dasar sinyal - alfinalfin.dosen.st3telkom.ac.id/wp-content/uploads/sites/8/2015/12/... · dasar...

Dasar Sinyal

S1 TEKNIK TELEKOMUNIKASI

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI TELEMATIKA TELKOM

PURWOKERTO

2015

Apakah sinyal itu ?

Suatu besaran fisis yang berubah seiring denganwaktu, ruang atau beberapa variabel

Kuantitas terukur yang rentang waktunya atau spatialbervariasi

Konsep Frekuensi

• Sinyal telekomunikasi merupakan kombinasi dari banyak gelombang cosinus atau sinus dengan kekuatan dan frekuensi yang berbeda

• Frekuensi adalah jumlah siklus gelombang sinyal di dalam satu detik

• Satuan frekuensi adalah Hertz– Jika suatu sinyal memiliki 1000 siklus gelombang

per detik maka frekuensinya 1000 Hz• Rentang frekuensi yang dikandung sebuah

sinyal disebut spektrum• Nilai maksimum sinyal disebut amplituda

3

Sinyal analog vs Sinyal Digital

4

Sinyal analog memiliki jumlah kemungkinan nilai amplituda yang tak terhingga

Sinyal digital memiliki jumlah kemungkinan

nilai amplituda yang terhingga

5

Binary Signal• Binary signal (sinyal biner) : sinyal

digital yang hanya memiliki dua kemungkinan nilai

Contoh: • Cahaya on versus

cahaya off• Ada tegangan versus

tidak ada tegangan• Arus rendah versus

arus tinggi

• Sinyal biner digunakan di dalam sistem komputer dan sistem digital lain untuk merepresentasikan setiap sinyal digital

Contoh:• Kita dapat

menyatakan delapan level tegangan pada contoh “tegangan digital” yang sudah kita lihat, ke dalam 3 bit biner (setiap words menyatakan satu dari 23 nilai)

• Setiap words dapat dinyatakan dalam bentuk sinyal biner

Keunggulan Teknologi Digital

• Teknologi digital menawarkan biaya lebih rendah, keandalan (reliability) yang lebih baik, pemakaian ruang yang lebih kecil, dan konsumsi daya yang rendah

• Teknologi digital membuat kualitas komunikasi tidak tergantung pada jarak

• Teknologi digital lebih toleran terhadap noise• Jaringan digital ideal untuk komunikasi data yang semakin

berkembang• Teknologi digital memungkinkan pengenalan layanan-layanan

baru• Teknologi digital menyediakan kapasitas transmisi yang besar• Teknologi digital menawarkan fleksibiltas

6

Sinyal Analog Sinyal analog adalah sinyal data dalam bentuk gelombang yang yang

kontinu, yang membawa informasi dengan mengubah karakteristikgelombang

Dua parameter atau karakteristik terpenting yang dimiliki oleh sinyalanalog adalah : Amplitudo

Frekuensi

Sudut fasa

Sinyal analog biasanya dinyatakan dengan gelombang sinus,mengingat gelombang sinus merupakan dasar untuk semuabentuk sinyal analog

Analog Message

• Pesan analog adalah kuantitas fisik yang bervariasi terhadap waktu dan dalam bentuk yang kontinu

• Contoh sinyal analog adalah tekanan akustik yang dihasilkan ketika kita berbicara • Satu contoh pesan analog adalah arus voice pada saluran telepon konvensional• Karena informasi terkandung pada gelombang yang selalu berubah terhadap

waktu, maka sistem komunikasi analog harus dapat mentransmisikan gelombang ini pada tingkat fidelitas tertentu– Fidelitas dapat diartikan secara sederhana sebagai kemiripan

• Fidelity is how accurate a copy is to its source

8

Sifat Sinyal

Sebuah sinyal mengandung informasi berupa :

Amplitudo : Amplitudo merupakan ukuran tinggirendahnya tegangan dari sinyal analog

Frekuensi : Jumlah gelombang sinyal analog dalam satuandetik

Sudut Fasa : besar sudut dari sinyal analog pada saattertentu

• Setiap sinyal telekomunikasi dapat dinyatakan oleh penjumlahan gelombang fundamental cosinus sebagai berikutv(t) =Acos(ωt+φ) = Acos(2πft +φ)f = frekuensi sinyalt = waktu dalam satuan detikφ = pergeseran fasaω = frekuensi sudut (angular) dalam satuan radian per detik

• Perioda satu siklus gelombang disebut T• T = 1/f dan f = 1/T• menyatakan jarak yang ditempuh oleh satu siklus gelombang

• = c/f = cTc = kecepatan rambat sinyal

• Kecepatan suara di udara mendekati c = 346 m/s; kecepatan cahaya atau gelombang radio di udara mendekati c = 300.000 km/s

10

11

Soal Latihan (+10)

Sinyal Digital

•Sinyal digital merupakan sinyal data dalam bentuk pulsa yang dapatmengalami perubahan yang tiba-tiba dan mempunyai besaran “0” dan“1”.

