-
MODUL MODULATOR-DEMODULATOR BINARY
PHASE SHIFT KEYING (BPSK) MENGGUNAKAN
METODE COSTAS LOOP
Oleh
Arivia Aurelia Devina Pramono
NIM : 612005004
Skripsi ini untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
dalam
Konsentrasi Teknik Telekomunikasi
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER
UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA
SALATIGA
Januari 2012
-
MODUL MODULATOR-DEMODULATOR BINARY PHASE
SHIFT KEYING (BPSK) MENGGUNAKAN
METODE COSTAS LOOP
Oleh :
Arivia Aurelia Devina Pramono
NIM : 612005004
Tugas Akhir ini telah diterima dan disahkan
sebagai salah satu persyaratan guna mencapai gelar
SARJANA TEKNIK
Dalam
Konsentrasi Teknik Telekomunikasi
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA
SALATIGA
Disahkan oleh
Pembimbing I Pembimbing II
Ir.Budihardja Murtianta, M.Eng Deddy Susilo, S.T.
Tgl ………………………… Tgl …………………………
-
i
MODUL MODULATOR-DEMODULATOR BINARY PHASE SHIFT KEYING
(BPSK) MENGGUNAKAN METODE COSTAS LOOP
Arivia Aurelia Devina Pramono
NIM : 612005004
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA
2012
Pembimbing :
Ir.Budihardja Murtianta, M.Eng
Deddy Susilo, S.T.
INTISARI
Tugas akhir ini akan merancang dan merealisasikan suatu
perangkat transmisi
data berbasis BPSK (Binary Phase Shift Keying) menggunakan
metode Costas Loop
pada demodulatornya. Pada prinsipnya Costas Loop adalah bentuk
khusus dari PLL
yang difungsikan untuk melakukan demodulasi sinyal-sinyal yang
termodulasi secara
supressed-carrier. Costas Loop menggunakan umpan balik negatif
untuk melakukan
carrier recovery, kemudian sinyal pembawa yang dihasilkan
digunakan untuk
melakukan demodulasi sinyal BPSK-nya. Perangkat yang dibuat pada
Tugas Akhir
ini berupa modulator – demodulator BPSK dengan frekuensi
10kHz-48kHz dan
untuk transmisi secara nirkabel ditambahkan pemancar dan
penerima FM yang akan
mentranslasikan sinyal pembawa ke frekuensi radio 80MHz. Secara
umum, alat ini
dapat mendemodulasikan sinyal BPSK tanpa error (BER=0).
Berdasarkan pengujian
yang telah dilakukan kadang muncul fenomena fasa ambigu yang
menyebabkan false
locking pada Costas Loop, sehingga data yang didemodulasikan
menjadi terbalik dari
data aslinya.
-
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur serta rasa terimakasih penulis panjatkan
kehadirat Tuhan
yang Maha Esa yang telah memerikan berkat dan perlindungan
kepada penulis
sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini sebagai
syarat kelulusan dari
Fakultas Teknik Jurusan Elektro Universitas Kristen Satya
Wacana.
Penulis menyadari bahwa usaha yang telah dilakukan sejauh ini
tentu tidak
akan berarti tanpa bantuan dan dorongan serta bimbingan dari
berbagai pihak. Dalam
kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih yang
sebesar-besarnya
kepada :
1. Tuhan yang Maha Esa atas berkat dan rahmat yang telah
diberikan kepada
penulis hingga saat ini.
2. Papa dan Mama penulis yang telah memberikan dorongan baik
moral,
semangat, pengertian, doa, kebutuhan material selama kuliah
dan
pembuatan tugas akhir ini.
3. Keluarga adik penulis, Renard dan Rizard, yang telah
memberikan dorongan
baik moral, semangat, pengertian, doa.
4. Bapak Ir. Budihardja Murtianta, M.Eng, selaku dosen
pembimbing I yang
telah banyak memberi bimbinganm pengarahan, dan pengertian
kepada
penulis selama pembuatan tugas akhir ini.
5. Bapak Deddy Susilo, S.T, selaku dosen pembimbing II yang
telah banyak
memberi bimbinganm pengarahan, dan pengertian kepada penulis
selama
pembuatan tugas akhir ini.
6. Seluruh staf pengajar, staf administrasi, serta laboran untuk
kesediaannya
membantu kelancaran selama kuliah dan sampai pembuatan tugas
akhir ini.
-
iii
7. Teman-teman mahasiswa yang tidak dapat disebutkan
satu-persatu, yang
telah membantu penulis selama perkuliahan.
