dasar transmisi digital - dewapurnama · pdf file3 jaringan telekomunikasi 2/25/2006 3...

1

Jaringan Telekomunikasi1

DASAR TRANSMISI DIGITALDASAR TRANSMISI DIGITAL

Program Studi Teknik TelekomunikasiJurusan Teknik Elektro

Sekolah Tinggi Teknologi Telkom2006

https://www.youtube.com/user/Dewa89s

2

2/25/2006Jaringan Telekomunikasi2

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

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

videoInformasi 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.


3


Representasi BinerRepresentasi BinerUntuk kasus sinyal suara atau musik, yang merupakan variasi tekanan udara, sinyal diubah menjadi tegangan yang berubah menurut waktu secara kontinuProses digitisasi sinyal sinusoidal melibatkan langkah-langkah:– Pencuplikan atau sampling dilakukan setiap T detik– Kuantisasi pada gambar berikut, nilai dari setiap cuplikan sinyal dapat

didekati dengan salah satu dari 8 level tegangan– Pengkodean setiap level diwakili oleh bilangan 3 bit

Biaya transmisi yang tinggi pada kondisi tertentu, misalnya kabel laut, satelit, dansistem nirkawat menyebabkan pengembangan algoritma yang lebih kompleksuntuk mengurangi laju bit namun dengan kualitas sinyal suara yang baikTeknik PCM menghasilkan laju bit suara digital 64 kbps, ADPCM dengan laju bit 32 kbpsSistem musik stereo menghasilkan laju bit 1,4 Mbps, standar MPEG dapatmengurangi bit rate ini menjadi 100 kbpsSinyal video membutuhkan laju bit tanpa kompresi sebesar 249 Mbps, pengkodeanMPEG-2 dapat menguranginya menjadi hanya 6 Mbps


4


RepresentasiRepresentasi BinerBiner SinyalSinyal SuaraSuaraPeriode pencuplikan bergantung pada seberapa cepat suatu sinyal berubahterhadap waktu

Sebagai contoh, pada teknikdigitisasi suara PCM, sinyaldicuplik pada laju 8000 sampel/detik, atau periode T = 1/8000 = 125 µdetik.Pada kasus sistem telepon, tiapcuplikan diwakili oleh resolusi8 bit, sehingga menghasilkanlaju bit 8000 sampel/detik x 8 bit/sampel = 64 kbpsLaju bit dapat dikurangi denganmemperkecil resolusi, tetapimenyebabkan reproduksi sinyalyang kurang akurat


5


Representasi Biner Sinyal GambarRepresentasi Biner Sinyal GambarJika gerakan sedikit, misalnya tampilan wajah close up pada videoconference, sistem video hanya perlu mentransmisikan selisih antara gambar yang berurutan. Contoh laju pengiriman videoconference adalah 760 kpixel/detik.Resolusi gambar TV lebih besar, yaitu 720x480 pixel per frame, dengan laju 10,4 Mpixel/detik.


6


Masalah JitterMasalah JitterParameter yang sering dijadikan acuan untuk menilai unjuk kerja jaringan:– Ketelitian atau akurasi, dinyatakan dengan nilai bit error rate– Ketepatan waktu, dinyatakan dalam delay

Tipe informasi yang berbeda memiliki derajat toleransi yang berbeda terhadap kesalahan transmisi, misalnya file data bersifat error-sensitive, file suara bersifat delay-sensitive.Jaringan komunikasi dapat dirancang untuk mengantarkan blok informasi agar tidak melebihi delay maksimum tertentu.Waktu yang dibutuhkan untuk mengirimkan file dapat dikurangi denganmeningkatkan laju bit RInformasi stream dapat dipandang sebagai urutan beberapa blok informasi.– Persyaratan delay maksimum dapat diberlakukan untuk masing-masing blok

informasi di dalam suatu stream, misalnya 250 ms– Pada saat stream melintasi jaringan, jarak antar blok informasi menjadi tidak

seragam lagiJitter didefinisikan sebagai variasi delay antara blok-blok yang berurutan. Salah satu cara mengatasi jitter adalah penerapan playout delay di sisi penerima.


