8. Sistem Transmisi Digitaljg

8.1 PENDAHULUAN

Kelebihan transmisi digital:- Derau tidak terakumulasi- Format digital ideal untuk solid state technology/integrated circuit- Secara teoritis kompatibel dengan data digital, signaling telepon, dan komputer

8.2 PULSE CODE MODULATION (PCM)

- PCM metode modulasi yang memungkinkan gelombang analog kontinyu ditransmisikan dalam mode digital yang ekivalen

- Proses dasar Sampling (Nyquist Sampling Theorem), Quantization, Coding- Hasil pengkodean sinyal biner/bit stream- Kinerja error Intelligibility bisa dijaga pada BER= 10-2, tetapi karena masalah

line/supervisory signaling, error rate pada jaringan digital tidak boleh lebih buruk daripada 10-3

- Untuk PSTN ITU-T Rec. G.826:Bit stream 55-160 Mbps, 20000 bit per blok, Errored second ratio (ESR) = 0.16. ESR adalah rasio antara jumlah detik terjadi error terhadap total detik pada suatu waktu. Untuk mencapai kinerja ini dibutuhkan BER 10-10 sampai 10-12 atau lebih baik

8.3 PEMBANGKITAN SINYAL PCM8.3.1 Sampling- Kanal voice 300-3400 Hz, dengan sampling rate 8000 sample/detik atau

disampling setiap 125 sec.- Sistem PCM dalam praktek dimultipleks dengan Time Division Multiplexing,

dengan standard 24 voice kanal di US dan Kanada (standard T1/DS1), dan 30 kanal voice di Eropa (standard E1).

- Contoh sederhana multiplexing dari beberapa sampling sinyal gelombang pulse amplitude modulation (PAM) ditunjukkan pada gambar 8.3

1

2

3

8.3.2 Quantization- Contoh proses kuantisasi ditunjukkan pada gambar 8.4- Jumlah harga diskrit/jumlah level kuantisasi = 2n, dengan n bit kode untuk setiap

level.- Contoh: untuk 16 level, digunakan 4-bit kode yang mungkin, sbb:

-- Karena terdapat pembulatan harga sample menjadi harga diskrit/kuantisasi

tertentu maka terdapat quantizing distortion yang merupakan distorsi utama pada sistem PCM.

- Dari gambar 8.4, jika range sinyal dari -1 sampai +1 V, maka range 2000 mV dibagi dalam 16 daerah, atau 125 mV/step. Jika jumlah level kuantisasi ditingkatkan menjadi 32 (atau n = 5), maka 2000 mV/32 atau 62.5 mV/step. Dengan step yang lebih sempit, selisih pembulatan menjadi kecil dan quantizing error menjadi lebih kecil. Penurunan error ini memberikan perbaikan sebesar:

-- Perhitungan tersebut valid untuk kuantisasi linier - Transmisi voice yang memberikan kualitas bagus adalah dengan 2048 harga

diskrit atau 11 bit kode, sehingga dibutuhkan 8000x 11 = 88.000 bit/Hz atau ekivalen dengan bandwidth 88-kHz, jika menggunakan kuantisasi linier, hal ini sangat memboroskan bandwidth

4

-

- Digunakan teknik companding (compression-expanding), kompresi pada sisi pengirim mengurangi range dinamis dengan sedikit loss fidelity, ekspansi pada sisi terima mengembalikan kembali sinyal yang dikompres.

- Hal ini dilakukan dengan memberikan lebih banyak segmen kode untuk speech pada level rendah daripada speech pada level tinggi, digambarkan pada gambar 8.5.

8.3.3 Coding- Kurva fungsi logaritmik companding mengikuti salah satu dari dua aturan: A-law

dan -law- Persamaan untuk A-law:

-

5

-

6

7

-

KONSEP FRAME- Struktur framing: Amerika Utara DS1/T1 dan Eropa E1.- Pada DS1, terdapat 24 kanal PCM menggunakan 8-level, supervisory

signalingnya in band dengan bit 8 dari setiap frame keenam diambil untuk supervisory signaling.

