Bagaimana Jika Receiver Sinyal Kita Hanya Seukuran Atom?

Dalam perkembangan peradaban manusia komunikasi adalah hal yang sangat penting. Di masa sekarang, kemampuan manusia untuk berkomunikasi sudah sampai tahap dimana manusia sudah tidak lagi mengenal jarak antar dua pihak. Tentu ada mekanisme yang menarik mengapa hal ini bisa terjadi.

Sistem Komunikasi

Dalam komunikasi pasti akan ada informasi yang akan dihantarkan dan juga ada penerima informasi. Informasi yang disampaikan dapat berbentuk isyarat analog seperti suara dan video, dapat pula berupa isyarat digital dalam bentuk data biner. Agar informasi ini dapat dihantarkan, maka adanya media penyaluran informasi tersebut penting untuk diperhatikan. Media penyaluran ini dapat berupa penyaluran terpandu atau wireline dan dapat pula tidak terpandu atau wireless. Dalam konteks artikel ini yang akan kita bahas adalah penyaluran informasi tak terpandu dimana isyarat yang dihantarkan harus diubah dahulu dalam bentuk gelombang elektromagnetik.

Untuk menghantarkan isyarat masukan tersebut maka diperlukan suatu isyarat lagi yang berperan sebagai pembawa isyarat masukan tersebut. Isyarat ini berupa sinyal sinusoidal dan biasa dikenal dengan carrier signal. Metode penumpangan informasi ke sinyal pembawa ini disebut dengan teknik modulasi. Ada 3 hal yang dapat dimanfaatkan dari sinyal sinusoidal sehingga sinyal ini dapat disisipkan informasi didalamnya. Yang pertama adalah kombinasi amplitudo dimana amplitudo akan berubah-ubah sesuai dengan informasi yang dikirim. Metode ini disebut dengan amplitude modulation (AM). Yang kedua adalah kombinasi frekuensi dimana frekuensi juga akan berubah-ubah sesuai dengan informasi yang dikirim. Metode ini dikenal dengan frequency modulation (FM). Yang terakhir adalah phase modulation dimana fase sinyal akan berubah-ubah mengikuti informasi yang dikirim.

Dalam pentransmisian digital seperti sekarang ini, metode modulasi fase jauh lebih populer dibanding dengan metode lain. Teknik dalam modulasi sinyal digital pun juga cukup beragam. Dari jumlah data (diukur dalam satuan bit) yang dikirim metode modulasi digital dibagi menjadi 2. Yang pertama adalah modulasi biner, dimana setiap periode gelombang transmisi hanya membawa 1 bit informasi. Modulasi biner yang memanfaatkan perubahan fase sinyal pembawa dikenal dengna metode binary phase shift keying (BPSK). Ada juga dimana setiap periode gelombang transmisi dapat membawa lebih dari 1 bit informasi. Yang sering digunakan adalah quadrature phase shif keying (QPSK) dimana pada tiap periode gelombang dapat membawa 2 bit informasi sekaligus. Kemudian ada pula teknik quadrature amplitude modulation (QAM) yang memanfaatkan kombinasi fase sekaligus amplitude sebagai representasi informasi.[1]

Demodulasi

Dalam proses tadi kita telah mengenal modulasi dimana informasi disisipkan ke sinyal pembawa sehingga menhasilkan pola sinyal yang unik. Untuk mengetahui sinyal yang terkandung dalam sinyal pembawa tadi maka diperlukan proses yang disebut demodulasi. Singkatnya, demodulasi bermakna penggalian kembali informasi yang dibawa sinyal pembawa.

Rydberg Atom Based Sensor

Dalam suatu paper jurnal yang diterbitkan di IEEE Explore, Christopher L. Holloway dan koleganya mencoba untuk mendeteksi sinyal isyarat elektromagnetik dengan memanfaatkan atom Rydberg ini. Rydberg atom ini dapat berinteraksi dengan medan listrik. Sifat inilah yang kemudian dimanfaatkan untuk mendeteksi gelombang elektromagnetik yang mengenainya.

Pada percobaan sebelumnya Rydberg antenna sudah dicoba untuk menangkap sinyal AM dan FM. Hasilnya luar biasa, dengan memanfaatkan atom Rydberg ini sinyal AM dan FM dapat langsung terdemodulasi.

Keberhasilan ini kemudian mendorong Holloway untuk mencoba mendemodulasi sinyal PM (BPSK, QPSK, dan QAM) yang mana cukup populer digunakan sebagai carrier sinyal digital. Sinyal informasi kemudian memodulasi sinyal pembawa yang kemudian mengenai rangkaian Rydberg atom tadi. Sinyal laser yang dilewatkan akan berubah warnanya bergantung pada sinyal modulasi yang melewati atom tersebut[2]. Perubahan sinyal laser inilah yang kemudian dideteksi dengan photodetector untuk diterjemahkan kedalam amplitude dari sinyal BPSK, QPSK, maupun QAM. Hasil yang diperoleh dari proses ini adalah berupa informasi amplitude sinyal yang dikirim. Dengan menggunakan signal analyzer kita juga dapat mendeteksi perubahan fase dari amplitude yang diterima.

Hasil percobaan ini menuntun Holloway pada beberapa kesimpulan. Diantara kelebihan yang dimiliki oleh Rydberg atom-based receiver ini adalah perihal ukurannya yang hanya dalam skala mikrometer. Tentu ini akan menghemat ruang pada perangkat elektronik yang akan dikembangkan. Demodulasi juga lebih sederhana karena output dari penggunaan atom ini sudah berupa intermediete frequency yang lebih mudah untuk diterjemahkan. Prosesnya terjadi secara real time dengan sensivitas tinggi pada rentang frekuensi 100 MHz- 1 THz. Dan juga kuat indikasinya bahwa metode ini lebih tahan terhadap derau (noise) terhadap sistem konvensional.[3]

Sayangnya masih ada beberapa kendala dari metode baru ini. Salah satunya adalah masalah sistem laser yang digunakan. Agar metode tersebut dapat diterapkan maka perlu adanya sistem kopling laser yang lebih ringkas dan murah. Walau begitu dengan segala kelebihan yang telah diketahui, banyak lembaga-lembaga diluar sana yang tertarik untuk mengetahui lebih lanjut mengenai metode ini. Tentu pengembangan lebih lanjut masih diperlukan agar potensi dari metode ini dapat dimaksimalkan sehingga dapat dimanfaatkan dalam sistem modulasi digital di masa mendatang.

Referensi :

[1] Setiyanto, Budi. 2011. Dasar-Dasar Telekomunikasi. SAKTI. Yogyakarta

[2] National Institute of Standart and Technology. 2019. Team shows atoms can receive common communications signals. dilihat 29 September 2019. https://phys.org/news/2019-09-team-atoms-common.html.

[3] Holloway, Christopher L., Simons, Matthew T., Gordon, Joshua A., dan Novotny, David. 2019. Detecting and Receiving Phase-Modulated Signals With a Rydberg Atom-Based Receiver. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol. 18, No.9