GELOMBANG FM DAN AM
1. Multichannel Frequency Modulation (
FM )
Penggunaan signal AM-VSB untuk mengirim beberapa
channel analog adalah prinsip lurus kedepan dan sederhana. Bagaimana pun juga
hal itu memiliki syarat C/N paling tidak 40 dB untuk setiap channel AM dimana
antara laser dan penerimanya harus garis lurus. Cara lain adalah denga
menggunakan modulaasi frekuensi ( FM ) dimana setiap subcarrier dimodulasi oleh
frekuensi dengan signal informasi, namun hal ini membutuhkan bandwide lebih
besar sekitar 7 – 8 kali dari AM. Rasio S/N dari output detector FM jauh lebih
besar dari rasio C/N pada input dari detector.
Rasio dari s/n tergantung pada desain sistem
tetapi umumnya berada pada 36-44 db
Di antara keuntungan FM adalah bebas dari
pengaruh gangguan udara, bandwidth (lebar pita) yang lebih
besar, dan fidelitas yang tinggi. Jika dibandingkan dengan sistem AM, maka FM
memiliki beberapa keunggulan, diantaranya :
Lebih tahan noise
Frekuensi yang dialokasikan untuk siaran FM
berada diantara 88 – 108 MHz, dimana pada wilayah frekuensi ini secara relatif
bebas dari gangguan baik atmosfir maupun interferensi yang tidak diharapkan.
Jangkauan dari sistem modulasi ini tidak sejauh, jika dibandingkan pada sistem
modulasi AM dimana panjang gelombangnya lebih panjang. Sehingga noise yang
diakibatkan oleh penurunan daya hampir tidak berpengaruh karena dipancarkan
secara LOS (Line Of Sight).
Bandwith yang Lebih Lebar
Saluran siar FM standar menduduki lebih dari
sepuluh kali lebar bandwidth (lebar pita) saluran siar AM. Hal ini disebabkan
oleh struktursideband nonlinear yang lebih kompleks dengan adanya
efek-efek (deviasi) sehingga memerlukan bandwidth yang lebih lebar dibanding
distribusi linear yang sederhana dari sideband-sideband dalam sistem AM. Band
siar FM terletak pada bagian VHF (Very High Frequency) dari spektrum frekuensi
di mana tersedia bandwidth yang lebih lebar daripada gelombang dengan panjang
medium (MW) pada band siar AM.
Fidelitas Tinggi
Respon yang seragam terhadap frekuensi audio
(paling tidak pada interval 50 Hz sampai 15 KHz), distorsi (harmonik dan
intermodulasi) dengan amplitudo sangat rendah, tingkat noise yang sangat
rendah, dan respon transien yang bagus sangat diperlukan untuk kinerja Hi-Fi
yang baik. Pemakaian saluran FM memberikan respon yang cukup untuk frekuensi
audio dan menyediakan hubungan radio dengan noise rendah. Karakteristik yang
lain hanyalah ditentukan oleh masalah rancangan perangkatnya saja.
Transmisi Stereo
Alokasi saluran yang lebar dan kemampuan FM
untuk menyatukan dengan harmonis beberapa saluran audio pada satu gelombang
pembawa, memungkinkan pengembangan sistem penyiaran stereo yang praktis. Ini
merupakan sebuah cara bagi industri penyiaran untuk memberikan kualitas
reproduksi sebaik atau bahkan lebih baik daripada yang tersedia pada rekaman
atau pita stereo. Munculnyacompact disc dan perangkat audio digital
lainnya akan terus mendorong kalangan industri peralatan dan teknisi siaran
lebih jauh untuk memperbaiki kinerja rantai siaran FM secara keseluruhan.
Hak komunikasi Tambahan
Bandwidth yang lebar pada saluran siar FM juga
memungkinkan untuk memuat dua saluran data atau audio tambahan, sering disebut
Subsidiary Communication Authorization (SCA), bersama dengan transmisi stereo.
