SISTEM KOMUNIKASI DIGITAL. Levy Olivia Nur, MT

Transkripsi

1 SISTEM KOMUNIKASI DIGITAL Levy Olivia Nur, MT

2 I. Sisem Komunikasi Digial Keunungan-keunungan sisem komunikasi digial Vs sisem komunikasi analog : a. Perencanaan rangkaian digial relaif sederhana, lebih mudah menerapkan rangkaian erinegrasi pada rangkaian digial b. Makin berambahnya penggunaan dan ersedianya eknik-eknik pengolahan digial c. Sinyal-sinyal digial dapa dibenuk kembali aau dibangkikan kembali selama ransmisi d. Kemampuan kde sinyal digial unuk meminimumkan/ menekan pengaruh bising dan inerferensi e. Penggunaan yang meluas pada kompuer dalam menangani sagala macam daa Kerugian-kerugiannya : a. Bandwidh relaif lebih lebar b. Saa ini harga komponen rangkaian digial masih mahal

3 II. Modulasi Kode Pulsa Modulasi Kode Pulsa PCM ( Pulse Code Modulaion) Merupakan salah sau eknik memprosessuau sinyal analog menjadi sinyal digial yang ekivalen. Proses-proses pada sisem PCM : 1. Proses Sampling (pencuplikan) 2. Proses Quanizing (kuanisasi) 3. Proses Codeng (pengkodean) 4. Proses Decoding (pengkkodean kembali)

4 Diagram Blok proses-proses PCM Inpu analog A LPF A Sample r Quanize r N-level Coder Transmisi Transmisi Regeneras i Decoder LPF oupu analog A

5 Penjelasan Pada pengirim proses-proses yang dilakukan : Filer (LPF); Sampler; Quanizer; Coder Pada penerima proses-proses yang dilakukan : Regeneraive Repeaer; Decoder; Filer (LPF) Pada Pengirim : a. Sinyal analog inpu berfrekuensi f m, masih bercampur dengan noise/ sinyal- A sinyal lain yang berfrekuensi lebih inggi A Sinyal inpu analog seharusnya Sinyal inpu analog bercampur dengan noise b. Sinyal oupu LPF berfrekuensi f m A LPF menghilangkan sinyal-sinyal yang ak diperlukan

6 c. Frekuensi sampling (pulsa-pulsa sampling) pada proses sampling f s 2 f m (Theorema Nyquis) Sinyal oupu sampler disebu sinyal PAM (Pulse Ampliudo Modulaion) = Modulasi Kode Pulsa d. Sinyal oupu Quanizer, memiliki level erenu Sinyal-sinyal PAM Sinyal sampler Sinyal PAM 1 diberi level 9 Sinyal PAM 2 diberi level Besarnya level kuanisasi N adalah N = 2 n Sinyal PAM 3 diberi level 12 Sinyal PAM 4 diberi level 8 Sinyal PAM 5 diberi level 3 Sinyal PAM 6 diberi level 1 Sinyal PAM 7 diberi level 2 Sinyal PAM 8 diberi level 7 ds n = jumlah bi yang dikedokan unuk 1 sinyal sampler PAM Misal 1 sinyal PAM dikodekan menjadi 4 bi, maka jumlah level kuanisasi N = 2 4 = 14

7 e. Coder 1 sinyal sampler PAM yang sudah dikuanisasi kemudian dikodekan menjadi n bi sinyal-sinyal PCM biner. A 7 A PCM digial signal 5 4 dikodekan menjadi Bi rae = laju bi per deik = jumlah bi yang dikirim iap deik. e. Regenerasi Selama ransmisi, sinyal digial PCM mengalami redaman dan bercampur dengan noise ransmisi, sehingga perlu diperbaiki sebelum proses pengkodean kembali dengan regeneraive repeaer (rangkaian penyegar sinyal). ransmisi inpu Regeneraive repeaer oupu

