Transmisi Digital

Bab III

Teknik Transmisi Digital3.1. Pendahuluan

Evolusi perkembangan teknologi komunikasi dapat dipastikan akan menuju ke bentuk ISDN (Integrated Service Digital Network), yaitu segala jenis pelayanan telekomunikasi akan diberikan secara terpadu, dalam arti bahwa dalam satu sistem penyambungan dan transmisi akan dapat disalurkan berbagai macam bentuk sinyal (suara, gambar, data dan sebagainya). 3.2. Pengantar transmisi digital

Transmisi Digital ditandai dengan bentuk tegangan pada analog sesuai dengan perubahan informasi. Bentuk tegangan input berupa tegangan sesuai dengan bit yang masuk, tegangan tinggi untuk bit 1 dan tegangan rendah untuk bit 0. Transmisi digital lebih handal dibandingkan transmisi analog Sinyal digital jauh lebih mudah digabungkan/ Multiplexing dengan sinyal dari berbagai sumber maupun tujuan dan sangat flexible. Keuntungan transmisi digital . deteksi "on" dan "OFF" lebih mudah, pembuatan rangkaian digital lebih mudah dengan menggunakan IC VLSI. Karena sinyal dikodekan dalam bentuk bit diharapkan error yang terjadi selama perjalanan pada sinyal digital dapat diperbaiki. Dalam bentuk sinyal digital, sistem dapat diproses terpadu dengan sistem komputer misalnya suara, gambar dan video. Kapasitas sinyal digital dapat dikompres meskipun akan merusak sedikit masalah kwalitas. Perbedaan sinyal analog dan digital ditunjukan pada gambar 3.1.

Gambar 3.1. Perbedaan sinyal analog dan digital

Sistem transmisi digital bertujuan untuk mentransfer deretan bit 0 dan 1 dari sisi pemancar ke sisi penerima Kecepatan transmisi dinyatakan dengan bit rate, yang diukur dalam bit bit perdetik Kemampuan suatu kanal untuk mentransfer frekuensi dinyatakan dengan fungsi respon amplitudo A(f), yang didefinisikan sebagai rasio antara amplitudo keluaran dibagi amplitudo masukan. Bandwidth suatu kanal didefinisikan sebagai kisaran frekuensi yang dapat dilewatkan oleh kanal tersebut.

Pada saat informasi dipancarkan dalam bentuk sinyal digital, walaupun telah menempuh jarak yang cukup jauh keutuhan data akan tetap terjaga. Sinyal digital tersebut akan melaui serangkaian repeater station (stasiun pengulang) yang berfungsi untuk melindungi dan memperkuat sinyal sepanjang jalur perjalanan transmisi. Gangguan berupa cuaca buruk dan noise tidak berpengaruh banyak pada transmisi sinyal digital.

3.3. Modulasi pulsaModulasi pulsa atau phase modulation adalah macam metode yang berbeda-beda untuk mengkonversi informasi menjadi bentuk pulsa tertentu, dalam upaya mentransfer pulsa dari sumber ke tujuan. Ada empat bentuk modulasi pulsa, yaitu1. PWM pulse width modulation , disebut juga dengan Pulse Duration Modulation (PDM) atau Pulse Length Modulation (PLM). Lebar pulse yang merupakan bagan aktif dari dutycycle sebanding dengan amplitude dari sinyal analog