Saluran SCA menyediakan sumber penerimaan yang penting bagi kebanyakan stasiun
radio dan sekaligus sebagai media penyediaan jasa digital dan audio yang
berguna untuk khalayak.
Teori Modulasi Frekuensi (FM)
Baik FM (Frekuensi Modulation) maupun PM (Phase
Modulation) merupakan kasus khusus dari modulasi sudut (angular modulation).
Dalam sistem modulasi sudut frekuensi dan fasa dari gelombang pembawa berubah
terhadap waktu menurut fungsi dari sinyal yang dimodulasikan (ditumpangkan).
Misal persamaan gelombang pembawa dirumuskan sebagai berikut :
Uc = Ac sin (wc q+ c)
Dalam modulasi amplitudo (AM) maka nilai ‘Ac‘
akan berubah-ubah menurut fungsi dari sinyal yang ditumpangkan. Sedangkan dalam
modulasi sudut yang diubah-ubah adalah salah satu dari komponen ‘wcq+ c‘. Jika
yang diubah-ubah adalah komponen ‘wcq‘ maka disebut Frekuensi Modulation (FM), dan
jika komponen ‘c‘ yang diubah-ubah maka disebut Phase Modulation
(PM).
Jadi dalam sistem FM, sinyal modulasi (yang
ditumpangkan) akan menyebabkan frekuensi dari gelombang pembawa berubah-ubah
sesuai perubahan frekuensi dari sinyal modulasi. Sedangkan pada PM perubahan
dari sinyal modulasi akan merubah fasa dari gelombang pembawa. Hubungan antara
perubahan frekuensi dari gelombang pembawa, perubahan fasa dari gelombang
pembawa, dan frekuensi sinyal modulasi dinyatakan sebagai indeks modulasi (m)
dimana :
m = Perubahan frekuensi
(peak to peak Hz) / frekuensi modulasi (Hz)
Dalam siaran FM, gelombang pembawa harus
memiliki perubahan frekuensi yang sesuai dengan amplituda dari sinyal modulasi,
tetapi bebas frekuensi sinyal modulasi yang diatur oleh frekuensi modulator.
Pemancar FM
Tujuan dari pemancar FM adalah untuk merubah satu
atau lebih sinyal input yang berupa frekuensi audio (AF) menjadi gelombang
termodulasi dalam sinyal RF (Radio Frekuensi) yang dimaksudkan sebagai output
daya yang kemudian diumpankan ke sistem antena untuk dipancarkan. Dalam bentuk
sederhana dapat dipisahkan atas modulator FM dan sebuah power amplifier RF
dalam satu unit. Sebenarnya pemancar FM terdiri atas rangkaian blok subsistem
yang memiliki fungsi tersendiri, yaitu:
1. FM exciter merubah sinyal
audio menjadi frekuensi RF yang sudah termodulasi
2. Intermediate Power Amplifier
(IPA) dibutuhkan pada beberapa pemancar untuk meningkatkan tingkat daya RF agar
mampu menghandle final stage
3. Power Amplifier di tingkat
akhir menaikkan power dari sinyal sesuai yang dibutuhkan oleh sistem antena
4. Catu daya (power supply)
merubah input power dari sumber AC menjadi tegangan dan arus DC atau AC yang
dibutuhkan oleh tiap subsistem
5. Transmitter Control System
memonitor, melindungi dan memberikan perintah bagi tiap subsistem sehingga
mereka dapat bekerja sama dan memberikan hasil yang diinginkan
6. RF lowpass filter membatasi
frekuensi yang tidak diingikan dari output pemancar
7. Directional coupler yang
mengindikasikan bahwa daya sedang dikirimkan atau diterima dari sistem antenna
FM Exciter
Jantung dari pemancar siaran FM terletak pada
exciter-nya. Fungsi dari exciter adalah untuk membangkitkan dan memodulasikan
gelombang pembawa dengan satu atau lebih input (mono, stereo, SCA) sesuai
dengan standar FCC. Gelombang pembawa yang telah dimodulasi kemudian diperkuat
oleh wideband amplifier ke level yang dibutuhkan oleh tingkat berikutnya.
