modulation

Generator modulation FM setereo
Radio Data System (RDS) merupakan sebuah sistem penyisipan data yang digunakan di Eropa. Dikembangkan oleh Europe Broadcasting Union(EBU) dan diadaptasi di Amerika serikat sebagai Radio Data Broadcast System(RDBS). RDS menjadi sebuah sistem penyisipan data yang sering digunakan untuk menyampaikan informasi lain selain informasi suara pada Siaran FM komersial.
RDS adalah sebuah sistem yang diaplikasikan pada VHF/FM broadcasting 87.5-108 MHz yang memungkinkan membawa siaran stereo atau mono. Tujuan utama dari sistem ini adalah untuk mengembangkan fungsi penerima FM agar lebih informatif dengan memanfaatkan fitur-fitur yang ada. RDS memanfaatkan sisa lebar pita kanal FM broadcasting pada sub-pembawa 57kHz untuk menitipkan paket-paket informasi lain


Gambar  Spektrum isyarat FM dengan RDS
Paket data yang disusun dengan bentuk tertentu tersebut disandikan oleh RDS encoder terlebih dahulu. Paket data itu kemudian dititipkan pada sub-pembawa untuk dipancarkan. Garis besar sistem FM stereo dengan RDS dapat dilihat pada gambar berikut
Gambar  Bagan umum sistem RDS

Pada perkembangannya RDS mempunyai banyak fitur yang sangat informatif seperti Program Identification(PI), Program Type(PTY), Alternative Frequency (AF), Program Service(PS), dan beberapa fitur lainnya. Fitur-fitur tersebut merupakan data yang memberikan informasi kepada penerima. Misalnya nama stasiun, informasi waktu, genre lagu, judul lagu dan sebagainya. Sistem RDS menggunakan kelompok-kelompok data(data group) yang masing-masing memiliki panjang 104 bit yang terbagi dalam 4 blok. Tiap blok terdiri dari 16 bit informasi dan 10 bit checkword untuk keperluan error detection. Data bit tersebut di-sandikan secara differential Bi-phase Shift keying) dan dimodulasikan ke isyarat sub-pembawa 57 KHz yang merupakan kelipatan isyarat pembawa pilot (19 KHz). Setelah itu hasil modulasi isyarat data ter-sandi-kan, isyarat audio stereo dan pilot 19KHz dijumlahkan(summing) dengan isyarat audio stereo dan dipancarkan.

Bingkai atau Kelompok Data
Data yang akan dikirimkan oleh sistem RDS berupa kelompok data yang terdiri dari bit-bit. Sesuai dengan gambar , tiap 26 bit data menyusun sebuah blok yang terdiri dari 10 bit informasi dan 10 bit checkword . Kemudian setiap 4 blok menyusun sebuah kelompok .
Gambar  Struktur data RDS
Bit-bit dalam kelompok tersebut dikirimkan secara sinkron tanpa ada jeda antar blok dalam satu kelompok. Blok pertama pada tiap kelompok selalu berisi Program Identification(PI) yaitu informasi umum tentang pemancar. Mencakup kode negara, daerah pancaran dll. Informasi ini tidak berubah pada pemancar yang sama. Blok kedua pada tiap kelompok mencakup informasi jenis kelompok(group type), Program Type(PTY), dan informasi lain tergantung dari jenis kelompok yang dikirimkan.
Tiap kelompok data dikirimkan sesering mungkin setelah kelompok data sebelumnya terkirim. Namun tidak ada waktu khusus yang menentukan jeda antar kelompok yang terkirim. Hal ini dapat terjadi karena adanya pendeteksi kesalahan pada penerima yang bisa mendeteksi dan memperbaiki pergeseran bit(slip) pada kelompok data yang dikirimkan.
Gambar  Format data RDS
Jenis kelompok (Group Type)
Beberapa bit dalam sebuah kelompok data menentukan jenis dari kelompok tersebut. Jenis kelompok membedakan jenis informasi-informasi yang terkirim dalam kelompok tersebut. Bit penentu tersebut berada pada blok kedua yaitu bit A3-A0 dan B0
Terdapat 16 jenis kelompok data dengan masing-masing kelompok mempunyai 2 versi yaitu versi A dan B. versi A menggunakan blok 3 dan 4 untuk informasi, sedangkan versi B hanya menggunakan blok 4 sebagai informasi dan blok 3 merupakan informasi PI. Tabel jenis kelompok dapat dilihat pada lampiran.
Dalam tugas akhir ini, penulis akan menggunakan salah satu fitur RDS yaitu Program Service(PS) untuk mengirimkan teks. PS hanya terdapat pada jenis kelompok  0A  dan 0B sehingga untuk lebih lanjut hanya akan dibahas jenis kelompok ini.
Kelompok 0A dan 0B adalah  kelompok yang sering terpakai dalam sistem RDS dalam pengiriman informasi. Di dalam kelompok ini terdapat 7 sampai 8 fitur RDS sekaligus yaitu Program Identification(PI), Program Type(PTY), Program Service(PS), Traffic Program(TP), Traffic announcement (TA), Music/Speech(M/S), Decoder Identification(DI), dan Alternatife Frequency(AF). Khusus AF adalah fitur yang hanya terdapat pada jenis 0A pada blok 3. Untuk Jenis 0B, blok 3 berisi informasi PI.

