellite Communication) Muhammad Afrizal Ghifari Rasyda (F1B015059) ABSTRAK Komunikasi digital memiliki beberapa jenis modulasi digital, beberapa diantaranya adalah modulasi ASK yang memanfaatkan pergeseran amplitu...

Description

Accelerat ing t he world's research.

PENERAPAN MODULASI OQPSK PADA KOMUNIKASI SATELIT (Application of OQPSK Modulation in Satellite Communication) Afrizal Rasyda

Related papers

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

Kupdf.net modul jaringan nirkabel t kj kelas xii Muhamad Chairul Aziz

BAB I KONSEP DASAR SIST EM KOMUNIKASI RADIO Dhuyut Floop Dasar Sist em Telekomunikasi bhayu anugrah

PENERAPAN MODULASI OQPSK PADA KOMUNIKASI SATELIT (Application of OQPSK Modulation in Satellite Communication) Muhammad Afrizal Ghifari Rasyda (F1B015059) ABSTRAK Komunikasi digital memiliki beberapa jenis modulasi digital, beberapa diantaranya adalah modulasi ASK yang memanfaatkan pergeseran amplitudo, FSK yang memanfaatkan pergeseran frekuensi, dan PSK yang memanfaatkan pergeseran fasa. Terdapat banyak variasi yang muncul dalam perkembangan modulasi PSK: BPSK, QPSK, MPSK, dan lain sebagainya. QPSK sendiri memiliki beberapa variasi, antara lain π/4-QPSK, Differential-QPSK (DQPSK), dan Offset-QPSK (OQPSK). Penerapan dari modulasi OQPSK bisa ditemukan pada sistem komunikasi satelit. Kata Kunci

: Modulasi digital, OQPSK, satelit ABSTRACT

Digital communication has several types of digital modulation, some of which are ASK modulation which utilizes amplitude shifts, FSK modulation that utilize frequency shifts, and PSK modulation that utilize phase shifts. There are many variations in the development of PSK modulation: BPSK, QPSK, MPSK, and so on. QPSK itself has several variations, including π / 4QPSK, Differential-QPSK (DQPSK), and Offset-QPSK (OQPSK). The application of OQPSK modulation can be found in satellite communications systems. Key Words

: Digital modulation, OQPSK, satellite

I. TEORI PSK Phase Shift Keying (PSK) merupakan pengiriman sinyal melalui pergeseran fasa. Metoda 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 carrier berubah-ubah sesuai dengan perubahan status sinyal informasi digital. Sudut fasa harus mempunyai acuan kepada pemancar dan penerima. Akibatnya, sangat diperlukan stabilitas frekuensi pada pesawat penerima. Untuk memperoleh stabilitas pada penerima, kadang-kadang dipakai suatu teknik yang koheren dengan PSK yang berbeda-beda. Hubungan antara dua sudut fasa yang dikirim digunakan untuk memelihara stabilitas. Dalam keadaan seperti ini, fasa yang ada dapat dideteksi bila fasa sebelumnya telah diketahui. Hasil dari perbandingan ini dipakai sebagai referensi. Modulasi PSK menyatakan signal digital 1 sebagai suatu nilai tegangan tertentu dengan beda fasa tertentu pula

(misalnya tegangan 1 volt beda fasa 0 derajat), dan sinyal digital 0 sebagai suatu nilai tegangan tertentu (yang sama dengan nilai tegangan sinyal PSK bernilai 1, misalnya 1 Volt) dengan beda fasa yang berbeda (misalnya 180 derajat). Tentunya pada teknik-teknik yang lebih rumit, Hal ini bisa di modulasi dengan perbedaan fasa yang lebih banyak lagi. Pada sistem modulasi PSK, sinyal gelombang carrier sinusoidal dengan amplitudo dan frekuensi yang dapat digunakan untuk menyatakan sinyal biner “1” dan “0”, tetapi untuk sinyal “0” fasa gelombang carrier tersebut digeser 180 drajat seperti pada gambar di bawah ini: QPSK Quarternary-PSK (QPSK) adalah skema modulasi PSK yang paling sering digunakan karena tidak mengalami pengurangan nilai BER selagi nilai efisiensi bandwidth ditingkatkan. QPSK menggunakan empat titik pada diagram konstelasi, terletak di sekitar suatu lingkaran. Dengan empat tahap, QPSK dapat mendekode dua bit per symbol, dengan sinyal-sinyalnya didefinisikan sebagai berikut;