2. PPM pulse position modulation, posisi dari lebar pulsa konstan dengan penentuan timeslot bervariasi dengan amplitude dari sinyal analog3. PAM pulse amplitude modulation, amplitude dari lebar pulse konstan, posisi pulsa konstan, yang bervariasi adalah amplitude sesuai dengan amplitude sinyal analog.4. PCM pulse code modulation, sinyal analog diproses secara digital dengan urutan proses awal di-sampel. Hasil sampel di konversi dengan panjang sesuai ketinggian hasil sampel dan ditransmisikan dalam bentuk deretan biner (serial binary). Bilangan biner bervariasi sebanding dengan amplitude dari sinyal analog.Pulse amplitude modulation dapat digunakan dalam berbagai aplikasi, tetapi tidak bisa digunakan begitu saja dalam bidang telekomunikasi, karena PAM merupakan step awal dari metode konversi lainnya yaitu PCM. PAM juga digunakan untuk modulasi PSK dan QAM. PWM dan PPM digunakan untuk system transmisi dengan tujuan tertentu.3.4. Pulse Code Modulation PCMUntuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital dibutuhkan serangkaian proses. Diawali dengan proses sampling, yaitu pengambilan sample dari sinyal analog. Sampling seperti yang dituliskan William Stalling dalam buku Dasar-dasar Komunikasi Data : Bila suatu sinyal f(t) disample pada waktu interval teratur dan pada rate yang lebih tinggi dua kali dibanding frekuensi sinyal tertinggi, maka sampel tersebut memuat segala informasi dari sinyal yang asli. Fungsi f(t) dapat direkonstruksikan dari sampel-sampel dengan menggunakan Low Pass Filter LPF. Keluaran dari sampel ini disebut dengan Pulse Amplitude Modulation (PAM). Teori tersebut dikenal dengan teori Nyquist, yaitu sampling rate harus lebih besar atau sama dengan dua kali frekuensi tertinggi.. Sinyal analog akan disampel dengan memberikan sederetan pulse yang mempunyai waktu yang dihitung menggunakan formula 3.1.

(3.1.)

dimana : ft adalah frekuensi tertinggi. Keluarannya berupa sinyal PAM seperti ditunjukan pada gambar 3.2.

Gambar 3.2. Sinyal Analog dan Sinyal PAM

PCM adalah metode dimana sinyal analog dapat ditransformasikan menjadi format numerical dan selanjutnya di dekodekan pada bagian penerima. Blok diagram proses PCM dapat dilihat pada gambar 3.3.

Gambar 3.3. Proses PCMKuantisasi

Sinyal asli mempunyai amplitude kontinyu pada range dinamik. Sinyal PAM merupakan sinyal diskrit dengan periode konstan dan deretan pulsa yang dihasilkan telah mempunyai nilai amplitude atau level yang tertentu. Kuantisasi dari PAM sangat tergantung pada jumlah bit yang akan digunakan. Dengan kata lain kuatisasi sinyal hanya mempunyai nilai yang dapat dikuantisasi dengan words yang tersedia. Gambar 3.4. mempelihatkan contoh kuantisasi menggunakan word 3 bit.

Gambar 3. 4. Kuantisasi sinyal PAMProses transform samples kontinyu menjadi sample level diskrit disebut dengan kuantisasi . Pada kuantisasi uniform , kuantisasi dibuat dengan ukuran step yang constant.

Gambar 3.5. Kuantisasi uniform

Representasi Biner Sinyal SuaraPeriode pencuplikan bergantung pada seberapa cepat suatu sinyal berubah terhadap waktu

Contoh :

Pada teknik PCM dimana pada proses digitisasi sinyal suara analog dengan bandwidth yang ditetapkan sebesar 4 KHz, sinyal dicuplik pada laju 8000sampel/detik, atau periode T =1/8000 = 125 second. Hasil cuplikan dikuantisasi menggunakan resolusi 8 bit, sehingga menghasilkan laju bit 8000 sampel/detik x 8 bit/sampel = 64 kbps. Besar ketinggian level kuantisasi total ada sebesar 28 =256 level. Misalkan hasil sampling seperti ditunjukan pada gambar 3.6. Angka 1 dan 2 pada pulsa PAM menunjukan 1 untuk level sinyal positif dan 2 untuk level sinyal negatif.

Gambar 3.6. PAM dengan kuantisasi menggunakan 8 bit.

Setelah kuantisasi sinyal akan dikodekan. Sinyal. Dengan level positif akan diberi inisialisasi 0 dan yang negative berinisialisasi 1. Inisialisai dapat dibuat juga misalkan 1 untuk sinyal + dan 0 untuk sinyal -. Tabel 3.1. menunjukan hasil pengkodeaan sinyal PAM.Tabel 3.1. Contoh hasil kuantisasi

Hasil ketiga proses diatas akan menjadi sinyal PCM dengan deretan pulsa yang dikirim berbentuk serial seperti contoh pada gambar 3.7.