8 memiliki f m =4 khz; f s 8 Vref 0 0 A A Inpu oupu inpu oupu + - A D ck Vref Q Proses-Proses pad PCM 1. Sampling : mencari sample-sample dari beberapa informasi dengan menenukan iik-iik yang mewakili A m() = sinyal analog asal Sinyal-sinyal sample Frekuensi sampling f s 2 f m Periode sampling T s 2 f m mis : sinyal suara

9 Sampler A f m Sinyal-sinyal PAM Theorema Nyquis bahwa f s 2 f m ; jika f s < 2 f m maka spekrum sinyal PAM akan overload (menumpuk/umpang indih). f s = 2 f m A 0 f m f s 2f s 3f s (f s f m ) (f s + f m ) (2f s + f m ) (2f s f m ) (3f s f m ) (3f s + f m ) f (frek)

10 f s > 2 f m A 0 f m f s 2f s 3f s (f s f m ) (f s + f m ) (2f s + f m ) (3f s + f m ) (2f s f m ) (3f s f m ) f (frek) f s < 2 f m A Spekrum menumpuk 0 f m f s 2f s 3f s f (frek) Teknik Pembangkian Sinyal Sampling Sampler (swich elekronik) A PAM f m m() sinyal asal analog ms() sinyal PAM τ fs Ts fs

11 Macam-macam Meoda Sampling 1. Insaninous Sampling 2. Naural Sampling 3. Fla Top Sampling Dalam 1 sinyal sample ampliudo idak sama besar Unuk Fla Top Sampling, pembangkinya : Dalam 1 sinyal sample ampliudo sama fm Inpu analog m() s 1 C s 2 ms() Oupu PAM fs

12 Pengaruh harga τ : τ kecil energi sediki, caca kecil τ besar energi besar, caca besar 2. Kuanisasi Sinyal-sinyal oupu rangkaian sampler kemudian sikuanisasi; arinya sinyalsinyal sample ersebu diberi harga (level) erenu.

13 Misal : Sinyal PAM ke 1, ampliudo 2.8V diberi level 3 Sinyal PAM ke 2, ampliudo 4.7V diberi level 5 Sinyal PAM ke 3, ampliudo 5.2V diberi level 5 Sinyal PAM ke 4, ampliudo 3.0V diberi level 3 Sinyal PAM ke 5, ampliudo 2.1V diberi level 2 Conoh lain : Sinyal PAM ampliudo 2.4 diberi level 2 ; dikodekan 0010 Sinyal PAM ampliudo 1.6 diberi level 2 ; dikodekan 0010 Sinyal PAM ampliudo 2.5 diberi level 3 ; dikodekan 0011 Sinyal PAM ampliudo 2.6 diberi level 3 ; dikodekan 0011 Sinyal PAM ampliudo 3.4 diberi level 3 ; dikodekan 0011 Sinyal PAM ampliudo 3.5 diberi level 4 ; dikodekan 0100 Dari conoh di aas erliha bahwa : ; ? Ampliudo berbeda diberi level sama, kode sama : maka erjadi kesalahan ; ? Selisih ampliudo berbeda besar level sama kode sama Selisih ampliudo berbeda sediki level berbeda kode berbeda Jelas erjadi kesalahan yang disebu sebagi KESALAHAN KUANTISASI aau DISTORSI KUANTISASI

14 Kesalahan maksimum sebesar D = ± ½ V; dimana V adalah besarnya inerval kuanisasi; unuk kuanisasi linier. Unuk memperkecil disorsi dapa diperoleh dengan cara : 1.Proses kuanisasi non linier (non Uniform) 2.Memperbesar/ memperbanyak level kuanisasi N (memperkecil/ mempersempi inerval kuanisasi).