si(t) = A cos(2πfct + θi) = A cosθi cos(2πfct) – A sinθi sin(2πfct) = si1φ1(t) + si2φ2(t) Dimana : si1 = E1/2 cos θi si2 = E1/2 sin θi φ1(t) = (T/2)1/2 cos 2πfct, 0 ≤ t ≤ T φ2(t) = - (T/2)1/2 cos 2πfct, 0 ≤ t ≤ T Nilai fasa awal dari sinyal adalah π/4, 3π/4, 5π/4, 7π/4. Frekuensi carrier yang digunakan bilangan integer kelipatan dari symbol rate, maka untuk setiap interval sinyal [kT,(k + 1)T], nilai fasa awal sinyal juga adalah salah satu dari empat fasa di atas.

Dibit Fasa θi si1 si2 11 π/4 +(E/2)1/2 +(E/2)1/2 01 3π/4 - (E/2)1/2 +(E/2)1/2 00 -3π/4 - (E/2)1/2 - (E/2)1/2 10 -π/4 +(E/2)1/2 - (E/2)1/2 Tabel (1) Koordinat Sinyal QPSK Bentuk gelombang QPSK dapat dilihat pada gambar (2). Gelombang QPSK memiliki envelope yang konstan dan fasa yang bersifat diskontinu pada batas antar simbolnya, dengan interval antar symbol senilai 2Tb.

Gambar (2) Bentuk Gelombang QPSK

Gambar (1) Diagram konstelasi QPSK Diagram konstelasi sinyal QPSK dapat dilihat pada gambar (1). Pada sistem QPSK, bit data dipisahkan menjadi suatu kelompok yang terdiri dari dua bit data yang disebut dibit. Terdapat empat kemungkinan dibit yaitu 00, 01, 10, dan 11. Setiap titik sinyal pada QPSK digunakan untuk merepresentasikan setiap dibit. Koordinat dari setiap titik sinyal dapat dilihat pada tabel (1) berikut;

Gambar (3) BER QPSK

Modulator QPSK dapat dilihat pada gambar (4). Dapat dilihat bahwa sinyal pada kanal I (In-phase) dan kanal Q (Quadrature) didemodulasi secara terpisah sebagai dua buah sinyal BPSK. Konverter paralel ke serial (P/S) digunakan untuk menggabungkan dua buah sinyal tersebut menjadi satu sinyal.

Gambar (4a) Modulator QPSK

Gambar (5b) Modulator OQPSK Bentuk gelombang dari OQPSK dapat dilihat pada gambar (7). Dapat dilihat bahwa dikarenakan adanya staggering pada kanal I dan kanal Q, sinyal OQPSK memiliki periode simbol T/2. Pada setiap batas simbol, hanya salah satu dari dua bit pada pasangan (Ik, Qk) yang bisa berubah, sehingga perubahan fasa pada batas simbol hanya bisa terjadi sebesar 0o dan ±90o sebagaimana ditunjukan pada gambar (6). Sementara pada sinyal QPSK dengan periode simbol T, kedua bit pada pasangan (Ik, Qk) bisa berubah secara bersamaan sehingga perubahan fasa bisa juga terjadi sebesar 180o.