7


PlayoutPlayout DelayDelayPada aplikasi stream, dekoder yang memainkan informasi harus menyediakanaliran blok informasi yang volumenya cenderung konstan kepada sistem penerimaDekoder akan mengasumsikan bahwa semua blok tiba dengan delay maksimumtertentu, kemudian nilai delay inilah yang dijadikan playout delay


8


Komunikasi Komunikasi AnalogAnalogSistem transmisi selalu membutuhkan media transmisi atau kanal fisik yang memungkinkan perambatan energi dalam bentuk pulsa atau variasi tegangan, arus, atau intensitas cahaya.Pada komunikasi analog, tujuannya adalah mengirimkan bentuk gelombang yang berubah terhadap waktu secara kontinu, di mana nilai tegangan/ arus diambil dari himpunan yang jumlah anggotanya tak terhingga.– Sebagai contoh, sinyal listrik yang keluar dari mikrofon bersesuaian dengan

variasi tekanan udara yang diakibatkan oleh suara– Sinyal yang merupakan fungsi waktu tersebut harus direproduksi secara eksak

pada sisi keluaran sistem komunikasi analog– Dalam praktek, kanal komunikasi tidak dapat memenuhi kondisi ini, sehingga

distorsi sinyal di penerima tidak dapat dihindari


9


KomunikasiKomunikasi DigitalDigitalPada komunikasi digital, tujuannya adalah mengirimkan simbol yang dipilih dari himpunan kemungkinan yang terhingga.Pada transmisi digital, yang dikirimkan adalah nilai 0 atau 1

Hal ini dapat dilakukan denganmentransmisikan tegangan positifselama periode waktu tertentu untukmembawa digit 1 atau tegangan negatifuntuk membawa 0Tugas dari penerima adalahmenentukan simbol masukan denganprobabilitas yang tinggiPulsa positif atau negatif dapatmengalami distorsi yang parah– Bagaimana mengatasinya?


10


RepeaterRepeaterUntuk pengiriman jarak jauh, dibutuhkan repeater yang secara periodik melakukan regenerasi sinyal.

Dalam sistem komunikasi analog, tugas repeater adalah membangkitkan sinyal yang sedapat mungkin mendekati bentuk sinyal pada masukan segmen repeater tersebut.Repeater analog terdiri dari:– Penguat sinyal– Equalizer untuk mengurangi distorsi

Dalam sistem digital, tujuan repeater adalah menentukan aliran biner asli (mendekati keluaran sumber informasi) dengan tingkat probabilitas yang cukup tingi.Repeater digital terdiri dari: penguat sinyal, equalizer, timing recovery, dan decision circuit


11


Karakteristik Sistem Transmisi DigitalKarakteristik Sistem Transmisi DigitalSistem 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 per detik.Kemampuan bit rate suatu sistem transmisi dipengaruhi oleh:– Besar energi yang diberikan pada sinyal kirim– Jarak yang harus dilintasi oleh sinyal (karena energi mengalami disipasi dan

dispersi ketika berjalan di dalam media)– Besar derau yang harus dilawan oleh penerima– Bandwidth media transmisi

Kemampuan suatu kanal untuk mentransfer frekuensi f 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.