Gambar 3.7. Data serial dari PCM

Urutan proses pengubahan dari sinyal analog menjadi sinyal digital dapat dilihat pada gambar 3.8.

Gambar 3.8. Urutan proses sinyal analog menjadi sinyal digitalLaju bit dapat dikurangi dengan memperkecil resolusi, tetapi menyebabkan reproduksi sinyal kurang akurat3.5. Kompresi

Penemuan Pulse Code Modulation (PCM) membuka jalan untuk pengiriman suara pada jaringan komunikasi digital. Informasi dapat dibagi menjadi 2 kategori besar Informasi dalam bentuk bloktunggal, misal: file teks, dokumen hitam putih, citra

berwarna, dll. Stream yang dihasilkan secara kontinu oleh sumber informasi, misal: suara, audio,

video

Informasi tersebut memiliki redundancy yang dapat dibuang agar menghemat kapasitas media transmisi maupun media penyimpanan. Beberapa teknik kompresi: zip, faksimil grup 3, ADPCM, RELP, MPEG audio MP3,dll. Rasio kompresi adalah perbandingan jumlah bit pada informasi asli dan jumlah bit pada informasi terkompres, contohnya 570:1 pada kompresi MP3.

Gambar 3.9. Blok diagram kompresi

Biaya transmisi yang tinggi pada kondisi tertentu, misalnya kabel laut, satelit, dan sistem nirkabel menyebabkan pengembangan algoritma yang lebih kompleks untuk mengurangi laju bit namun dengan kualitas sinyal suara yang baik. Teknik PCM menghasilkan laju bit suara digital 64 kbps, ADPCM dengan laju bit32 kbps. Sistem musik stereo menghasilkan laju bit 1,4 Mbps, standar MPEG dapat mengurangi bit rate ini menjadi 100 kbps. Sinyal video membutuhkan laju bit tanpa kompresi sebesar 249 Mbps, pengkodean MPEG-2 dapat menguranginya menjadi hanya 6 Mbps.

Standard ITU-T untuk pengkodean speech dan video terlihat pada tabel 3.2.Tabel 3.2. Standard ITU-T Pengkodean

3.6. Line Code

Line code digunakan untuk memungkinkan transmisi baseband pada system fiber optik, transmisi kabel serta akses dan storage/penyimpan data. Link PCM pengkodeaan saluran digunakan meringankan clock sinkronisasi pada penerima, transform F dari sederetan pulse mungkin saja berisi spikes dan clock penerima dapat disinkronisasi.

Gambar 3.10. Blok diagram line codeLine code kebal untuk rentetan zero yang panjang yang dapat membuat clock sinkronisasi penerima mendahului transmitter. Kontain zero yang berkepanjangan akan membentuk komponen DC rata-rata. Dengan line code membuat bandwidth menjadi minimum. Line code juga dapat digunakan sebagai deteksi error (gambar 3.10Line code dibagi dalam tiga bagian seperti pada gambar 3.11. Encoding Unipolar menggunakan hanya satu level tegangan. Logika 1 misalkan diberi tegangan 5 V dan logika 0 diberi tegangan 0 . Encoding Polar menggunakan dua level tegangan yaitu tegangan positip dan negatip. Bentuk line code polar ada 4 yaitu NRZ, RZ, Manchester dan Differential Manchester.