- Gambar 8.8 menunjukkan format sinyal DS1, satu bit ditambahkan sebagai framing bit disebut ”S” bit, sehingga frame DS1 mempunyai

- 8000 frame dikirimkan tiap detik sehingga rate:

-

8

-

9

- Sistem PCM Eropa E1 mempunyai 32 kanal, setiap kanal terdiri dari sebuah time slot 8 bit

10

8.4 OPERASI SISTEM PCM- Perangkat PCM beroperasi pada 4 kawat. Input dan output kanal voice dari dan

ke PCM multiplex channel bank adalah 4 kawat, atau harus dikonversi ke 4 kawat dalam channel bank.

- Diagram kotak ditunjukkan pada gambar 8.12- Codec menerima 24 atau 30 kanal voice, tergantung sistem yang digunakan,

mendigitalkan dan memultiplekskan informasi dan mengirimkan bit stream serial ke saluran 1.544 Mbit/s atau 2.048 Mbit/s.

- Serial bit stream diterima kemudian mendemultipleks informasi digital dan mengkonversi digital ke analog.

- Gambar 8.12 mengilustrasikan proses single analog voice channel melalui sebuah codec. Kanal voice yang ditransmisikan dilewatkan pada LPF 3.4 kHz. Keluaran filter diumpankan ke untai sampling. Keluaran berupa pulse amplitude modulation, yang dikontrol oleh channel gating pulse dari transmit clock. Coder menerima masukan sample dari setiap kanal lalu membangkitkan karakter sinyal 8 bit yang berkaitan dengan setiap sample. Keluaran coder adalah sinyal PCM dasar yang diumpankan ke digit combiner dimana sinyal framing alignment disisipkan pada time slot yang tepat, seperti digit supervisory signaling yang berkaitan dengan setiap kanal (pendekatan Eropa) dan ditempatkan pada signaling yang membuat satu kanal ekivalen dari multiplex serial bit stream ditransmisikan ke saluran.

- Pada sisi terima, codec menerima serial PCM bit stream, memasukkan digit separator dimana sinyal dibangkitkan kembali dan displit, mengirimkan sinyal PCM ke empat lokasi untuk melakukan fungsi proses berikut:

11

1. timing recovery, menjaga clock Rx sinkron dengan far end clock Tx. Clock Rx menyediakan gating pulse yang diperlukan untuk sisi terima codec PCM.

2. decoding, mendekode sinyal karakter kode3. frame alignment, frame-alignment circuit menentukan adanya sinyal frame

alignment pada interval waktu yang tepat. 4. signaling (supervisory)

8.5 APLIKASI

Pada awal penggunaan, PCM digunakan dalam memperluas trunk inter office (junction). Gambar 8.13 mensketsakan konsep interoffice trunk.

8.6 PCM LINE CODES

- Desain asli sistem PCM adalah untuk aplikasi pada media kabel wire pair. Line codenya bipolar. Mark biner 1 hanya 50% duty cycle. Ada beberapa keuntungan mode transmisi ini:

tidak ada dc return diperlukan, sehingga transformer coupling dapat digunakan pada saluran

spektrum daya sinyal transmisi berpusat pada frekuensi yang ekivalen dengan ½ bit rate

- Alternate Mark Inversion (AMI), mentransmisikan biner 0 dengan tidak adanya pulsa dan biner 1 dengan pulsa positif dan negatif secara bergantian

- Pada transmisi AMI, jika terjadi pengiriman biner 0 yang panjang, dapat menimbulkan masalah timing karena repeater dan decoder tidak mempunyai cara mengekstrak timing tanpa transisi. Masalah ini dapat diatasi dengan membatasi string 0 yang panjang.

- Caranya: codec dikembangkan dengan tetap bipolar tetapi dengan N substitusi 0, yang disebut kode BNZS. Contohnya, kode B6ZS mensubstitusi sinyal untuk string enam 0. B8ZS digunakan pada subscriber loop carrier

- Kode lainnya adalah HDB3 code (high density binary 3), dimana 3 mengindikasikan substitusi untuk deretan biner dengan lebih dari tiga ”0” berturutan. Dengan HDB3, 0 kedua dan ketiga dari string ditransmisikan tidak berubah. Nol keempat ditransmisikan dengan polaritas yang sama dengan mark yang dikirim sebelumnya.