Gambar (4b) Demodulator QPSK OQPSK Offset-QPSK (OQPSK) pada dasarnya sama dengan QPSK, hanya saja sedikit berbeda pada pulsa gelombang kanal I dan kanal Q. Modulator OQPSK pada gambar (5), dengan modulator QPSK hanya berbeda pada penambahan delay sebesar T/2 detik pada kanal Q. Berdasarkan pada modulator OQPSK tersebut maka persamaan sinyal OQPSK dapat dituliskan sebagai berikut;

Gambar (6a) Perubahan Simbol OQPSK pada diagram konstelasi

s(t) = (A/21/2)I(t)cos(2πfct) - (A/21/2)Q(t-T/2) sin(2πfct) Karena OQPSK berbeda dengan QPSK hanya pada delay di sinyal kanal Q, nilai power spectral density dari OQPSK sama dengan QPSK, begitu juga dengan nilai BER-nya.

Gambar (5a) Modulator OQPSK

Gambar (6b) Perubahan Simbol OQPSK pada bentuk gelombang

Jika dibandingkan dengan QPSK, sinyal OQPSK lebih aman terhadap spectral sidelobe restoration pada transmitter satelit. Pada transmitter satelit, sinyal termodulasi harus difilter dengan bandpass filter untuk menanggulangi standar emisi out-of-band. Filter tersebut mengikis envelope konstan pada QPSK, dan perubahan fasa 180o akan mengakibatkan envelope tersebut sementara menjadi bernilai nol. Ketika sinyal tersbut dikuatkan pada tahap terakhir demodulasi, biasanya dengan highly nonlinear power amplifier, envelope konstan akan kembali seperti semula. Tetapi pada saat yang sama sidelobe juga akan terestorasi. Pada OQPSK, karena sudah tidak terjadi perubahan fasa 180o, restorasi sidelobe menjadi kurang rentan.

stasiun penerima yang terletak di lokasi berbeda di bumi. OQPSK, offset QPSK atau OKQPSK (offset keying QPSK), juga dikenal sebagai SQPSK (Staggered QPSK), adalah salah satu variasi perubahan QPSK. Pada OQPSK, nilai pada kanal I dan kanal Q tidak bisa berubah pada waktu yang bersamaan karena nilai dari kanal Q diberi delay sebesar satu simbol. Karena hal inilah, sinyal OQPSK dapat mengurangi efek distorsi non-linear ketika melewati elemen non-linear. Jadi pada kasus seperti ini, performansi yang lebih baik bisa didapatkan pada jaringan satelit luar angkasa yang bersifat non-linear, lebih baik jika dibandingkan dengan QPSK. Pada sistem OQPSK, sebagaimana telah disebut sebelumnya, nilai maksimal perubahan fasa terbatas hanya sebesar 90o saja. Hal inilah yang menjadi salah satu alasan kenapa OQPSK sangat menguntungkan untuk kanal komunikasi satelit dan banyak digunakan untuk jaringan satelit. Prinsip dasar sistem komunikasi satelit adalah sistem komunikasi radio dengan menggunakan satelit sebagai stasiun pengulang atau repeater. Arsitektur satelit dibedakan menjadi dua, yaitu space segment dan ground segment. Pada space segment, hanya terdapat satelit itu sendiri. Sedangkan, pada ground segment terdapat Stasiun Bumi pengirim dan penerima serta Master Station untuk Telemetry, Tracking, dan Command (TTC). Arsitektur satelit dapat dilihat pada Gambar (8).

Gambar (7) Bentuk Gelombang OQPSK Komunikasi Satelit Salah satu penggunaan/penerapan dari modulasi digital OQPSK dapat ditemukan dalam sistem komunikasi satelit. Satelit komunikasi adalah sebuah satelit buatan yang ditempatkan di angkasa dengan tujuan telekomunikasi menggunakan radio pada frekuensi gelombang mikro. Satelit komunikasi di desain untuk menerima sinyal dari stasiun pengirim di bumi dan mengirimkannya ke

