Modulasi adalah proses mengubah data menjadi gelombang radio dengan cara menambahkan informasi ke sinyal pembawa (carrier) elektronik atau optik. Sinyal carrier ini punya gelombang tetap — baik dari segi tinggi (amplitudo) maupun frekuensi.
Bagaimana cara kerja modulasi
Informasi bisa ditambahkan ke sinyal carrier dengan cara mengubah amplitudo, frekuensi, fase, polarisasi (untuk sinyal optik), bahkan sampai ke fenomena tingkat kuantum seperti spin.
Modulasi umumnya diterapkan pada sinyal elektromagnetik seperti gelombang radio, sinyal laser/optik, dan jaringan komputer. Bahkan bisa juga diterapkan ke arus searah (DC) — yang diperlakukan seperti sinyal pembawa dengan amplitudo tetap dan frekuensi 0 Hz — misalnya lewat nyala-mati seperti di kode Morse atau antarmuka loop arus digital. Kalau tanpa carrier, seperti sinyal respons yang mengindikasikan perangkat tak lagi terhubung, itu disebut modulasi baseband.
Modulasi juga bisa diterapkan ke arus bolak-balik frekuensi rendah (50-60 Hz), contohnya pada jaringan listrik rumah yang digunakan untuk komunikasi (powerline networking).
Jenis-jenis modulasi
Berikut ini beberapa metode modulasi yang umum digunakan (meskipun tidak semuanya):
- Amplitude Modulation (AM): Amplitudo (tinggi) dari sinyal pembawa diubah-ubah untuk mewakili data.
- Frequency Modulation (FM): Frekuensi dari sinyal pembawa diubah mengikuti frekuensi data.
- Phase Modulation (PM): Fase sinyal pembawa diubah-ubah sesuai dengan perubahan frekuensi data. Mirip seperti FM, tapi yang diubah adalah fasenya, bukan frekuensinya.
- Polarization Modulation: Sudut rotasi sinyal optik diubah-ubah untuk menyampaikan data.
- Pulse-Code Modulation: Sinyal analog di-sampling, lalu dijadikan data digital untuk memodulasi sinyal carrier digital.
- Quadrature Amplitude Modulation (QAM): Menggunakan dua sinyal AM untuk mengkodekan dua atau lebih bit dalam satu transmisi.
Radio, TV, dan siaran satelit umumnya memakai AM atau FM. Radio dua arah jarak pendek (puluhan kilometer) biasanya pakai FM, sementara jarak jauh (ratusan hingga ribuan kilometer) pakai mode seperti single sideband (SSB).
Modulasi yang lebih kompleks misalnya phase-shift keying (PSK) dan QAM. Wi-Fi modern menggunakan gabungan PSK dan QAM64 atau QAM256 untuk menyalurkan banyak bit dalam satu simbol.
PSK menyampaikan data dengan memodulasi fase sinyal carrier menggunakan kombinasi sine dan cosine. PSK banyak dipakai di jaringan Wi-Fi, RFID, dan Bluetooth. Demodulator akan membaca fase sinyal lalu mengubahnya kembali ke bentuk data aslinya.
Kenapa modulasi dipakai?
Sinyal pembawa (carrier) pada frekuensi radio sebenarnya tidak membawa informasi secara langsung. Untuk menyisipkan suara atau data, dibutuhkan sinyal tambahan yang mengubah bentuk gelombang carrier — inilah yang disebut modulasi. Untuk menyampaikan suara, sinyal audio diubah dulu jadi sinyal listrik pakai transduser, lalu digunakan untuk memodulasi sinyal carrier.
Analog vs Digital
Skema modulasi bisa bersifat analog atau digital. Modulasi analog memakai sinyal input yang berubah secara kontinu seperti gelombang sinus. Sedangkan modulasi digital akan mengambil sampel suara pada interval tertentu, dikompresi, lalu dikonversi menjadi bit stream yang kemudian dimodulasikan ke sinyal carrier dalam bentuk gelombang khusus.
Modulasi dan Demodulasi
Modulasi adalah proses mengkodekan informasi ke dalam sinyal yang dikirim. Demodulasi adalah proses mengekstrak kembali informasi dari sinyal tersebut. Banyak faktor memengaruhi seberapa akurat informasi bisa diambil dari sinyal, salah satunya adalah interferensi elektromagnetik yang bisa merusak sinyal. Demodulator biasanya punya tahapan amplifikasi dan penyaringan (filtering) untuk meminimalkan gangguan.
Perangkat yang melakukan kedua proses ini disebut modem — gabungan dari kata MOdulator dan DEModulator.
Modem audio komputer memungkinkan komunikasi data via saluran telepon analog dengan mengubah data jadi suara, dan modem penerima akan mendemodulasi kembali sinyal suara jadi data. Modem kabel bekerja dengan cara serupa tapi lewat sinyal jaringan kabel.
Sinyal carrier juga bisa membawa lebih dari satu aliran data. Multiplexing adalah teknik menggabungkan beberapa aliran ke dalam satu carrier. Contohnya dengan Time-Division Multiplexing (TDM), setiap saluran mendapat jatah waktu tertentu. Alternatif lainnya adalah Frequency-Division Multiplexing (FDM), yang memakai carrier berbeda pada frekuensi berbeda. Dalam jaringan optik, digunakan Wavelength-Division Multiplexing (WDM) dengan banyak laser pada panjang gelombang berbeda untuk meningkatkan bandwidth.
Kenapa modulasi penting di komunikasi?
Dengan modulasi, satu media bisa dipakai untuk banyak sinyal lewat carrier yang berbeda frekuensi. Wi-Fi misalnya, pakai beberapa channel sekaligus untuk komunikasi dua arah.
Sinyal carrier juga bantu memperpendek panjang gelombang, sehingga perangkat seperti antena jadi lebih kecil dan efisien. Kalau tanpa modulasi, sinyal audio 3000 Hz butuh antena sepanjang 25 km, tapi dengan FM 100 MHz, panjang antenanya cukup sekitar 80 cm saja.
Modulasi dan Duty Cycle
Dalam komunikasi nirkabel, duty cycle adalah seberapa lama sinyal RF dipancarkan oleh jaringan. Duty cycle ini penting untuk mengetahui seberapa besar paparan radiasi elektromagnetik ke tubuh manusia. Nilainya bisa berubah tergantung pada beban data dan kecepatan jaringan — misalnya apakah sedang digunakan untuk VoIP, streaming video, atau tidak aktif sama sekali.