- HDB3 digunakan dengan sistem PCM seri E Eropa yang serupa dengan B3ZS

12

8.7 REPEATER REGENERATIVE- Pulsa yang melewati saluran transmisi digital mengalami pelemahan dan

terdistorsi oleh karakteristik frekuensi dari saluran. Repeater regeneratif menguatkan dan merekonstruksi sinyal digital dan membangkitkan replika sinyal asli hampir sempurna pada output.

- Gambar 8.14 merupakan diagram kotak repeater regeneratif.- Bagian pertama pemrosesan sinyal adalah penguatan dan ekualisasi. Ekualisasi

dibagi dua proses. Yang pertama fixed equalizer yang mengkompensasi pelemahan karakteristik frekuensi, yang kedua adjustable equalizer mengkompensasi permulaan antara panjang bagian repeater nominal dengan panjang sebenarnya dan variasi rugi-rugi karena suhu.

- Sinyal keluaran repeater harus secara akurat ditiming untuk menjaga lebar pulsa dan spasi antar pulsa yang akurat.

- Timing dibangkitkan dari incoming bit stream, incoming sinyal di-rectified dan diclip, menghasilkan gelombang kotak yang dimasukkan ke timing extractor.

- Keluarannya mengontrol pembangkit clock-pulse yang menghasilkan keluaran pulsa sempit yang berubah-ubah positif dan negative melewati zero crossing pada masukan gelombang kotak.

- Repeater regeneratif merupakan sumber utama jitter (dibahas pada sub bab selanjutnya)

- Threshold diset untuk menentukan polaritas positif dan negatif dari pulsa

8.8 SIGNAL-TO-GAUSSIAN NOISE RATIO ON PCM REPEATED LINES

Meskipun dalam transmisi digital, akumulasi derau bukan merupakan pertimbangan utama, derau Gaussian (derau termal) atau crosstalk atau derau impuls berpengaruh terhadap kinerja error atau error rate. Pada transmisi biner asli, S/N sebesar 22 dB memberikan operasi sistem yang hampir error free, ditunjukkan pada tabel 8.1. Untuk PCM praktis (menggunakan AMI) harga S/N pada tabel 8.1 ditambahkan 1 atau 2 dB untuk mendapatkan kinerja error yang sama.

13

8.9 PCM SYSTEMS ENHANCEMENTS8.9.1 North American DS18.9.1.1 Frame dan SuperframeFrame DS1 telah dibahas pada 8.3.3. superframe terdiri dari 12 frame, sehingga ada 12 S-bit untuk frame alignment/sinkronisasi. 12 bit ini dibagi 2, frame alignment pattern adalah 101010 ditempatkan di frame ganjil, dan superframe alignment pattern 001110 ditempatkan pada frame genap.

8.9.1.2 Extended Superframe.Table 8.3 menunjukkan extended superframe (ESF), yang disebut 24-frame multiframe dalam ITU-T G.704. Terdiri dari 24 frame dengan 24-S bit . setiap posisi keempat dalam ESF diberikan untuk frame alignment signal (FAS), 6 dari 18 bit

14

sisanya digunakan untuk cyclic redundancy check (CRC) untuk memonitor kinerja erroe pada link. Polynomial pembangkit CRC adalah X6+X+1.12 bit yang masih tersisa digunakan untuk membentuk 4 kbit/s data link, yang menyediakan jalur komunikasi antara primary hierarchical level terminal dan berisi data, n idle data link sequence atau loss of frame alignment alarm sequence. Loss suatu deretan alarm frame alignment digunakan bila loss of frame alignment (LFA) terdeteksi. Setelah terdeteksi adanya LFA pada local end A, satu 16-bit LFA sequence dari delapan “1” dan delapan “0” ditransmisikan dalam m-bit dari 4 kbit/s data link secara kontinyu ke remote end B.

8.9.2 E1Tabel 8.4 menunjukkan time slot (ch 0) pada frame E1. Tabel 8.5 menunjukkan struktur multiframe CRC4 E1 secara lengkap.