12


Karakteristik BandwidthKarakteristik BandwidthKemampuan transmisi digital dipengaruhi oleh beberapa faktor:– Jumlah energi dalam pengiriman sinyal– Jarak yang harus dilalui oleh sinyal (karena energi akan didisipasikan)– Besarnya derau yang harus diatasi oleh penerima– Bandwidth media transmisi

Jika digunakan transmisi multi level yang jumlah level amplitudo per pulsanya sebanyak M=2m, maka bit rate yang dapat dikirimkan adalah 2Wm bit/detik:

R = 2W pulsa/detik x m bit/pulsa = 2Wm bit/detikParameter rasio signal-to-noise (SNR) didefinisikan sebagai amplitudo sinyal yang diinginkan relatif terhadap amplitudo derau.Kapasitas kanal dari suatu sistem transmisi adalah laju maksimum di mana bit masih dapat dikirim tanpa error yang berarti.Kapasitas kanal Shannon diberikan oleh rumus berikut:

C = W log2(1+SNR) bit/detik


13


ResponRespon AmplitudoAmplitudo

Modem yang beroperasi pada saluran telepon memiliki bandwidth maksimum sekitar3400 Hz. Jika diasumsikan SNR 40 dB, berapa kapasitas kanal menurut Shannon?


14


Kanal Komunikasi Kawasan FrekuensiKanal Komunikasi Kawasan FrekuensiKeluaran kanal y(t) biasanya terdiri dari sinyal sinusoidal dengan frekuensi yang sama tetapi amplitudo dan fasa yang berbeda:

y(t) = A(f) cos(2πft+ϕ(f)) = A(f) cos(2πf(t-τ(f)))Efek pertama adalah redaman yang dikarakterisasi oleh fungsi respon amplitudo A(f), yaitu rasio amplitudo keluaran terhadap masukan sinusoid pada frekuensi f.Efek kedua adalah pergeseran fasa ϕ(f) pada sinusoid keluaran relatif terhadap masukan.Redaman sinyal didefinisikan sebagai pengurangan atau rugi-rugi daya sinyal ketika melintasi sistem. Redaman biasanya dinyatakan dalam dB:

Redaman = 10 log10(Pin/Pout)


15


Efek KanalEfek KanalMisalkan informasi biner dikirim pada laju 8 kbit/dtk. Biner 1 dikirimkan sebagai pulsa persegi dengan amplitudo 1 dan durasi 0,125 milidetik, dan biner 0 dikirimkan sebagai pulsa dengan amplitudo -1. Tinjau sinyal masukan x3(t) pada gambar berikut yang merupakan pola 10000001Sinyal periodik ini dapat dinyatakan sebagai penjumlahan sinusoid denganmenggunakan deret FourierX3(t) = -0,5 + (4/π){sin(π/4)cos(2π1000t) + sin(2π/4)cos(2π2000t) +

sin(3π/4)cos(2π3000t) + …}Misalkan sinyal dilewatkan melalui kanal komunikasi yang memiliki A(f)=1 danϕ(f)=0 untuk f dalam range 0 hingga W.Semakin besar bandwidth kanal, semakin banyak harmonisa yang dilewatkan dankeluaran kanal lebih mendekati bentuk sinyal masukan


16


KeluaranKeluaran KanalKanal KomunikasiKomunikasiKeluaran kanal untuk nilai W (1,5 kHz, 2,5 kHz, dan 4,5 kHz) yang melewatkan frekuensi hinggaharmonisa pertama, kedua, dankeempat.Contoh ini menunjukkan bagaimanabandwidth kanal mempengaruhikemampuan untuk mengirimkaninformasi digital dalam bentuk pulsaJika bandwidth dipersempit, makapresisi terhadap pulsa masukan akanberkurang


17


Kanal Komunikasi Kanal Komunikasi DDalam alam Kawasan WaktuKawasan WaktuJika pulsa yang sangat sempit dimasukkan ke kanal pada waktu t=0, maka keluaran kanal berupa sinyal h(t) yang disebut respon impuls kanal.– Pulsa keluaran h(t) akan lebih lebar dalam kawasan waktu– Lebar pulsa keluaran merupakan indikasi seberapa cepat keluaran dapat

mengikuti perubahan pada masukan– Pada transmisi digital, jumlah pulsa per detik harus sebesar mungkin agar

diperoleh laju data maksimumJika range frekuensi masukan adalah 0 s.d. W Hz, maka respon impulsnya adalah h(t) = s(t-td) yang merupakan versi ter-delay dari

s(t) = (sin(2πWt)) / (2πWt)Semakin besar W, lebar pulsa s(t) semakin kecil. Semakin sempit jarak antar pulsa masukan, semakin tinggi laju data.