Gambar 3.11. Klasifikasi Line coding

NRZ sendiri dibagi dalam dua bagian, yaitu NRZI dan NRZL. Pada NRZ-L, level dari sinyal tergantung pada keadaan bit., artinya bila logika 1 diberi tegangan positip dan logika 0 diberi tegangan negatip maka setiap terjadi perubahan dari logic 1 ke logic 0 akan terjadi perubahan tegangan dari positip ke negatip dan sebaliknya. Sedang NRZI sinyal akan diinvers jika bertemu dengan logika 1, artinya logik 1 akan diinvers jika bertemu dengan logic 1 berikutnya. Selama belum ada logic 1 berikutnya maka level tegangan tetap pada level logic 1 yang sedang berlangsung. Kedua bentuk tersebut dapat dilihat pada gambar 3.12

Gambar 3.12. NRZ L dan IRZ return to zero, logic 1 dan logic 0 dibedakan level tegangannya. Kedua logic ini menggunakan setengah dari clock pulse sedang setengahnya digunakan sebegai titik kembali ke nol yang berfungsi sebagai sinkronisasi. Gambar 3.13. memperlihatkan bentuk gelombang RZ, logic 1 dinyatakan dengan +v dan logic 0 dengan v. Encode yang bagus pada sinyal digital harus ada bagian untuk sinkronisasi.

Gambar 3.13 .Bentuk line code RZ

Pada encoding Manchester , transisi pada bagan tengah dari bit digunakan untuk sinkronisasi dan merepresentasikan bit. Bit 0 membentuk huruf Z dan bit 1 digambarkan membentuk huruf S. Bit 0 transisi dari high ke low pada bagan tengah interval, dan bit 1 transisi dari low ke high pada bagan tengah interval seperi terlihat pada gambar 3.14.

Gambar 3.14. Manchester

Encoding differential Manchester ,transisi pada bagan tengah bit digunakan hanya untuk sinkronisasi. Representasi bit didifinisikan sebagai inver atau non invers pada pada awal dari bit. Transisi selalu dimulai pada bagan tengah dari interval. Bit 0 transisi pada bagan tengah dari interval, sedang bit 1 tidak ada transisi pada bagan awal interval (gambar 3.15).

Gambar 3.15. Diferensial ManchesterEncoding bipolar menggunakan tiga level, positip, negatip dan nol. Contoh bipolar adalah AMI alternate mark inversion. Pada AMI Bit 0 dinyatakan dengan tegangan nol, bit 1 sangat tergantung pada bit 1 sebelumnya, misalkan awal bit 1 tegangan positip maka bit 1 berikutnya tegangan negatip (gambar 3.16)

Gambar 3.16. AMI3.7. Repeater

Pada jalur transmisi regenaritif dengan menggunakan repeater sering digunakan. Pada sinyal yang diterima akan ditransformasi balik ke dalam bentuk analog dengan menggunakan LPF untuk menghilangkan harmonic yang dihasilkan dari proses sampling. Repeater dikatagorikan sebagai :

repeater analog : dimana gain sama dengan attenuasi antar repeater.

Repeater digital : regerasi dari bit-bit dengan proses decoding dan encodingError rate untuk polar , base band dengan m sederatan stage repeater.

Pada repeater analog

Pada digital repeater

Perbandingan rentetan repeater Analog dan digital(kode polar) untuk

3.8. Latihan soal

1. What sampling rate is needed for a signal with a bandwidth of 10,000 Hz (1000 to 11,000 Hz)? Jawab : The sampling rate must be twice the highest frequency in the signal: Sampling rate = 2 x (11,000) = 22,000 samples/s

2. A signal is sampled. Each sample requires at least 12 levels of precision (+0 to +5 and -0 to -5). How many bits should be sent for each sample? Jawab : We need 4 bits; 1 bit for the sign and 3 bits for the value. A 3-bit value can represent 23 = 8 levels (000 to 111), which is more than what we need. A 2-bit value is not enough since 22 = 4. A 4-bit value is too much because 24 = 16.

3. We want to digitize the human voice. What is the bit rate, assuming 8 bits per sample? Jawab : The human voice normally contains frequencies from 0 to 4000 Hz.

Sampling rate = 4000 x 2 = 8000 samples/s

Bit rate = sampling rate x number of bits per sample = 8000 x 8 = 64,000 bps = 64 Kbps

Teknik Transmisi PNJ 50

_1338122734.vsdLine coding

Polar

Bipolar

Unipolar

NRZ Non Return to Zero

Diferential Manchester

Manchester

RZReturn to Zero

NRZ L

NRZ I