15

Setiap multiframe CRC-4, terdiri dari 16 frame, dinomori 0 sampai 15, dibagi dalam dua 8-frame sub multiframe (SMF), ditandai dengan SMF I dan SMF II. SMF adalah CRC-4 yang lebih dikenal sebagai CRC-4 block size. Pada frame ini tidak berisi sinyal frame alignment. Bit 1 digunakan untuk mentransmsisikan 6 bit CRC-4 multiframe alignment signal dan dua CRC-4 error indication bit (E). CRC-4 multiframe alignment signal mempunyai format 001011.E-bit digunakan untuk mengindikasikan sub multiframe yang error yang diterima dengan men-set kondisi biner satu E-bit dari 1 ke 0 untuk setiap sub multiframe yang error. Delay yang terjadi dari deteksi adanya error sampai menset E-bit tidak boleh lebih dari 1s.Polynomial untuk membangkitkan CRC-4 adalah X4+X+1

16

8.10 HIGHER ORDER PCM MULTIPLEX SYSTEMS

8.10.1 Stuffing and JustificationPertimbangkan DS2 higher-level multiplex, diturunkan dari M12 mux, mengambil input dari empat channel bank 24-channel. Clock pada channel bank ini free running. Keluaran laju transmisi setiap channel nominal 1.544.000 bit/s. terdapat toleransi 50 ppm ( 77 bit/s). Anggap semua input DS1 beroperasi pada batas tertinggi toleransi atau 1.544.077 bit/s. Input ke M12 Mux merupakan buffer, yang mempunyai kapasitas terbatas. Bila bit-bit di-read out dari buffer tidak lebih cepat daripada bit-bit yang masuk, pada waktu tertentu buffer akan meluap, hal ini tidak diinginkan. Maka diperlukan bit stuffing.Stuffing dalam output aggregate bit stream berarti menambahkan bit ekstra, sehingga memungkinkan read out suatu buffer lebih cepat daripada write in ke dalamnya.IEEE mendefinisikan stuffing bit sebagai “ bit yang disisipkan ke dalam frame untuk mengkompensasi perbedaan waktu dalam bagian lower rate signals. CCITT menggunakan istilah justification

17

18

19

20

21

22

8.11 TRANSMISI PCM LONG-DISTANCE

8.11.1 Keterbatasan TransmisiSetiap media transmisi mempunyai keterbatasan transmisi karena gangguan. Bila Rugi-rugi bertambah, S/N menurun maka error rate meningkat. Disperse merupakan gangguan yang membatasi panjang saluran, terutama jika laju transmisi meningkat. Berikut adalah gangguan transmisi pada PCM. 8.11.2 JitterJitter pada transmisi digtal didefinisikan sebagai variasi short-term dari sampling sesaat dari posisi yang sebenarnya dalam waktu atau fase. Variasi sampling sesaat longer term disebut wander. Jitter dapat menyebabkan gangguan seperti

Modulasi fase acak atau phase jitter yang dibawa pada setiap repeater terakumulasi dalam deretan repeater bisa menyebabkan crosstalk dan distorsi dalam rekonstruksi sinyal analog.Sumber timing jitter ada 2: systematic dan non systematic tergantung apakah berhubungan dengan pulse pattern atau tidak.Sumber jitter sistematis membuat jitter yang menurunkan bit stream sama seperti pada setiap repeater, sumbernya antara lain Intersymbol Interference (ISI), lebar pulsa terbatas, dan efek clock thresholdSumber jitter non sistematis seperti mistuning dan crosstalk berakibat pada degradasi timing yang acak dari repeater ke repeater.Thermal dan impuls noise bukan kontributor serius untuk jitter. Pada deretan repeater yang panjang, total akumulasi jitter menyebabkan sumber sistematis.Akumulasi jitter merupakan fungsi banyaknya repeater regeneratif dalam tandem. Harga mean square jitter meningkat sejumlah N (jumlah repeater) dan harga rms nya meningkat (N)1/2. Jitter juga sebanding dengan timing filter bandwidth, dimana Q tuned circuit yang lebih tinggi mengurangi adanya jitter. Jadi untuk mengurangi jitter diusahakan meminimalkan jumlah repeater dalam link. Untuk perbandingan, wire pair membutuhkan repeater setiap 6000 feet, coaxial cable setiap 1 mil, fiber optic sekitar 20-200 mil, microwave radio setiap 30 mil, satelit mempunyai paling sedikit repeater yaitu sekitar 4000 mil.Efek jitter pada sinyal analog yang dihasilkan setelah decoding adalah sinyal yang terdistorsi. Sinyal analog didapatkan kembali dari pulsa-pulsa PAM yang dilewatkan LPF. Jitter menempatkan pulsa PAM pada lokasi yang tidak tepat.