Pada kesempatan ini, kami juga mohon maaf jika dalam penyusunan
tugas ini
telah melakukan beberapa kesalahan atau hal-hal yang kurang
berkenan di hati.
Akhir kata, penulis berharap semoga tugas akhir ini bermanfaat
bagi
pembaca. Penulis juga menyadari bahwa penulisan tugas akhir ini
masih jauh dari
sempurna, oleh karenanya penulis mengharapkan adanya kritik dan
saran yang
membangun agar segala kekurangan yang ada dapat diperbaiki.
Salatiga, Januari 2012
Penulis
-
iv
DAFTAR ISI
Halaman
INTISARI
...................................................................................................................i
KATA PENGANTAR
................................................................................................ii
DAFTAR ISI
..............................................................................................................iv
DAFTAR GAMBAR
..................................................................................................ix
DAFTAR TABEL
....................................................................................................
xiii
DAFTAR SIMBOL
.................................................................................................
xiv
BAB I . PENDAHULUAN
.........................................................................................1
1.1. Latar Belakang
Masalah........................................................................1
1.2.
Tujuan....................................................................................................3
1.3. Spesifikasi Alat
.....................................................................................3
1.4. Sistematika Penulisan
............................................................................4
BAB II .DASAR TEORI
............................................................................................6
2.1. Sistem
Komunikasi................................................................................7
2.2. Modulasi dan Demodulasi Digital
.........................................................9
-
v
2.3. Modulasi dan Demodulasi
BPSK.........................................................14
2.4. Costas
Loop..........................................................................................18
2.5. Phase Locked
Loop...............................................................................24
2.5.1. Bagian Detektor Fasa
(PLL)........................................................28
2.5.2. Bagian VCO
................................................................................31
2.5.3. Bagian Loop Filter
......................................................................33
BAB III . PERANCANGAN DAN REALISASI
.......................................................37
3.1. Perancangan Bagian Pemancar
..............................................................38
3.1.1. Perancangan Simulator Data (Pseudo Random Generator)
.......38
3.1.2. Perancangan Modulator BPSK
....................................................41
3.1.2.1. Untai Level Shifter
..........................................................41
3.1.2.2. Untai Tapis Pelewat Rendah
...........................................42
3.1.2.3. Untai Osilator
..................................................................45
3.1.2.4. Untai Selektor Keluaran
BPSK.......................................46
3.1.3. Pemilihan Modul Modulator FM
................................................49
3.2. Perancangan Bagian Penerima
...............................................................50
3.2.1. Pemilihan Demodulator
FM........................................................50
3.2.2. Perancangan Demodulator BPSK
...............................................51
3.2.2.1. Untai Pengali
...................................................................51
-
vi
3.2.2.1.1. Pengali Jalur Infasa
.......................................53
3.2.2.1.2. Pengali Jalur Quadrature
.............................54
3.2.2.1.3. Pengali Jalur Tengah
......................................55
3.2.2.2. Untai Arm Filter
..............................................................57
3.2.2.3. Untai Loop Filter
.............................................................60
3.2.2.4. Rangkaian VCO dan Penggeser
90o......................................... 65
3.2.2.5. Rangkaian Decision Device
............................................69
BAB IV . PENGUJIAN DAN ANALISIS SISTEM MODULASI DAN
DEMODULASI BINARY PHASE SHIFT KEYING
(BPSK)......................70
4.1. Pengujian Bagian
Pemancar..................................................................70
4.1.1. Pengujian Simulator Data (Pseudo Random Generator)
(Titik
A).......................................................................................71
4.1.2. Pengujian Bagian Modulator BPSK
............................................71
4.1.2.1. Pengujian Level Shifter (Titik B)
...................................72
4.1.2.2. Pengujian Tapis Pelewat Rendah Bessel orde 6
(Titik C)
..........................................................................72
4.1.2.3. Pengujian Bagian Osilator (Titik D)
...............................73
4.1.2.4. Pengujian Selektor Keluaran BPSK (Titik E)
.................74
-
vii
4.1.3. Pengujian Pemancar FM
.............................................................74
4.2. Pengujian Bagian Penerima
...................................................................76
4.2.1. Pengujian Penerima FM
..............................................................76