18


PulsaPulsa TanpaTanpa ISIISIFungsi s(t) sama dengan 1 pada t = 0 dan memiliki perpotongan dengan titik nolpada kelipatan T = 1/2W


19


Keterbatasan Transmisi DigitalKeterbatasan Transmisi DigitalTransmisi baseband adalah pengiriman informasi digital melalui kanal komunikasi low-pass.Pada gambar berikut, setiap T detik pemancar menerima bit informasi, kemudian mengirim pulsa dengan amplitudo +A jika bit informasinya 1 dan –A jika bit informasinya 0.


20


Laju Pensinyalan NyquistLaju Pensinyalan NyquistPulsa-pulsa dikirimkan sebagai bagian dari deretan bit, sehingga sinyal total r(t) yang muncul di penerima adalah penjumlahan dari semua masukan

r(t) = Σk Akp(t-kT)Laju pensinyalan Nyquist didefinisikan oleh

rmax = 2W pulsa/detik


21


Kapasitas Kanal ShannonKapasitas Kanal ShannonTinjau transmisi multilevel di mana informasi biner dikirimkan dalam sistem yang menggunakan salah satu dari 2m level yang berbeda untuk tiap pulsa masukan.Jika dikirimkan 2W pulsa/detik melalui kanal yang memiliki bandwidth W dan jika jumlah nilai amplitudo adalah 2m, maka laju bit R dari sistem tersebut adalah

R = 2W pulsa/detik x m bit/pulsa = 2Wm bit/detikPada prinsipnya, laju bit yang tinggi dapat dicapai dengan memperbesar jumlahlevel 2m

– Tetapi hal ini dibatasi oleh daya derau acak di saluran, karena nilai responkeseluruhan pada waktu t = kT adalah penjumlahan antara amplitudo masukanplus derau acak tertentu

– Derau ini dapat menyebabkan sistem penerima membuat keputusan yang salahUntuk menjaga probabilitas kesalahan deteksi tetap kecil di penerima, harus diperhatikan jarak minimum antar nilai amplitudo.Kapasitas kanal diberikan oleh rumus berikut:

C = W log2(1+SNR) bit/detik


22


EfekEfek DerauDerau

Shannon menunjukkan bahwa probabilitas kesalahan dapat diperkecil hanya jikalaju transmisi R lebih kecil daripada kapasitas kanal C.Hitunglah kapasitas kanal telepon dengan W = 3,4 kHz dan SNR = 10.000


23


Line CodingLine CodingLine coding adalah metode yang digunakan untuk mengubah urutan informasi biner menjadi sinyal digital dalam sistem komunikasi digital.Gambar di bawah menunjukkan sinyal digital yang dihasilkan oleh line coding untuk deretan 101011100.Skema yang paling sederhana adalah pengkodean nonreturn-to-zero (NRZ) unipolar.


24


Karakteristik Media TransmisiKarakteristik Media TransmisiKarakteristik yang berhubungan dengan media transmisi tertentu:– Fungsi respon amplitudo A(f) dan fungsi pergeseran fasa ϕ(f) dari media dan

bandwidth yang dapat ditransmisikan sebagai fungsi jarak perangkatpengirim dan penerima harus dirancang untuk menghilangkan sejumlahdistorsi agar proses deteksi pulsa menjadi andal