23

8.11.3 Distorsi

8.11.4 Derau Thermal

8.11.5 Crosstalk

8.11.6 Echo

24

8.12 DIGITAL LOOP CARRIERDLC merupakan metode meluaskan jaringan pelanggan metalik menggunakan satu atau lebih konfigurasi DS1. Fasilitas transmisi digital menggunakan sistem DLC bisa berupa kabel wire-pair berulang, fiber optik, atau gabungan keduanya dengan multiplekser digital atau media lain yang sesuai.

8.13 SONET DAN SDHSONET adalah Synchronous Optical Network, menyediakan formal digital sampai 9953.28 Mbps, yang dikembangkan di Amerika Utara, mengakomodasi standard DS1.SDH adalah Synchronous Digital Hierarchy, merupakan format digital yang dikembangkan di Eropa yang mengakomodasi E1. 8.13.1 SONETGambar 8.19 merupakan diagram fungsional SONET section, line dan path.

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

8.13.2 Synchronous Digital Hierarchy

37

Definisi-definisi1. Synchronous Transport Module (STM)

STM adalah struktur informasi yang digunakan untuk mendukung koneksi support section layer dalam SDH. Terdiri dari payload informasi dan section overhead (SOH) yang diatur dalam struktur block frame yang berulang 125 s. Informasi ini sesuai untuk transmisi serial pada media yang dipilih pada rate yang disinkronkan dengan jaringanSTM dasar atau STM-1 mempunyai laju 155.520 kbit/s. kapasitas STM yang lebih tinggi dibentuk pada rate ekivalen N kali laju dasar.STM-1 terdiri dari single administrative unit group (AUG) bersama dengan SOH.

2. Virtual Container-n (VC-n)Struktur informasi yang digunakan untuk mendukung koneksi path layer dalam SDH, terdiri dari payload informasi dan informasi path overhead (POH) dalam struktur block frame 125 s atau 500 s. informasi alignment untuk mengidentifikasi awal frame VC-n disediakan oleh server network layerDua tipe VC

38

39

40

41

42

43

44

45

Ada 2 cara membentuk STM-N, yaitu :- Dengan penggabungan AU-4- Penggabungan AU-3

Contoh multipleksing STM-N dari sinyal 2 Mbps::

- Sinyal tributary 2 Mbps yang telah dimasukkan ke container C-12 dengan terlebih dahulu ditambahi bit stuffing, selanjutnya dimasukkan ke dalam VC-12.

- Dalam VC-12, sinyal C-12 diberi tambahan POH.. - VC-12 disisipi pointer membentuk TU-12. - Tiga buah TU-12 dimultipleksing menjadi TUG-2. Tujuh TUG-2 dimultipleks

menjadi TUG-3. - Dengan penyisipan POH, TUG-3 menjadi VC-4. - Pointer disisipkan ke AU-4 sehingga menjadi AUG. - Dengan penyisipan SOH, AUG menjadi STM-N

46

Table 6-1/G.707/Y.1322 – VC types and capacity

VC type VC bandwidth VC payload

VC-11 1 664 kbit/s 1 600 kbit/sVC-12 2 240 kbit/s 2 176 kbit/sVC-2 6 848 kbit/s 6 784 kbit/sVC-3 48 960 kbit/s 48 384 kbit/sVC-4 150 336 kbit/s 149 760 kbit/sVC-4-4c 601 344 kbit/s 599 040 kbit/sVC-4-16c 2 405 376 kbit/s 2 396 160 kbit/sVC-4-64c 9 621 504 kbit/s 9 584 640 kbit/sVC-4-256c 38 486 016 kbit/s 38 338 560 kbit/s

Table 6-2/G.707/Y.1322 – SDH hierarchical bit rates

Synchronous digitalhierarchy level

Hierarchical bit rate(kbit/s)

0 51 8401 155 5204 622 080

16 2 488 32064 9 953 280

256 39 813 120NOTE – The specification of levels higher than 256 requires further study.

47