Direct FM merupakan teknik modulasi dimana
frekuensi dari oscilator dapat diubah sesuai dengan tegangan yang digunakan.
Seperti halnya oscilator, disebut voltage tuned oscilator (VTO) dimungkinkan
oleh perkembangan dioda tuning varaktor yang dapat merubah kapasitansi menurut
perubahan tegangan bias reverse (disebut juga voltage controlled oscillator
atau VCO).
Kestabilan frekuensi dari oscillitor direct FM
tidak cukup bagus, untuk itu dibutuhkan automotic frekuensi control system
(AFC) yang menggunakan sebuah kristal oscillator stabil sebagai frekuensi
referensi. Komponen AFC berperan sebagai pengatur frekuensi yang dibangkitkan
oscillator lokal untuk dicatukan ke mixer, sehingga frekuensi oscillator
menjadi stabil.
2. Multychannel Amplitude Modulation ( AM )
Yang pertama kali menyebar luaskan Aplikasi
untuk hubungan antara fiber optik secara analog yang mana di mulai pada akhir
tahun 1980 adalah CATV Network. Network jenis ini beroprasi pada frekuensi
antara 50 sampai 88 Mhz dan dari 120 samapi 550 Mhz. Frekuensi anatara 88
samapi 120 Mhz tidak digunaka karena digunaaka untuk penyiaran radio FM.
Network ini dapat membawa lebih dari 80 AM vestigal-side band (AM-VSB) video
chanel, masing-masing mempunyai noise selebar 4 Mhz dari lebar chanel yang 6
Mhz, dengan S/N ratio sebesar 40db. Untuk mempertahankan kesamaan dengan coax
base network yang sebelumnya, format dari multichanel AM-VSB juga dipilih untuk
sistem fiber optik. Gambar 9.7 memperlihatkan teknik untuk menggabungkan N
pesan yang berdiri sendiri. Sinyal informasi pada chanel I gelombang pembawa AM
mempunyai frekuensi Fi , dimana I= 1,2,…,N. Power RF menggabungkan kemudian
menjumlah AM sejumlah N, yang menghasilkan sinyal FDN, yang mana intensitas
modulasinya seperti Laser Dioda. Seperti halnya penerima optik, susunan paralel
dari filter bandpass memisahkan sinyal dari gelombang cariernya, sehingga
didapat sinyal aslinya, dengan teknik standar RF.
Untuk sejumlah besar carier FDM dengan fasa
acak, sinyal carier menumpangi power basis. Kemudian untuk N channel, modulasi
optikal dengan index m berhubungan dengan modulasi index mi per
channel dengan:
Jika setiap modulasi channel index mi nilainya
sama dengan nilai mc, maka dirumuskan :
Hasilnya jika N sinyal adalah frekuensi yang
telah di multiplex dan digunakan untuk memodulasi sumber optik tunggal maka
rasio ke noise dari sinyal tunggal berkurang dengan 10 log N. Andaikata
beberapa channel digabungkan maka sinyal akan memperkuat tegangan, maka
karakteristik penurunan menjadi 10 log N.
Jika beberapa frekuensi carrier melewati
peralatan non linier seperti laser dioda dapat membangkitkan sinyal yang
berbeda dari frekuensi asalnya yang disebut juga sebagai frekuensi
intermodulation, dan dapat menyebabkan interferensi pada kedua band dari
channel. Hasilnya adalah penurunan jumlah sinyal yang dapat ditransmisikan.