Gambar (8) Arsitektur Satelit Bagian utama dari sistem komunikasi satelit adalah ruas bumi dan ruas angkasa. Ruas bumi terdiri dari beberapa stasiun bumi yang berfungsi sebagai stasiun bumi pengirim dan stasiun bumi penerima. Sedangkan ruas angkasa berupa satelit yang menerima sinyal yang dipancarkan dari stasiun bumi pengirim

kemudian memperkuatnya dan mengirimkan sinyal tersebut ke stasiun bumi penerima. Jalur pada setiap kanal transponder pada satelit dari antenna penerima ke antena pemancar disebut transponder. Transponder merupakan salah satu sub sistem satelit yang berfungsi memperkuat sinyal yang diterima, menggeser frekuensinya, dan memperkuat sinyal yang telah digeser frekuensinya itu kemudian disalurkan ke antena untuk dipancarkan kembali. Selain untuk single carrier, transponder satelit juga digunakan untuk pentransmisian multiple carrier. Pentransmisian ini mempengaruhi daya keluaran transponder. Untuk memberikan daya keluaran yang baik, transponder menggunakan suatu sistem penguatan TWTA (Travelling Wave Tube Amplifier) atau SSPA (Solid State Power Amplifier). Keunggulan Komonikasi Satelit :  Cakupan yang luas. Bisa satu Negara, satu wilayah, satu daerah ataupun satu benua  Bandwith yang tersedia cukup lebar  Independen dari infrastruktur terrestrial  Instalasi jaringan segmen bumi yang cepat  Biaya relative rendah per-site Kelemahan Komunikasi Satelit :  Delay propagasi besar  Rentan terhadap pengaruh atmosfir  Hanya ekonomis jika jumlah user besar dan kapasitas digunakan secara intensif. II. PENGGUNAAN/PENERAPAN Dalam perkembangannya komunikasi satelit banyak diaplikasikan dalam banyak hal, khususnya pada bidang telekomunikasi yang saat ini berkembang pesat. Navigasi GPS (Global Sistem) Berbasis Satelit

Positioning

GPS (Global Positioning Sistem) adalah sistem satelit navigasi dan penentuan posisi menggunakan satelit. Nama formalnya adalah NAVSTAR GPS, kependekan dari “Navigation Satellite Timming and Ranging Global Positioning Sistem”. Sistem yang digunakan oleh banyak orang sekaligus dalam segala cuaca

ini, didesain untuk memberikan posisi dan kecepatan tiga dimensi yang teliti dan juga informasi mengenai waktu, secara kontinyu di seluruh dunia. Pada dasarnya GPS terdiri atas tiga segmen utama, yaitu segmen angkasa (space segment) yang terutama terdiri dari satelit-satelit GPS, segment sistem kontrol (control sistem segment) yang terdiri dari stasiun-stasiun pemonitor dan pengontrol satelit, dan segmen pemakai (user segment) yang terdiri dari pemakai GPS termasuk alat-alat penerima dan pengelola sinyal dan data GPS. GPS bukanlah teknologi baru. Perangkat navigasi ini sudah lama ada. Namun dulu pemanfaatannnya masih sangat terbatas untuk kalangan tertentu. Misalnya para tentara yang memang butuh alat pemandu untuk masuk ke daerahdaerah musuh. GPS juga perangkat yang lazim dipasang di pesawat dan kapal laut. Satuan-satuan dengan tugas khusus juga sudah lama dilengkapi GPS, seperti tim SAR. Telepon Satelit Telepon satelit adalah suatu layanan telekomunikasi berupa telepon tanpa kabel yang menempatkan base transceiver station (BTS) nya di udara sehingga memiliki jangkauan lebih luas dibanding telepon berbasis GSM yang menempatkan BTS-nya di darat. Karena memiliki jangkauan yang luas, telepon satelit dapat digunakan di derah pegunungan, pedalaman hingga di tengah lautan. Berbeda dengan telepon GSM yang jangkauannya terbatas. Telepon satelit tidak menggunakan infrastruktur yang ada di bumi untuk melakukan panggilan. Cara kerja telepon satelit mirip dengan telepon seluler. Yang membedakan adalah telepon seluler memantulkan sinyal panggilan menuju ke sebuah menara pemancar lalu ke telepon tujuan sedangkan telepon satelit memantulkan sinyal panggilan ke satelit di luar angkasa. Selain itu, antena telepon satelit harus berada di tempat yang dapat berkoneksi dengan langit secara langsung tanpa ada penghalang. Penelepon memasukkan nomor telepon yang dituju lalu tekan tanda kirim. Telepon akan memproses untuk menemukan satelit yang paling dekat dengan telepon asal lalu mengirim informasi tersebut.