4.2.2. Pengujian Bagian Costas Loop
...................................................77
4.2.2.1. Pengujian Masukan Costas Loop (Titik A)
....................77
4.2.2.2. Pengujian VCO dan Penggeser 90o (Titik
H).................77
4.2.2.3. Pengujian Pengali di Jalur Infasa dan Quadrature
(Titik B dan
C)...............................................................79
4.2.2.4. Pengujian Arm Filter di Jalur Infasa dan Quadrature
(Titik D dan E)
................................................................80
4.2.2.5. Pengujian Pengali Ketiga di Jalur Tengah (Titik F)
.......81
4.2.2.6. Pengujian Loop Filter (Titik G)
......................................83
4.2.2.7. Pengukuran Decision Device
..........................................84
4.3. Pengukuran Bit Error Rate (BER)
.........................................................85
4.4. Pengukuran Hold Range dan Lock Range Costas Loop
.......................87
4.5. Masalah Fasa Ambiguitas pada Costas Loop
.......................................90
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
....................................................................92
-
viii
5.1. Kesimpulan
............................................................................................92
5.2. Saran
.....................................................................................................93
DAFTAR PUSTAKA
.................................................................................................95
LAMPIRAN A DOKUMENTASI ALAT
LAMPIRAN B PROGRAM SIMULATOR DATA
LAMPIRAN C DATA SHEET
-
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Diagram Blok Sistem Komunikasi
.........................................................7
Gambar 2.2. Sinyal
OOK............................................................................................10
Gambar 2.3. Sinyal
FSK.............................................................................................11
Gambar 2.4. Sinyal
PSK.............................................................................................11
Gambar 2.5. Spektrum Sinyal ASK, FSK,
PSK..........................................................12
Gambar 2.6. Perbandingan Probabilitas Error ASK, PSK, dan FSK
..........................13
Gambar 2.7. Diagram Blok Modulator BPSK
Sederhana...........................................14
Gambar 2.8. Diagram Blok Modulator BPSK
............................................................15
Gambar 2.9. Proses Pembentukan Sinyal
BPSK........................................................15
Gambar 2.10. Sinyal NRZ Unipolar dan NRZ Bipolar
................................................16
Gambar 2.11. Demodulasi Sinyal BPSK
....................................................................17
Gambar 2.12. Diagram Blok Costas Loop
.................................................................19
Gambar 2.13. Bentuk Linier Suatu Sistem Umpan Balik Negatif
..............................21
Gambar 2.14. Diagram Blok Costas Loop secara Lengkap
........................................21
Gambar 2.15. Model Linier Costas
Loop...................................................................24
Gambar 2.16. Diagram Blok PLL
..............................................................................25
Gambar 2.17. Pemodelan Linier Detektor Fasa
.........................................................28
Gambar 2.18. Pemodelan Linier Detektor Fasa dalam ranah s
..................................29
Gambar 2.19. Diagram Blok Pengali
..........................................................................29
Gambar 2.20. Grafik Karakteristik Detektor Fasa
.....................................................31
-
x
Gambar 2.21. Grafik Karakteristik
VCO....................................................................32
Gambar 2.22. Model Linier VCO
...............................................................................32
Gambar 2.23. Passive Lead-Lag Filter
......................................................................33
Gambar 2.24. Active Lead-Lag Filter
........................................................................33
Gambar 2.25. Active P-I Filter
....................................................................................34
Gambar 2.26. Permodelan Linier
................................................................................34
Gambar 2.27. Tanggapan Frekuensi PLL
..................................................................35
Gambar 3.1. Diagram Blok Komunikasi Digital
.........................................................37
Gambar 3.2. Diagram Blok PRG
...............................................................................39
Gambar 3.3. Pin-pin AT tiny 13A
...............................................................................39
Gambar 3.4. Untai Pembangkit PRG
.........................................................................40
Gambar 3.5. Modulator
BPSK....................................................................................41
Gambar 3.6. Untai Level
Shifter.................................................................................42
Gambar 3.7. Perbandingan Group Delay Filter-Filter Tradisional
.............................43
Gambar 3.8. Untai Tapis Lolos Bawah Sallen Key Orde
2........................................44
Gambar 3.9. Untai Tapis Bessel Orde 6
.....................................................................45
Gambar 3.10. Untai Osilator
.......................................................................................46