Jika frekuensi kerja dari channel kurang dari 1
oktaf seluruh distorsi harmonis bahkan distorsi intermodulasi (IM) akan keluar
dari passband. Jika signal passband mengandung banyak signal carrier. Beberapa
IM akan muncul pada frekuensi pada sama. Hal ini disebut juga staking yang
merupakan tambahan dari basis power. Dimana ada dua nada orde ketiga tersebar
pada daerah operasi passband. Tripel beat product dibuat untuk dikonsentrasikan
pada tengah – tengah channel, jadi pembawa pusat menerima inteferensi yang
paling besar. Tabel 9.1 dan 9.2 menunjukkan distribusi dari third order tripel
beat and two tone IM product untuk nomer channel N dari 1 – 8.
Hasil dari beat stcaking adalah secara umum pada
CSO ( Composite Second Order ) dan CTB ( Composite Tripel Beat ) dan digunakan
untuk menggunakan kemampuan dari multichannel hubungan AM
Kenapa Gelombang FM Lebih Jernih Dibanding AM?
Gelombang AM sudah lama ditinggal. Nyaris semua
radio bermain di jalur FM. Kenapa sih FM lebih jernih?
Hingga tahun delapan puluhan, stasiun radio
broadcast (siaran) banyak menggunakan modulasi AM (Amplitude Modulation). Pada
saat itu, umumnya enggak ada siaran radio yang mampu menampilkan suara bening,
apalagi stereo. Belum lagi kalau cuaca sedang enggak mendukung. Wah, pokoknya
kita enggak bisa menikmati indahnya suara musik senyaman saat ini.
Setelah periode itu, mulai bermunculan stasiun
radio siaran pengusung modulasi FM (Frequency Modulation). Jenis modulasi ini
mampu memanjakan pendengar siaran karena menghasilkan suara yang lebih bening.
Selain itu, ia dapat diterima dengan pola mono atau stereo. Maksudnya, jika
radio penerima kita hanya bisa menerima siaran mode mono, maka ia menampilkan
suara mono. Sedang radio penerima tipe stereo punya pilihan untuk menampilkan
suara mono atau stereo beneran (real stereo) sesuai dengan yang dipancarkan oleh
stasiun radio siaran.
Analogi modulasi
Dalam istilah teknik, kata modulasi mempunyai
definisi yang cukup panjang. Tapi, hal itu dapat dijelaskan dengan analogi
sederhana berikut: kalau kita ingin pergi ke tempat lain yang jauh (yang tidak
bisa di lakukan dengan jalan kaki atau berenang), kita harus menumpang sesuatu.
Sinyal informasi (suara, gambar, data) juga
begitu. Agar dapat dikirim ke tempat lain, sinyal informasi harus ditumpangkan
pada sinyal lain. Dalam konteks radio siaran, sinyal yang menumpang adalah
sinyal suara, sedangkan yang ditumpangi adalah sinyal radio yang disebut sinyal
pembawa (carrier).
Jenis dan cara penumpangan sangat beragam. Dari
tinjauan “penumpang”, cara menumpangkan manusia pasti berbeda dengan paket
barang atau surat. Hal serupa berlaku untuk penumpangan sinyal analog yang
berbeda dengan sinyal digital. Penumpangan sinyal suara juga akan berbeda
dengan penumpangan sinyal gambar, sinyal film, atau sinyal lain.
Dari sisi pembawa, cara menumpang di pesawat
terbang akan berbeda dengan menumpang di mobil, bus, truk, kapal laut, perahu,
atau kuda. Hal yang sama juga terjadi pada modulasi. Di mana cara menumpang ke
amplitudo gelombang carrier akan berbeda dengan cara menumpang di frekuensi
gelombang carrier.
Gelombang/sinyal “carrier”
Gelombang/sinyal
carrier adalah gelombang radio yang mempunyai frekuensi jauh lebih tinggi dari
frekuensi sinyal informasi. Berbeda dengan sinyal suara yang mempunyai
frekuensi beragam/variabel dengan range 20 Hz hingga 20 kHz, sinyal carrier
ditentukan pada satu frekuensi saja. Frekuensi sinyal carrier ditetapkan dalam
suatu alokasi frekuensi yang ditentukan oleh badan yang berwewenang.