Satelit yang menerima lalu mengirimkan panggilan ke mesin penerima di tanah yang paling dekat melalui sebuah gateway. Gateway ini mencoba untuk meneruskan panggilan. Apabila panggilan menuju Australia berasal dari Eropa dan gateway tersebut tidak dapat melacak dan meneruskan panggilan melalui jaringan telepon yang ada, gateway akan mengirimkan lagi sinyal tersebut ke satelit terdekat yang akan melanjutkan panggilan hingga mencapai salah satu gateway yang mampu melacak penerima. Hal ini dapat terjadi beberapa waktu tergantung seberapa jauh lokasi penelpon dan penerima. Gateway menerima panggilan yang datang dari satelit dan diterima oleh jaringan penerima. Format panggilan telah diubah sehingga dapat diterima oleh telepon standar atau telepon seluler. Panggilan dari pemanggil ke penerima dapat tersambung apabila perubahan format telah dilakukan dan koneksi terbangun. Televisi Satelit Secara konseptual, Televisi (TV) satelit mempunyai banyak kemiripan dengan siaran TV tanpa berlangganan. Keduanya merupakan sistem tanpa kabel yang mengantarkan program TV secara langsung pada pemirsa TV di rumah. Stasiun TV tanpa berlangganan dan TV satelit memancarkan program dengan sinyal radio. Stasiun penyiaran menggunakan antena berdaya besar untuk memancarkan gelombang radio ke area sekelilingnya. Pemirsa TV dapat menangkap sinyal tersebut dengan antena standar pada umumnya. Keterbatasan utama siaran TV tanpa berlangganan adalah daerah jangkauannya. Sinyal radio memancar dari antenna dalam garis lurus. Maka dalam penerimaan sinyal, antena harus diletakkan dalam garis lurus. Hambatan kecil seperti pepohonan atau gedung kecil tidak mengganggu, tetapi hambatan besar, seperti Bumi, akan memantulkan gelombang radio ini. TV satelit mengatasi masalah jangkauan dan gangguan pemancaran sinyal dari satelit yang mengitari bumi. Satelit berada di angkasa yang tinggi sehingga banyak konsumen yang terjangkau oleh sinyalnya. Sistem satelit TV memancarkan dan menerima sinyal radio menggunakan antena spesifik yang disebut parabola.

Pensinyalan TV satelit menggunakan gelombang mikro (microwave). Microwave adalah gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang mulai dari sepanjang satu meter sampai dengan satu milimeter, atau setara, dengan frekuensi antara 300 MHz (0,3 GHz) dan 300 GHz. Definisi yang luas mencakup UHF dan EHF (gelombang milimeter ), dan berbagai sumber menggunakan batasan yang berbeda. Dalam semua kasus, microwave termasuk band SHF (3 sampai 30 GHz, atau 10 sampai 1 cm), dengan teknik RF sering ditentukan batas bawah pada 1 GHz (30 cm), dan atas sekitar 100 GHz (3mm). Sinyal informasi akan ditumpangkan pada gelombang mikro untuk dipancarkan. Spektrum microwave biasanya didefinisikan sebagai energi elektromagnetik mulai dari kira-kira 1 GHz hingga 100 GHz dalam frekuensi, tetapi penggunaan sebelumnya memasukkan frekuensi yang lebih rendah. Sebagian besar aplikasi umum menggunakan frekuensi mulai 1 sampai 40 GHz. TV satelit umumnya dioperaskan di Ku-band dan C-band, sedangkan S-band banyak digunakan oleh militer. S-Band beroperasi pada frekuensai 2-4 GHz, sedangkan C-Band pada frekuensi 4-8 GHz dan Ku- Band pada frekuensi 12-18 GHz. Indonesia yang beriklim tropis memiliki curah hujan yang cukup tinggi, sehingga siaran di Ku-Band sering terganggu yang menyebabkan siaran sering terganggu ketika mendung atau hujan. III. KENDALA DAN MASALAH Kendala yang muncul ketika menggunakan sistem komunikasi dengan modulasi OQPSK adalah adanya ambiguitas fasa (phase ambiguity) pada carrier yang harus diselesaikan. Pada sisi transmitter, pasangan simbol yang berbeda dimodulasi secara terpisah pada kanal Q. Pada sisi penerima, sinyal pada kanal Q yang sudah digabungkan kembali bisa memiliki satu dari epat fasa yang mungkin, 0°, 90°, 180°, atau 270°. Bagian logika IF pada kanal bisa menjadikan nilai fasa terbalik, misalnya pada pembalikan arah dari perputaran fasa pada pola bit tertentu. Oleh karena itu, terdapat delapan kemungkinan fasa (eight ambiguous phase conditions) antara input dan output demodulator yang harus diselesaikan.

