QUADRATURE AMPLITUDE MODULATION ( Q A M )

A.  QUADRATURE AMPLITUDE MODULATION

 

Quadrature Amplitudo Modulation atau QAM adalah suatu cara pentransmisian pada laju bit-bit yang lebih tinggi pada saluran/kanal dengan lebar pita yang terbatas. Sebagai contoh penggunaan kumpulan sinyal QAM 16 titik memungkinkan 9600 bit/detik ditransmisikan pada saluran telepon dengan lebar pita 2700 Hz Dalam kasus tersebut empat digit biner yang berurut

an harus disimpan dan dikodekan kembali sebagai salah satu dari 16 bentuk sinyal yang ditransmisikan.Sinyal-sinyal yang dihasilkan dinamakan sinyal modulasi amplitudo kuadratur (QAM). Sinyal ini dapat ditafsirkan sebagai modulasi amplitudo multitingkat yang diterapkan secara bebas pada setiap dua pembawa kuadratur

cara kerja qam

Data biner mula-mula masuk pada Pembagi Data. Pembagi Data ini kemudian memproduksi dua sinyal data yang kecepatannya separuh dari kecepatan data awal. Kedua sinyal data tersebut masing – masing dikonversikan pada empat level jalur pita dasar. Hasil dari empat level simbol dari saluran I dan Q kemudian dipergunakan pada modulator. Pembawa untuk modulator saluran Q diubah phasanya sebesar 90° daripada saluran I. Hal ini disebut dengan istilah quadrature. Ini terjadi pada saluran Q, semantara saluran I sama dengan saat sebelumnya sehingga saluran I dikatakan sephasa. Hasil akhirnya adalah suatu kemampuan untuk mengirimkan data digital melalui saluran dengan lebar pita yang terbatas.

QAM demodulator membalikkan proses modulator sehingga menghasilkan sinyal data liner asli. Perlu disadari bahwa pada sistem QAM diberikan dengan cara.memasukkan Sinyal I yang didemodulasikan ke dalam input horisontal dan sinyal Q ke dalam input vertikal pada osiloskop.

 Hingga kini kita telah mengabaikan pemilihan bentuk sinyal. Dalam praktek, pemilihan bentuk sinyal misalnya dengan menggunakan spektrum menggelinding sinusoidal harus dipergunakan untuk mengurangi interferensi antar simbol. Ini penting untuk pensinyalan multitingkat. Dengan demikian suatu pemodulasi yangg sebenarnya pulsa-pulsa biner masukan diberi bentuk sebelum pemodulasian pembawa.

Cara lain, sinyal-sinyal luaran berturutan masing-masing dilewatkan suatu filter pemberi bentuk lolos pita yang tepat sebelum ditransmisi. Sebagai hasil pemberian bentuk, suatu simbol luaran individuil, yang secara nominal dirancang cocok ke dalam selang waktu yang panjangnya T detik, sekarang membentang beberapa selang T detik. Tujuannya adalah memberi bentuk pulsa-pulsa sehingga pulsa-pulsa tersebut menjadi nol di titik-titik keputusan dispasi sejauh T detik dalam selang-selang lainnya. Sinyal QAM secara umum harus mempunyai suatu spektrum yang berpusat di sekitar frekuensi pembawa fc = wc / 2p. Dalam spektrum ada pita-pita sisi bagian atas dan pita-pita sisi bagian bawah yang membentang masing-masing satu lebar pita B Hertz di atas dan di bawah frekuensi pembawa, sesuai dengan sinyal pita dasar digeser ke frekuensi fc.

Dalam praktek, pembentukan dilakukan baik di pentransmisi, sebagai bagian dari proses modulasi, maupun di penerima, dalam hubungan dengan proses demodulasi.Sejauh ini kita dapat menentuka bentuk isitmewa dari QAM, dan tipe pembentukan yang diperlukan, mentransmisi pada laju-laju bit yang dispesifikasi melalui bermacam-macam saluran. Misalkan lebar pita transmisi adalah BT Hertz. Maka ini sesuai dengan suatu lebar pita dasar B = BT / 2 Hertz. Laju simbol yang dapat ditransmisi melalui suatu saluran dengan lebar pita dasar B Hertz adalah 2B/(1+r), dengan faktor menggelinding r berubah-ubah dari suatu harga ideal 0 (pengfilteran lolos-rendah ideal ) hingga 1, untuk pengfilteran cosinus dinaikkan. Dengan demikian, laju simbol yang diperbolehkan melelui saluran transmisi ekuivalen yang berlebar pita BT Hertz adalah BT / ( 1 + r ) simbol/detik. Untuk suatu sinyal QAM dengan M = 2n simbol atau keadaan yang mungkin, laju bit yang diperbolehkan adalah nBT / ( 1 + r ) bit/detik, atau lebar pita transmisi n / ( 1 + r ) bit/detik.