•Sinyal digital hanya memiliki dua keadaan, yaitu “0” dan “1”, sehinggatidak mudah terpengaruh oleh derau atau noise

Contoh Sinyal Digital Rectangular Pulse atau Gate Function

Pulsa Rectangular

Daya dan Energi Sinyal

Bandwidth

• Bandwidth sebuah sinyal diukur dari titik dimana daya sinyal turun menjadi setengah dari daya sinyal maksimum

• Bandwidth ini biasa disebut bandwidth 3dB (10 log [(1/2Pmax)/Pmax] -3dB)

16

17

• Bandwidth bisa dihitung juga dengan cara mengurangi frekuensi maksimum sinyal dengan frekuensi minimum sinyal

• Misalnya, spektrum sinyal voice adalah 300 – 3400 Hz, maka bandwidth sinyal voice adalah 3100 Hz

18

Atenuasi dan Bandwidth

Contoh Soal1.

2.

Cacat yang dialami sinyal ketika ditransmisikan

• Distorsi akibat redaman

• Distorsi fasa

• Distorsi akibat noise

ET2080 Jaringan Telekomunikasi

21

Distorsi akibat redaman

• Setiap kanal komunikasi bersifat meredam sinyal

• Sinyal-sinyal berfrekuensi tinggi akan lebih teredam dibandingkan sinyal-sinyal berfrekuensi rendah

• Distorsi akibat redaman dapat dicegah apabila semua frekuensi mengalami tingkat redaman yang sama

ET2080 Jaringan Telekomunikasi

22

Distorsi fasa

• Waktu yang diperlukan oleh sinyal untuk melewati kanal komunikasi disebut delay

• Delay absolut adalah adalah delay yang dialami sinyal ketika melewati kanal pada suatu frekuensi referensi

• Di lain pihak, waktu propagasi sinyal yang frekuensinya berbeda akan berbeda pula– Kondisi ini ekivalen dengan pergeseran fasa– Jika pergeseran fasa terjadi pada seluruh frekuensi yang terkandung

pada sinyal komunikasi, maka sinyal output akan sama dengan sinyal input

– Sebaliknya apabila pergeseran fasa tidak linier dengan frekuensi maka sinyal output akan terdistorsi

• Distorsi delay disebut juga distorsi fasa• Distorsi akibat delay ini biasanya dinyatakan dalam milisecond

atau microsecond di sekitar frekuensi referensi

ET2080 Jaringan Telekomunikasi

23

ET2080 Jaringan Telekomunikasi

24

A delay (phase) equalizer tends to flatten the delay characteristic of a voice channel

Noise

• Noise merupakan setiap sinyal yang tidak diinginkan di dalam sirkit telekomunikasi

• Noise merupakan pembatas kinerja telekomunikasi yang utama

• Noise dapat dibagi ke dalam empat katagori:– Thermal noise

– Intermodulation noise

– Crosstalk

– Impulse noise

25

Thermal Noise

• Thermal noise merupakan noise yang muncul pada seluruh mediatransmisi dan perangkat komunikasi akibat pergerakan elektron

• Thermal noise memiliki distribusi energi yang uniform pada spektrumfrekuensi dan memiliki distribusi level yang normal (Gaussian)

• Thermal noise merupakan faktor penentu batas bawah sensitivitassistem penerima

• Thermal noise berbanding lurus dengan bandwidth dan suhu• Thermal noise untuk sistem dengan bandwidth B adalah:

Pn = -228,6 dBW + 10 log T + 10 log BT = suhu kerja absolut (dalam satuan Kelvin)– Satuan Pn adalah dBW– Note: Kelvin = Celsius + 273,15

• Untuk penerima (receiver) yang bekerja pada suhu ruang (290 K),thermal noise pada receiver tersebut adalah:Pn = -228,6 dBW + 10 log 290 + NFdB +10 log BHzPn = -204 dBW + NFdB +10 log BHz

• NF adalah noise figure dalam satuan dB

26

• Contoh:1. Misalnya ada suatu receiver yang memiliki temperatur

derau (noise) 100 K dengan bandwidth 10 MHz, berapa level thermal noise pada output receiver tersebut?• Jawab:

Pn = -228,6 dBW + 10 log T + 10 log B= -228,6 dBW + 10 log 102 + 10 log 107

= -228,6 + 20 + 70 = -138,6 dBW2. Misalnya ada suatu amplifier dengan temperatur derau

10.000 K dan bandwidth 10 MHz, hitung level thermal noise di output!• Jawab:

Pn = -228,6 dBW + 10 log 104 + 10 log 107

= -228,6 + 40 + 70 = -118,6 dBW3. Suatu receiver mempunyai noise figure 4 dB dan

beroperasi pada suhu ruangan (290 K). Bandwidth receiver tersebut adalah 20 MHz, berapa thermal noisethreshold?