Gambar 3.11. Diagram Saklar Analog
........................................................................47
Gambar 3.12. Untai Selektor Keluaran
BPSK............................................................48
Gambar 3.13. Modul Modulator
FM..........................................................................49
Gambar 3.14. Untai Demodulator FM
.......................................................................50
Gambar 3.15. Diagram Blok Costas Loop
.................................................................51
Gambar 3.16. Realisasi Pengali dengan MC1495
.....................................................56
-
xi
Gambar 3.17. Untai Penguat Opamp Tak Membalik
..................................................57
Gambar 3.18. Sinyal yang Terdistorsi Karena
ISI......................................................58
Gambar 3.19. Realisasi Arm
Filter.............................................................................59
Gambar 3.20. Tanggapan Frekuensi PLL
..................................................................61
Gambar 3.21. Untai Active Lead-Lag
Filter...............................................................63
Gambar 3.22. Tanggapan Frekuensi Loop Filter
.......................................................64
Gambar 3.23. Untai VCO
...........................................................................................66
Gambar 3.24. Pengaturan Tetapan VCO
....................................................................66
Gambar 3.25. Grafik frekuensi keluaran vs tegangan masukan VCO
........................67
Gambar 3.26. Untai pengatur frekuensi tengah
VCO.................................................68
Gambar 3.27. Untai Penggeser Fasa 90 derajat
..........................................................68
Gambar 3.28. Hasil Simulasi Untai Penggeser Fasa 90 derajat
.................................68
Gambar 3.29. Untai Decision Device
.........................................................................69
Gambar 4.1. Sinyal Pseudo Random
Generator(PRG)..............................................71
Gambar 4.2. Gambar titik pengujian di Modulator BPSK
.........................................71
Gambar 4.3. Sinyal Level Shifter
...............................................................................72
Gambar 4.4. Sinyal keluaran Tapis Lolos Rendah
.....................................................73
Gambar 4.5. Sinyal Keluaran Osilator
........................................................................73
Gambar 4.6. Sinyal Keluaran BPSK dengan fc =
48KHz..........................................74
Gambar 4.7. Keluaran Pemancar FM
.........................................................................75
Gambar 4.8. Keluaran Penerima FM
.........................................................................76
Gambar 4.9. Diagram Blok Costas Loop dan Titik-titik
pengujiannya ......................77
Gambar 4.10. Sinyal Keluaran VCO dan
DFF...........................................................78
-
xii
Gambar 4.11. Penggeseran 90 Derajat pada Kedua Keluaran
DFF...........................78
Gambar 4.12. Keluaran Pengali 1 dan
2.....................................................................79
Gambar 4.13. Keluaran Arm Filter
............................................................................81
Gambar 4.14. Keluaran Pengali Ke-3
........................................................................83
Gambar 4.15. Keluaran Loop Filter
...........................................................................84
Gambar 4.16. Keluaran Decision Device
...................................................................85
Gambar 4.17. Perbandingan Data Asli dengan Hasil
Demodulasi..............................86
Gambar 4.18. Contoh Grafik Tegangan Keluaran PLL vs Frekuensi
Masukan .........87
Gambar 4.19. Skema Pengukuran Hold Range dan Lock Range
...............................88
Gambar 4.20. Hasil Demodulasi yang Terbalik
..........................................................91
-
xiii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1. Koefisien Tapis
Bessel...............................................................................44
-
xiv
DAFTAR SIMBOL
= Sinyal informasi yang ditransmisikan di pemancar, bisa
dinyatakan dalam sinyal Unipolar atau Bipolar NRZ (Volt).
= Sinyal informasi hasil demodulasi (Volt).
= Sinyal BPSK (Volt).
= Sinyal pembawa BPSK (Volt).
= Sinyal masukan ke Costas Loop/PLL (Volt).
= Sinyal keluaran VCO di Costas Loop (Volt).
= Sinyal keluaran VCO di Costas Loop yang digeser 900
(Volt).
= Sinyal keluaran dari pengali jalur Infasa (Volt).
= Sinyal keluaran dari pengali jalur Quadrature (Volt).
= Bati pengali di Jalur Infasa.
= Bati pengali di Jalur Quadrature.
= Sinyal keluaran jalur Infasa (Volt).
= Sinyal keluaran jalur Quadrature (Volt).
= Bati pengali di jalur tengah.
= Sinyal keluaran detektor fasa PLL dan Costas Loop (Volt).
= Sinyal keluaran Loop Filter (Volt).
= Fasa sinyal masukan PLL/Costas Loop (rad).
= Fasa sinyal keluaran PLL/Costas Loop (rad).
-
xv
= Beda fasa antara sinyal masukan dan keluaran PLL/Costas
Loop (rad)
= Tetapan detektor fasa (Volt/rad).
= Tetapan VCO (rad/Volt).
= Frekuensi tengah operasional VCO (rad).
= Fungsi pindah Loop Filter.
= Bati frekuensi tinggi Loop Filter.
= Bati frekuensi rendah Loop Filter.
dan = Pole-pole dari Loop Filter.
= Lebar pita PLL/Costas Loop (rad).
= Damping ratio PLL/Costas Loop.
= Pole tambahan pada PLL.