IV. CARA MENYELESAIKAN Dengan adanya kemampuan untak memperbaiki pembalikan fasa kanal I dan kanal Q pada sistem OQPSK dengan envelope konstan dengan sinkronisasi simbol yang terintegrasi, empat kemungkinan fasa dapat dihilangkan, menyisakan empat kemungkinan fasa. Error yang dihasilkan oleh sisa kemungkinan fasa bisa dikoreksi dengan melakukan monitoring dan mendeteksi polaritas dari pasangan simbol. Rangkaian blok diagram sistem koreksi ambiguitas fasa untuk sistem modulasi OQPSK tanpa perubahan arah perputaran fasa dapat dilihat pada gambar (9). Sistem koreksi ambiguitas fasa yang digambarkan terdiri dari inverter, gerbang logika (gate), konverter paralel ke serial (P/S converter), sirkuit flip-flop, korelator Inphase, korelator quadrature, shift register, dan sync generator.

Sementara untuk modulasi OQPSK dangan ambiguitas arah putaran fasa dibutuhkan beberapa komponen tambahan lagi. Rangkaian blok diagram sistem koreksi ambiguitas fasa untuk sistem modulasi OQPSK dengan perubahan arah perputaran fasa dapat dilihat pada gambar (10). Sistem koreksi ambiguitas fasa yang digambarkan terdiri dari inverter, gerbang logika (gate), konverter paralel ke serial (P/S converter), sirkuit flip-flop, gerbang cross-coupling, korelator In-phase, korelator quadrature, shift register, dan decoding matrix.

Gambar (10) Rangkaian blok diagram sistem koreksi ambiguitas fasa untuk sistem modulasi OQPSK dengan perubahan arah perputaran fasa

Gambar (9) Rangkaian blok diagram sistem koreksi ambiguitas fasa untuk sistem modulasi OQPSK tanpa perubahan arah perputaran fasa

Proses koreksi ambiguitas fasa OQPSK dapat disimulasikan dalam matlab, dengan langkah Coarse Frequency Compensation, Fine Frequency Compensation, dan Timing Recovery, sebagaimana berikut:

 Plot Sinyal OQPSK ideal load lrwpanPHYCaptures % load OQPSK signals captured in the 2.4 GHz band spc = 12; % 12 samples per chip; the frame was captured at 12 x chiprate = 12 MHz % Matched filter for captured OQPSK signal: halfSinePulse = sin(0:pi/spc:(spc)*pi/spc); decimationFactor = 3; % reduce spc to 4, for faster processing matchedFilter = dsp.FIRDecimator(decimationFactor, halfSinePulse); filteredOQPSK = matchedFilter(capturedFrame1); % matched filter output



Plot Sinyal Ekuivalen-QPSK ideal

% Plot constellation of ideal QPSKequivalent signal idealQPSK = complex(real(idealOQPSK(1:end-spc/2)), imag(idealOQPSK(spc/2+1:end))); % align I and Q release(constellation); constellation.Name = 'Ideal QPSKEquivalent Signal'; constellation.ReferenceConstellation = [1+1i 1-1i 1i-1 -1i-1]; constellati...