– Jawab:Pn = -228,6 dBW + 10 log 290 + NFdB +10 log BHz

= -204 dBW + 4 dB + 73 dB = -127 dBW

27

Intermodulation Noise

• Intermodulation noise muncul akibat gejala intermodulasi• Bila kita melewatkan dua sinyal masing-masing dengan frekuensi F1 dan

F2 melalui suatu medium atau perangkat non-linier, maka akan dihasilkan frekuensi-frekuensi spurious yang berasal dari frekuensi harmonisa sinyal

• Frekuensi-frekuensi spurious ini bisa terletak di dalam atau di luar pita frekuensi kerja yang diinginkan

28

Medium/perangkat non-linier

F1

F2

Second-order products: 2F1,2F2,F1 F2

Third-order products: 2F1 F2 , 2F2 F1

Fourth-order products: 2F1 2F2 , 3F1 F2

• Penyebab intermodulation noise a.l.:– Level input terlalu tinggi sehingga perangkat

berkerja daerah non-linier– Kesalahan penalaan perangkat sehingga

perangkat bekerja secara non-linier

Crosstalk

• Crosstalk terjadi akibat kopling antar dua jalur sinyal yang tidak diinginkan

• Ada dua tipe crosstalk:

– Intelligible crosstalk

• Bila crosstalk menyebabkan paling tidak ada empat kata yang dapat didengar (dari sumber yang tidak diinginkan) selama percakapan 7 detik

– Unintelligible crosstalk

• Setiap bentuk gangguan akibat crosstalk lainnya

29

Impulse noise

• Impulse noise merupakan noise tidak kontinu yang terdiri dari pulsa-pulsa tak beraturan atau noise spikes berdurasi pendek dengan amplituda yang relatif tinggi

• Spike-spike ini biasa disebut hits

• Impulse noise sangat mengganggu transmisi data

30

Parameter Sinyal TelekomunikasiSignal-to-Noise Ratio (SNR)

Merupakan perbandingan antara daya sinyal dan daya noise pada kanal telekomunikasi

S/N) = Level signal/Level noise(S/N)dB = Level signal (dBm) – Level noise (dBm)

Noise Figure

• NF = (S/N)in/(S/N)out

• NFdB = (S/N)dB input - (S/N)dB output

• Contoh– Suatu receiver memiliki noise figure 10 dB. S/N pada

output adalah 50 dB, berapa S/N input?

– Jawab:

NFdB = (S/N)dB input - (S/N)dB output

10 dB = (S/N)dB input – 50 dB

(S/N)dB input = 60 dB

32

Contoh Noise Figure (1)

NetworkSNRoutSNRin

40 dB 30 dB

Noise Figure ( NF ) = 40 – 30 = 10 dB

33

Noise Figure ( NF ) = SNRin - SNRout (dB)NF = 1 ( 0 dB ) Noiseless

Perjalanan Sinyal

Informasi

Pengubahan Sinyal Analog ke Digital

• Pengubahan sinyal dilakukan denganpembagian sinyal analog (continue) menjadisinyal biner (berbentuk bit 1 dan 0) untukselanjutnya ditransmisikan pada media transmisi.

• Proses yang harus dilalui dalam metodepengubahan sinyal ini melalui beberapatahapan, yaitu : sampling, quntizing, coding, dan multiplexing.

PCM (Pulse Code Modulation)

• Merupakan metode umum untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital

• Dalam sistem digital, sinyal analog yang dikirimkan cukup dengan sampel-sampelnya saja

• Sinyal suara atau gambar yang masih berupa sinyal listrik analog diubah menjadi sinyal listrik digital melalui 4 tahap utama, yaitu :

SamplingQuantisasiPengkodeanMultiplexing

LPF Sampling Kuantisasi Coding

LPF Sampling Kuantisasi Coding

LPF Sampling Kuantisasi Coding

Multipleksing

Sampling

• Sampling : proses pengambilan sample atau contoh besaran sinyal analog pada titik tertentu secara teratur dan berurutan.

• Frekuensi sampling harus lebih besar dari 2 x frekuensi yang disampling (sekurang-kurangnya memperoleh puncak dan lembah) [teorema Nyquist]

Sampling

Quantisasi

• Proses Pemberian harga terhadap sinyal PAM; yang besarnya–kecilnya disesuaikan dengan harga tegangan pembanding terdekat

Quantizing

Companding

• Sebelum dikuantisasi, amplitudo sinyal kecil diperbesar dan amplitudo sinyal besar diperkecil. Operasi yang dilakukan disebut sebagai kompresi (comp) dan ekspansi (exp), yang disebut dengan companding

Inp

ut

Ou

tpu

t

Input Output

Compressing Expanding

Coding / Pengkodean

• Pengkodean adalah proses mengubah (mengkodekan) besaran amplitudo sampling ke bentuk kode digital biner.

M S S S A A A A

7 6 5 4 3 2 1 0

Coding

Multiplexing

• Multiplexing merupakan penggabungan beberapa kanal sinyal informasi ke dalam satu kanal informasi dengan tujuan agar sinyal-sinyal informasi tsb dapat dikirimkan secara simultan dalam 1 kanal

FDM (Frequency Division Multiplexing)

TDM (Time Division Multiplexing)

WDM (Wavelength Division Multiplexing)

Konversi Sinyal Analog ke Digital

TERIMA KASIH