Di
Indonesia, alokasi frekuensi sinyal carrier untuk siaran FM ditetapkan pada
frekuensi 87,5 MHz hingga 108 MHz. Alokasi itu terbagi untuk 204 kanal dengan
penganalan kelipatan 100 kHz. Kanal pertama berada pada frekuensi 87,6 MHz,
sedangkan kanal ke 204 berada pada frekuensi 107,9 MHz. Penetapan tersebut dan
aturan lainnya tertuang dalam Keputusan Menteri Perhubungan Nomor KM 15 Tahun
2003.
Frekuensi
carrier inilah yang disebutkan oleh stasiun radio untuk menunjukkan
keberadaannya. Misalnya, Radio XYZ 100,2 FM atau Radio ABC 98,2 FM. 100,2 Mhz
dan 98,2 MHz adalah frekuensi carrier yang dialokasikan untuk stasiun bersangkutan.
Karena
berupa gelombang sinusoida, sinyal carrier mempunyai beberapa parameter yang
dapat berubah. Perubahan itu dapat terjadi pada amplitudo, frekuensi, atau
parameter lain. Contoh perubahan amplitudo dan perubahan frekuensi dari suatu
sinyal asal ditunjukkan dalam gambar. Kemampuan untuk diubah inilah yang
menjadi ide dari teknik-teknik modulasi.
Modulasi AM
Dari
banyak teknik modulasi, AM dan FM adalah modulasi yang banyak diterapkan pada
radio siaran. Keduanya dipakai karena tekniknya relatif lebih mudah
dibandingkan dengan teknik-teknik lain. Dengan begitu, rangkaian pemancar dan
penerima radionya lebih sederhana dan mudah dibuat.
Di
pemancar radio dengan teknik AM, amplitudo gelombang carrier akan diubah
seiring dengan perubahan sinyal informasi (suara) yang dimasukkan. Frekuensi
gelombang carrier-nya relatif tetap. Kemudian, sinyal dilewatkan ke RF (Radio
Frequency) Amplifier untuk dikuatkan agar bisa dikirim ke jarak yang jauh.
Setelah itu, dipancarkan melalui antena.
Tentu
saja dalam perjalanannya mencapai penerima, gelombang akan mengalami redaman
(fading) oleh udara, mendapat interferensi dari frekuensi-frekuensi lain,
noise, atau bentuk-bentuk gangguan lainnya. Gangguan-gangguan itu umumnya
berupa variasi amplitudo sehingga mau tidak mau akan memengaruhi amplitudo
gelombang yang terkirim.
Akibatnya,
informasi yang terkirim pun akan berubah dan ujung-ujungnya mutu informasi yang
diterima jelas berkurang. Efek yang kita rasakan sangat nyata. Suara merdu
Andien yang mendayu akan terdengar serak, aransemen Dewa yang bagus itu jadi
terdengar enggak karuan, dan suara Iwan Fals benar-benar jadi fals.
Cara
mengurangi kerugian yang diakibatkan oleh redaman, noise, dan interferensi
cukup sulit. Pengurangan amplitudo gangguan (yang mempunyai amplitudo lebih
kecil), akan berdampak pada pengurangan sinyal asli. Sementara, peningkatan
amplitudo sinyal asli juga menyebabkan peningkatan amplitudo gangguan. Dilema
itu bisa saja diatasi dengan menggunakan teknik lain yang lebih rumit. Tapi,
rangkaian penerima akan menjadi mahal, sementara hasil yang diperoleh belum
kualitas Hi Fi dan belum tentu setara dengan harga yang harus dibayar.