– Kerentanan media terhadap derau dan interferensi dari sumber lain.Umumnya, sistem komunikasi mengirimkan informasi dengan memodulasi sinyalsinusoidal berfrekuensi fo yang kemudian dimasukkan ke dalam guided medium atau diradiasikan melalui antena.Variasi sinusoidal dari sinyal merambat di dalam media pada kecepatan v meter/detik, di mana

v = c / (fo√ε)– c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa, c = 3x108 m/s– Pada ruang bebas, ε = 1, dan ε ≥ 1 pada tempat lainnya

Panjang gelombang sinyal λ = v/fo


25


SpektrumSpektrum ElektromagnetikElektromagnetikSinyal pembawa 100 MHz yang digunakan untuk radio siaran FM, memilikipanjang gelombang 3 meter, sedangkan sinyal pembawa 3 GHz memiliki panjanggelombang 10 cm.


26


Kawat BerpilinKawat BerpilinTwisted pair terdiri dari 2 kawat yang dipilin untuk mengurangi pengaruh interferensi.– Sebagian besar kawat pada sistem telepon berupa twisted pair– Dapat digunakan antara pelanggan dan sentral lokal (subscriber loop), dan

sering juga dijadikan saluran antar sentral (trunk)Karena beberapa pasang kawat dibungkus bersama dalam sebuah kabel telepon, besarnya cakap silang masih cukup signifikan, terutama pada frekuensi tinggiRange frekuensi yang dapat dilewatkan cukup lebar, hingga orde MHzRedaman twisted pair dapat berkisar dari 1-4 dB/mil pada 1 kHz sampai 10-20 dB/mil pada 500 kHz, bergantung pada diameter kawat.Pada subscriber loop, loading coil ditambahkan untuk memperbaiki kualitas pengiriman suara dalam band 3 kHz dengan fungsi transfer yang hampir flat.Penerapan twisted pair– Digital subscriber loop, contoh: ADSL– Local area network, contoh: 10Base-T Ethernet LAN, 100Base-T Ethernet

LAN


27


RedamanRedaman vsvs FrekuensiFrekuensi

10Base-T Ethernet laju bit 10 Mbps, jarak maksimum 100 meter100Base-T Ethernet bitrate 100 Mbps, jarak dibatasi 100 meter


28


Kabel KoaksialKabel KoaksialPada kabel koaksial, sebuah konduktor pusat yang solid ditempatkan secara koaksial di dalam konduktor luar yang berbentuk silindris.Kedua konduktor tersebut dipisahkan oleh bahan dielektrik yang solid, dan konduktor luar ditutup dengan “sarung” plastik.Penerapan kabel koaksial– Distribusi televisi kabel– Modem kabel– Ethernet LAN

Kabel koaksial mampu menyediakan bandwidth lebih tinggi (ratusan MHz) dibanding kawat berpilin (beberapa MHz).


29


Aplikasi Kabel KoaksialAplikasi Kabel KoaksialPenggunaan kabel koaksial terluas adalah untuk penyebaran sinyal televisi pada sistem TV kabel. Frequency range dari 54 MHz sampai 500 MHz.Pengembangan jaringan CATV, yaitu HFC, juga menggunakan kabel koaksial dari fiber node ke rumah pelanggan (lihat gambar). Frequency range 5 MHz s.d. 750 MHz, bit rate downstream sekitar 36 Mbps.Perancangan awal Ethernet LAN menggunakan kabel koaksial sebagai shared medium, beroperasi pada laju data 10 Mbps.


30


Serat OptikSerat OptikDibandingkan transmisi elektrik, serat optik lebih aman dari gangguan tapping dankebal terhadap interferensiSerat optik terdiri dari tabung kaca (core) yang dikelilingi oleh lapisan kaca konsentrik (cladding).Informasi dikirimkan melalui core dalam bentuk fluktuasi berkas cahayaRasio indeks bias dari kedua jenis kaca pada serat akan menentukan besarnya sudutkritis θcKetika sinar dari core mendatangi cladding dengan sudut kurang dari θc, makasinar tersebut akan dipantulkan sempurna kembali ke dalam coreMode pengiriman gelombang cahaya:– Serat multimode memiliki cahaya masukan yang mencapai penerima melalui

beberapa lintasan.– Serat single mode dapat mencapai laju dalam orde gigabit/detik melintasi jarak

ratusan kilometer. Caranya adalah dengan membuat dimensi core jauh lebih sempit, sehingga perambatan sinyal terbatas hanya pada sebuah lintasan tunggal.