Laju bit yang diperbolehkan melelui suatu saluran tertentu bergantung pada banyak simbol atau keadaan yang dipilih, namun kita tidak dapat menambah besar konstelasi sinyal QAMsecara tak terbatas sebab jika banyak tingkatan amplitudo yang dipergunakan bertambah, maka persoalan interferensi antar simbol akan menjadi lebih berat. Untuk suatu tingkatan daya pentransmisi yang tetap, lokasi titik-titik dibatasi. Satu-satunya jalan untuntuk menambah lebih banyak keadaan, atau titik dalam konstelasi, adalah meletakkan titik-titik di antara titik-titik yang sudah ada. Titik-titik yang dihasilkan dispasi makindekat, dan noise dan lonjakan-lonjakan phasa akan lebih sering menghasilkan kesalahan-kesalahan. Jadi ada suatu batas pada banyak keadaan yang dapat dipergunakan. Dalam praktek, QAM-16 keadaan merupakan yang maksimum yang telah digunakan.

Sistem transmisi digital QAM sudah dominan pada tahun-tahun terakhir ini. Selain diperkenalkan sistem 4x4 di sini, juga diperkenalkan penggunaan sistem 2x2 dan 8x8 secara komersial.

4-QAM ( 1 amplitude, 4 phases)

QAM 4 keadaan merupakan teknik encoding M-er dengan M=4, dimana ada empat keluaran QAM yang mungkin terjadi untuk sebuah frekuensi pembawa. Karena ada 4 keluaran yang berbeda, maka harus ada 4 kondisi masukan yang berbeda. Karena masukan sinyal digital ke QAM modulator adalah sinyal biner, makauntuk memperoleh 4 kondisi masukan yang berbeda diperlukan lebih dari satu bit masukan. Dengan memakai 2 bit masukan, maka diperoleh 4 (2²) kondisi yang mungkin : 00, 01, 10, 11 data masukan biner digabung menjadi kelompok dua bit. Masing masing kode bit menghasilkan salah satu dari 4 keluaran yang mungkin.

Dua bit dimasukkan secara seri kemudian dikeluarkan secara paralel satu bit ke kanal I dan bit lainnya serentak menuju ke kanal Q. Bit di kanal I dimodulasikan dengan pembawa (sin ω_ct) dan bit dikanal Q dimodulasikan dengan pembawa (cos ω_ct). Untuk logika 1 = +1 volt dan logika 0 = -1 volt, sehingga ada 2 fasa yang mungkin pada keluaran modulator kanal I yaitu +sin ω_ct dan -sin ω_ct. Dan ada 2 fasa yang mungkin pada keluaran modulator kanal Q yaitu +cos ω_ct dan -cos ω_ct. Penjumlahan linier menghasilkan 4 fasa resultan yang mungkin yaitu : +sin ω_ct +cos ω_ct, +sin ω_ct -cos ω_ct, dan -sin ω_ct + cos ω_ct, dan -sin ω_ct -cos ω_ct. Jika masukan biner dari Q = 0 dan I = 0 maka dua masukan modulator kanal I adalah -1 dan (sin ω_ct). Sedangkan dua masukan modulator kanal Q adalah -1 dan cos ω_ct.