Itulah
barangkali yang menyebabkan banyak stasiun radio siaran bermodulasi AM pindah
ke modulasi FM. Konsekuensinya, mereka juga harus pindah frekuensi carrier
karena aturan alokasi frekuensi carrier untuk siaran AM berbeda dengan siaran
FM. Frekuensi carrier untuk siaran AM terletak di Medium Frequency (300 kHz – 3
MHz/MF), sedangkan frekuensi carrier siaran FM terletak di Very High Frequency
(30 MHz – 300 MHz/VHF).
Modulasi FM
Di
pemancar radio dengan teknik modulasi FM, frekuensi gelombang carrier akan berubah
seiring perubahan sinyal suara atau informasi lainnya. Amplitudo gelombang
carrier relatif tetap. Setelah dilakukan penguatan daya sinyal (agar bisa
dikirim jauh), gelombang yang telah tercampur tadi dipancarkan melalui antena.
Seperti
halnya gelombang termodulasi AM, gelombang ini pun akan mengalami redaman oleh
udara dan mendapat interferensi dari frekuensi-frekuensi lain, noise, atau
bentuk-bentuk gangguan lainnya. Tetapi, karena gangguan itu umumnya berbentuk
variasi amplitudo, kecil kemungkinan dapat memengaruhi informasi yang menumpang
dalam frekuensi gelombang carrier.
Akibatnya,
mutu informasi yang diterima tetap baik. Dan, kualitas audio yang diterima juga
lebih tinggi daripada kualitas audio yang dimodulasi dengan AM. Jadi, musik
yang kita dengar akan serupa dengan kualitas musik yang dikirim oleh stasiun
radio sehingga enggak salah kalau stasiun-stasiun radio siaran lama (yang
dulunya AM) pindah ke teknik modulasi ini. Sementara stasiun-stasiun radio baru
juga langsung memilih FM.
Selain
itu, teknik pengiriman suara stereonya juga tidak terlalu rumit. Jadinya,
rangkaian penerima FM stereo mudah dibuat, sampai-sampai dapat dibuat seukuran
kotak korek api. Produk FM autotuner seukuran kotak korek api ini sudah gampang
diperoleh di kaki lima dengan harga yang murah. Kualitasnya cukup memadai untuk
peralatan semurah dan sekecil itu.
Rangkaian “squelch”
Pada
penerima FM (yang juga ada di pesawat televisi), sinyal radio yang hilang akan
menyebabkan terdengar suara desis noise yang cukup keras. Karena mengganggu,
sebagian besar penerima FM dilengkapi dengan rangkaian squelch yang berfungsi
untuk mematikan audio jika tidak terdeteksi adanya sinyal siaran. Pada radio
komunikasi VHF dan UHF (yang juga menggunakan FM), rangkaian squelch dapat
diatur sedemikian rupa sehingga masih dapat mendengarkan sinyal suara yang
volumenya sedikit di atas desis noise.
Pembagian kanal FM di Indonesia
Jumlah
kanal yang disiapkan dalam alokasi frekuensi 87,5 MHz hingga 108 MHz memang
sebanyak 204 kanal. Tapi, tentu saja hal itu tidak menyebabkan 204 stasiun
radio bisa didirikan di kota kita. Sebab jarak antarkanal yang terlalu rapat
akan menyebabkan interferensi antarstasiun radio.
Karena
itu, aturan dalam Keputusan Menteri Perhubungan No KM 15 Tahun 2003
mensyaratkan jarak minimal antarkanal dalam satu area pelayanan (yang umumnya
se-Kota atau se-Kabupaten) adalah 800 kHz. Kecuali pada kota besar semacam
Jakarta, Bandung, Surabaya, Semarang, Medan yang sudah telanjur mempunyai
stasiun cukup banyak. Jarak minimal untuk kota-kota itu adalah 400 kHz.
Pembagian
kanal untuk tiap area layanan tentunya juga disesuaikan dengan faktor-faktor
seperti : kepadatan penduduk, perkembangan kawasan, dan lainnya. Sebab, apalah
gunanya menyediakan banyak kanal jika pendirian stasiun-stasiun baru di suatu
area layanan tidak menjanjikan.