Gambar Jenis 0A

Gambar Jenis 0B
Berikut penjelasan informasi lainnya yang juga termasuk dalam kelompok 0A dan 0B:
M/S – Music Speech Switch
M/S adalah bit indikasi siaran dalam mode musik atau obrolan(speech). Jika bit bernilai 1(high) maka siaran   tersebut sedang diisi musik. Sedangkan jika bit bernilai 0(low) maka siaran tersebut sedang diisi oleh obrolan
TA & TP – Traffic Announcement & Traffic Program Identification
Merupakan bit indikasi adanya fitur lain dalam kelompok berikutnya. Bit ini juga difungsikan sebagai penanda adanya siaran tentang pemberitahuan trafik lalu lintas.
DI – Decoder Identification
DI adalah bit indikasi perubahan mode PTY yang digunakan. dan penanda siaran stereo atau mono. d0 merupakan penanda siaran stereo atau mono, d1 merupakan indikasi adanya artificial head, d2 merupakan indikasi mode kompresi dan d3 merupakan informasi PTY statis atau dinamis.
AF –Alternatife frequency
AF adalah fitur RDS dimana penerima bisa merubah pilihan frekuensi yang diterimanya ketika daya pancar stasiun yang diterima mulai melemah dan memasuki daerah regional lain. Pada tugas akhir ini, jika jenis kelompok yang digunakan adalah 0A maka AF akan bernilai E0(hexadesimal) yang menandakan tidak ada fitur AF.
Program Identification (PI)
PI adalah fitur RDS yang meng-informasikan kode negara, daerah cakupan dan beberapa informasi lain(khusus RDS di eropa). Informasi ini tidak ditampilkan pada penerima, fitur ini dibuat untuk pembatasan regional penggunaan FM RDS di dunia.

Gambar Format PI
Untuk konfigurasi umum, symbol dan Extended Country Code(ECC) adalah bit yang menginformasikan kode negara. Karena banyaknya jumlah negara di dunia, maka symbol harus mempunyai kode unik yaitu ECC. Sedangkan, coverage code adalah informasi luasnya jangkauan cakupan tidak dalam nominal tetapi dalam golongan luas area. Misalnya daerah pancaran lokal, nasional, internasional dan regional.  Tabel coverage code dapat dilihat pada gambar
Pada tugas akhir ini, informasi PI akan disesuaikan dengan aturan yang ada. Symbol yang sudah ditentukan untuk negara Indonesia adalah C(hexadesimal) dan ECC-nya adalah F2(hexadesimal). Dengan daerah cakupan lokal(salatiga) maka coverage area-nya adalah 0(hexadesimal).