Sehingga, keluarannya adalah :

Modulator kanal I = (-1) ( sin ω_ct) = -1 sin ω_ct

Modulator kanal Q= (-1) (cos ω_ct) = -1 cos ω_ct

Dan keluaran dari penjumlah linier adalah

-1 sin ω_ct -1 cos ω_ct = √((-1)^2+(-1)^2 )  cos (ω_ct - tg ^-1 1)

= 1,414 cos (ω_ct - 45⁰)

= 1,414 sin (ω_ct - 135⁰)

Data masukan pada QAM 4 keadaan di bagi menjadi 2 kanal. Laju pada kanal I sama dengan kanal Q yaitu setengah dari laju data masukan (f_b /2). Frekuensi fundamental tertinggi ada pada data masukan ke modulator kanal I atau kanal Q , yaitu seperempat laju data masukan (f_b /4). Keluaran modulator kanal I dan kanal Q memerlukan bandwidth Nyquist minimum sebesar setengah dari laju data masukan (f_b /4 x 2 = f_b /2)

Jadi dengan QAM 4 keadaan, penekanan bandwidth terpenuhi (bandwidh minimum lebih kecil dari laju data masukan )

Sejak sinyal keluaran tidak berubah fasa sampai dua bit (dibit) terkunci laju pembelahan bit, laju perubahan keluaran (baud) tercepat juga sama dengan setengah laju data masukkan. Bandwidth minimum dan baud adalah sama.

8-QAM (2 AMPLITUDE, 4 PHASES)

QAM 8 keadaan adalah teknik encoding M-er dengan M=8. Dengan QAM 8 keadaan keluaran yang mungkin untuk satu frekuensi pembawa. Untuk memperoleh 8 kondisi masukan yang berbeda maka data masukan biner digabung menjadi tiga kelompok bit yang disebut TRIBIT (2³ = 8). Masing –masing kode tribit menghasilkan salah satu keluaran yang mungkin .

Masukan bit serial mengalir ke pembelah bit dimana mengubah ke bit paralel, menjadi keluaran tiga kanal (kanal I atau kanal ‘in-phase’, kanal Q atau ‘in quadrature’, dan kanal C atau ‘kontrol’). Sehingga laju bit pada masing –masing kanal menjadi sepertiga laju data masukan (f_b /3). Bit kanal I dan C menuju konverter kanal I dan bit di kanal Q dan C menuju conventer kanal Q. Conventer ‘2 to 4 level’ adalah DAC (digital to analog conventer) engan masukan paralel masukan 2 bit, ada 4 tegangan keluaran yang mungkin. Bit kanal I atau Q menentukan dari polaritas dari keluaran, sinyal analog PAM (logika 1 = +V dan logika 0 = –V ). Sedangkan bit kanal C menentukan besarnya (logika 1= 1,307 V dan logika 0 = 0,541 V), karena bit kanal C sama sebagai masukan converter kanal I dan Q, maka besar sinyal kanal I dan Q selalu sama.

Untuk masukan tribit Q = 0, I = 0, C = 0 (000), maka masukan converter kanal I adalah 1 = 0 dan C = 0, dari tabel kebenaran di peroleh keluaran –0,541 volt. Dan masukan converter kanal Q adalah Q = 0 dan C = 0, dari tabel kebenaran di peroleh keluaran –0,541. Lalu dua masukan modulator kanal I adalah –0,541 dan sin dan keluarannnya adalah :

I = – (0,541) (sin ω_ct)

  = – 0,541 sin ω_ct

Dan dua masukan modulator kanal Q adalah –0,541 dan cos ω_ct laju keluarannya adalah :

Q = (– 0,541)( cos ω_ct)

    = – 0,541 cos ω_ct

Kemudian keluaran dari modulator kanal I dan Q di jumlah pada penjumlah linier dan keluarannya adalah :

= – 0,541 sin ω_ct – 0,541 cos ω_ct

= 0,765 sin ω_ct – 135⁰

 Sejak data dibagi menjadi tiga kanal, laju data pada kanal I, kanal Q, dan kanal C. Adalah sebesar sepertiga dari laju data masukan (f_b /3). Karena bit di kanal I, Q, C dikeluarkan secara serentak dan paralel, converter juga mengalami perubahan pada masukan keluaran pada laju yang sama yaitu f_b /3.

sumber

http://sigitkus.lecture.ub.ac.id/files/2013/12/TEKNIK-MODULASI-QAM.pdf

http://comp-eng.binus.ac.id/files/2014/05/TEKNIK-QUADRATURE-AMPLITUDE-MODULATION-QAM-UNTUK-PENGIRIMAN-DATA-MELALUI-FREKUENSI-VOICE-BAND-.pdf