31


TransmisiTransmisi GelombangGelombang CahayaCahayaSerat optik yang beroperasi padapanjang gelombang850 nm, 1300 nm, dan1550 nm mendudukiwilayah denganredaman yang kecilSistem serat optikmemiliki– redaman 0,2

dB/km pada λsekitar 1550 nm,

– kurang dari 0,5 dB/km pada λsekitar 1300 nm


32


Aplikasi Serat OptikAplikasi Serat OptikJaringan backbone– Sistem transmisi serat optik yang menggunakan panjang gelombang tunggal dapat

menyediakan laju transmisi dari 45 Mbps sampai 9,6 Gbps– Jika digunakan WDM, laju transmisi 40 Gbps hingga 1600 Gbps

Local area network, misalnya 10Base-FP, FDDI, 100Base-FX, Gigabit Ethernet, dll.


33


Transmisi RadioTransmisi RadioRadio menempati spektrum frekuensi pada kisaran 3 kHz sampai 300 GHz.Pada komunikasi radio, sinyal dikirimkan ke udara atau ruang angkasa denganmenggunakan antena yang meradiasikan energi pada frekuensi pembawa tertentuPita frekuensi rendah (LF) menduduki range 30 kHz hingga 300 kHz, bersesuaiandengan panjan gelombang 1 km-10 km, sedangkan pita frekuensi ekstrim tinggi (EHF) memiliki range 30-300 GHz, atau panjang gelombang 1 mm-1 cm.Frekuensi radio di bawah 1 GHz lebih cocok untuk aplikasi omnidireksionalAplikasi media transmisi radio:– Komunikasi seluler, misalnya AMPS (frekuensi 800 MHz), CDMA, GSM/GPRS

(frekuensi 900 MHz)– Wireless LAN, misalnya ISM, HiperLAN; band frekuensi 2400 MHz, 5150 MHz,

dll.– Sistem radio point-to-point (frekuensi 2-40 GHz) dan point-to-multipoint

(frekuensi 28 GHz), misalnya panggilan jarak jauh dengan GMD; laju transmisi lebih dari 100 Mbps

– Komunikasi satelit


34


SpektrumSpektrum RadioRadioSemakin tinggi pita frekuensi dalam skala logaritmik, maka semakin besar bandwidth

Sebagaicontoh, band dari 1011

hingga 1012 Hz memilikibandwidth 0,9x1012 Hz, sedangkanband 105-106

Hz memilikibandwidth 0,9x106 Hz


35


CahayaCahaya Infra Infra MerahMerahInfra merah adalah media komunikasi yang sifatnya sangat berbeda denganfrekuensi radioSistem komunikasi infra merah beroperasi dari 850 nm hingga 900 nm, dimana sensitivitas penerima harus cukup baikAplikasinya untuk link IrDA– Infrared Data Association (IrDA) dibentuk untuk mempromosikan

pengembangan sistem komunikasi cahaya infra merah– Standar IrDA-C menyediakan komunikasi bidireksional untuk divais

cordless seperti keyboard, mouse, joystick, dan komputer handheld, beroperasi pada laju bit 75 kbps dengan jarak jangkauan hingga 8 m.

– Standar IrDA-D dirancang sebagai alternatif untuk menghubungkanberbagai divais seperti laptop dan printer, laju data dari 115 kbps hingga 4 Mbps pada jarak 1 m


dasar transmisi digital - dewapurnama · pdf file3 jaringan telekomunikasi 2/25/2006 3...

Documents