Tabel Coverage Code
Program Type (PTY)
PTY adalah fitur RDS yang menyediakan informasi acara yang sedang disiarkan. Dengan 5 bit informasi maka terdapat 32 jenis informasi acara termasuk informasi keadaan darurat. Fitur PTY ini juga yang membuat perbedaan antara eropa(RBDS) dengan amerika serikat(RDS). Yang membedakan adalah tabel acaranya. Misalnya informasi PTY adalah 1F(hexadesimal), pada penerima di eropa akan tertampil “Alarm!” Sedangkan pada penerima di USA tertampil “Alert!”.
Informasi PTY ini dapat bersifat statis(tidak berubah) atau dinamis(terus berubah). Informasi tambahan ini akan ditentukan oleh DI segment. DI akan menginformasikan mode dari PTY yang dikirimkan statis atau dinamis dan beberapa informasi lainnya. Untuk tabel PTY dapat dilihat pada http://en.wikipedia.org/wiki/Radio_Data_System
Program Service (PS)
PS merupakan fitur yang akan digunakan untuk mengirimkan data teks pada tugas akhir ini. PS adalah fitur RDS yang digunakan untuk mengirimkan teks yang bersifat statis, tidak sering berganti. Umumnya digunakan untuk identifikasi nama stasiun. Fitur ini menyediakan tempat sebesar 8 karakter. 8 karakter tersebut dikirimkan melalui 4 kelompok dengan masing-masing karakter di alokasikan pada blok 4. Sebagai penanda karakter, pada kelompok 0A atau 0B terdapat 2 bit penanda urutan karakter yaitu C0 dan C1. Informasi ini akan disimpan dan ditampilkan pada penerima sampai ada informasi baru yang dikirimkan.
Offset word
Offset word adalah informasi tambahan yang digunakan untuk sinkronisasi blok dan kelompok pada penerima. .Tiap blok akan mempunyai offset word yang berbeda. untuk blok pertama, maka akan digunakan offset word A dan seterusnya. Offset word tersebut akan dijumlahkan (XOR) dengan proteksi bit agar pada penerima dapat mendeteksi sebuah blok.

Tabel  offset word
Offset word C digunakan pada jenis pertama(0A) dan C’ untuk jenis kelompok kedua(0B).
Proteksi Kesalahan Data
Setiap 26-bit data (blok) mempunyai 10-bit checkword yang fungsi utamanya adalah memungkinkan penerima untuk mendeteksi dan memperbaiki kesalahan data selama pengiriman. 10-bit tersebut merupakan penjumlahan dari offset word dengan hasil perkalian bit informasi terhadap generator polinomial.
 Metode yang digunakan adalah Optimum burst error correcting shortened cyclic code. Yang mempunyai generator polinomial :
 g(x) = x10+ x8 + x7 + x5 + x4 + x3 + 1 
Dari persamaan tersebut akan dihasilkan sebuah matriks G sebagai generator checkword. dimana tiap bit pada 16-bit informasi akan dikalikan dengan matriks sehingga mendapatkan 10-bit checkword. Checkword tersebut kemudian dijumlahkan(XOR) dengan offset word untuk keperluan sinkronisasi blok.
Pada penerima dengan mengasumsikan bahwa x adalah data yang dikirimkan, y adalah data yang diterima dan z adalah hasil jumlah(XOR) dari x dan y(z=x+y). maka z akan mempunyai bit 1 untuk setiap kesalahan data.

Gambar Matriks G
Pada penerima dengan mengasumsikan bahwa x adalah data yang dikirimkan, y adalah data yang diterima dan z adalah hasil jumlah(XOR) dari x dan y (z=x+y). maka z akan mempunyai bit 1 untuk setiap kesalahan data. Sedangkan dengan perkalian y dengan  matriks H hasil dari turunan matriks G, akan dihasilkan sebuah deretan bit yang disebut syndrome. Jika terjadi kesalahan data, maka deretan syndrome akan muncul. Relasi inilah yang digunakan untuk mendeteksi kesalahan dan sinkronisasi blok.

Gambar Matriks H
Proteksi kesalahan data dilakukan dengan memisahkan offset word terlebih dahulu . Jika kita menambahkan offset word pada data berarti kita menambahkan suatu kesalahan bit pada data. Sehingga jika tidak ada kesalahan data dalam pengiriman maka untuk setiap offset word akan mempunyai syndrome tertentu.
Encoder dan Decoder
Untuk dikirimkan secara analog, data RDS menggunakan modulasi digital Differential Bi-Phase Shift Keying(DBPSK). Dengan menggunakan frekuensi clock 1187.5 Hz yang diperoleh dari hasil bagi 48 dari frekuensi pembawa yaitu 57kHz. Data yang akan dikirimkan terlebih dahulu didiferensialkan menggunakan tabel kebenaran seperti berikut:

Tabel Differential encoder
 Setelah itu data yang sudah di-diferensialkan tersebut akan di-encode dengan modulasi digital Bi-Phase Shift Keying(BPSK). Tiap perubahan bit akan menyebabkan perubahan fase pada pembawa sebesar 1800. secara konsep pada BPSK, data akan menghasilkan impuls dengan persamaan sebagai berikut.
    Â
untuk logika 1 pada data
dan
              Â
untuk logika 0 pada data
lalu impuls-impuls  tersebut dilewatkan pada sebuah filter sebagai berikut:
    Â
dengan
                      
Secara garis besar, respon frekuensi nya akan menyerupai gambar berikut

Gambar respon frekuensi
Sehingga diperoleh isyarat sinusoidal yang berubah fase 1800 setiap perubahan data. Isyarat informasi yang telah disandikan tersebut kemudian dimodulasikan pada pembawa 57kHz.

Gambar Proses Encoding
Pada Penerima, decoder akan mendeteksi perubahan fase pada isyarat data sebagai adanya perubahan level pada isyarat informasi sesuai dengan acuan ketukan yang sudah rekonstruksi dari isyarat 57kHz. Deteksi  perubahan fase tersebut menggunakan pembalik isyarat  dan integrator. Lalu differential decoder akan mengembalikan data yang sebelumnya sudah di-differensialkan. Dengan tabel kebenaran sebagai berikut:

Tabel differential decoder

Gambar Proses decoding]
Data tersebut kemudian diproses dengan proteksi kesalahan dan sinkronisasi blok.
Sinkronisasi Blok
Tiap blok dalam sebuah kelompok dapat di identifikasi dengan penambahan offset word A, B, C atau C’ dan D yang ditambahkan pada checkword. Awal dan akhir sebuah blok dapat dikenali mengingat decoder akan mendeteksi kesalahan ketika terjadi slip. Data yang masuk akan dicek bit per bit sampai dikenali adanya syndrome. Syndrome berfungsi mendeteksi letak blok pada suatu deretan informasi. Syndrome dihasilkan dari perkalian matriks H dengan offset word. syndrome ”spesial” tadi dapat menentukan data tersebut berada pada blok yang mana. Namun ketika semakin banyak kesalahan bit yang terjadi maka cara sinkronisasi seperti ini akan sulit untuk digunakan.

Tabel Syndrome khusus
Cara lain untuk sinkronisasi blok adalah dengan mendeteksi PI yang selalu statis. Namun hal ini berarti penerima harus menunggu satu kali pengiriman kelompok atau 2 blok pada jenis kelompok B(PI pada blok 1 dan 3).
Modulasi dan demodulasi sub-pembawa
Data yang sudah dalam bentuk analog tersebut kemudian dititipkan pada sub-pembawa 57kHz. Isyarat informasi tersebut dititipkan dengan modulasi AM-DSB SC yaitu modulasi amplitudo tanpa mengirimkan informasi pembawanya.
Jika dimisalkan suatu tegangan frekuensi tunggal dan frekuensi pembawa beramplitudo satu maka persamaannya menjadi:
F(t)=Vm cos (wmt) cos (wct)     Â
Setelah hasil kali pencampuran yang tidak diinginkan ditapis , dengan menggunakan identitas trigonometri, persamaan tersebut dapat ditulis menjadi:
F(t)=(Vm/2) cos (wc + wm)t  +  (Vm/2) cos (wc - wm)t Â
Dimana:
Vm    = Amplitudo sinyal informasi
wc     = Frekuensi sudut sinyal pembawa
wm    = Frekuensi sudut sinyal informasi
F(t)   = Sinyal AM-DSB-SC
dengan persamaan di atas dapat kita temukan bahwa hasil modulasi AM-DSB-SC mempunyai 2 komponen yaitu pita sisi atas dan pita sisi bawah
Proses ini dapat direalisasikan dengan modulator berimbang digital menggunakan komponen switching analog. Sinyal informasi yang di-­switch ke ground dengan ketukan frekuensi tertentu akan menghasilkan hasil penjumlahan,  pengurangan dan kelipatan dari isyarat informasi dan isyarat ketukan tersebut. Dapat dilihat dari ranah frekuensinya sbb:

Gambar spektrum hasil modulasi berimbang


Hasil keluar dari modulator berimbang ini kemudian akan dilewatkan pada penapis untuk diambil isyarat pada frekuensi ±57kHz.
Gambar  diatas menunjukkan bentuk sinyal yang di sampling dan bentuk sinyal hasil sampling setelah ditapis.
Wani W. Suryohudoyo.
-end-
"Penyisipan Data Digital Pada FM Stereo Broadcasting Dengan RDS" 2009.
hak cipta oleh penulis, penggandaan dokumen cukup mencantumkan judul dan tahun.