15 Dari gambar ersebu (kiri) : Sinyal PAM ke 1, ampliudo 2.8 diberi level 3 dikodekan Sinyal PAM ke 2, ampliudo 4.7 diberi level 5 dikodekan Sinyal PAM ke 3, ampliudo 5.2 diberi level 5 dikodekan Sinyal PAM ke 4, ampliudo 3.0 diberi level 3 dikodekan Sinyal PAM ke 5, ampliudo 2.1 diberi level 2 dikodekan Teapi coba perhaikan gambar yang sau lagi (kanan) : Sinyal PAM ampliudo 2.8 diberi level 5 ; dikodekan Sinyal PAM ampliudo 4.7 diberi level 9 ; dikodekan Sinyal PAM ampliudo 5.2 diberi level 11 ; dikodekan Sinyal PAM ampliudo 3.0 diberi level 6 ; dikodekan Sinyal PAM ampliudo 2.1 diberi level 4 ; dikodekan Jelas bahwa dengan level kuanisasi yang lebih besar (inerval kuanisasi dipersempi); disorsi kuanisasi makin kecil. Yang baik adalah level kuanisasi sebesar mungkin (inerval kuanisasi sesempi mungkin). Misal : PAM ampliudo PAM ampliudo PAM ampliudo ds Lebih baik lagi : PAM ampliudo PAM ampliudo PAM ampliudo ds

16 3. Pengkodean (Coding) Sinyal PAM dikuanisasi dikodekan sinyal biner PCM misal : 1 sinyal PAM erkuanisasi dikodekan menjadi 3 bi (n = 3).

17 4. Regeneraive A/D Converer D/A Converer Sampler Quanizer Coder ransmisi Regeneraiv e repeaer Decoder LPF analog digial analog PAM Quanize r + Coder P/S Converer S/P Converer Decoder Serial daa Paralel daa Paralel daa Serial daa Selama ransmisi sinyal dierima di penerima menjadi caca karena adanya redaman, noise, dll. Unuk iu perlu diperbaiki dengan menggunakan rangkaian penyegar sinyal, yaiu regeneraive repeaer. A Sinyal yang dierima Regeneraiv e repeaer Sinyal yang elah diperbaiki

18 5. DECODING : Proses konversi dari sinyal digial sinyal analog. 6. Sejenak ke Proses Kuanisasi Kuanisasi : Kuanisasi Linier (Uniform) Kuanisasi Non Linier (Non Uniform)

19 * Kuanisasi Linier (Uniform) : jika inerval kuanisasi harganya sama besar (konsan). * Kuanisasi Non Linier (Non Uniform) : Jika inerval kuanisasi idak sama; sinyal berampliudo kecil, inervalnya kecil; sinyal berampliudo besar, inervalnya besar. Unuk sinyal berampliudo kecil, noise kuanisasi dapa dikurangi (diperkecil). Kuanisasi Linier : 7. Kuanisasi Non Uniform dimaksud agar diperoleh noise kuanisasi yang kecil; dengan cara proses Compressing dan Expanding. Kedua proses ini disebu sebagai proses COMPANDING.

20 * Unuk kuanisasi linier : disorsi kuanisasi hampir-hampir selalu konsan, sedang ampliudo sinyal bervariasi; dari kecil sampai besar, dengan demikian S/D (perbandingan daya sinyal erhadap daya disorsi kuanisasi) unuk sinyal berampliudo kecil S/D unuk sinyal berampliudo besar.

21 * Jika erjadi S/D seperi ersebu di aas pada suau sisem kuanisasi maka sisem ersebu JELEK (Buruk). * Yang baik bagaimana? Yang baik adalah S/D hampir-hampir konsan, baik unuk sinyal berampliudo kecil maupun besar. Dan besar S/D dimaksud sesuai dengan rekomendasi yang ada (aau lebih besar dari iu). Unuk iu dibualah proses kuanisasi non linier.

22 * Apakah idak bisa, dengan kuanisasi linier diperoleh kualias sisem sebaik dengan kuanisasi non linier? Hal ersebu BISA saja erjadi, yaiu dibuuhkan level kuanisasi sebesar (sebanyak) 2000 level agar kualias sinyal berampliudo rendah masih baik, aau kira-kira diperlukan 11 bi per sample sinyal PAM. * Dengan kuanisasi non linier, cukup diperlukan 128 level kuanisasi saja, aau ekivalen dengan 7 bi per sample sinyal PAM. Rekomendasi CCITT Rec.G 7 11, kuanisasi non linier dengan level sebesar 256 aau ekivalen dengan 8 bi per sample (2 8 =256). Kuanisasi Uniform 2000 level = Kuanisasi Non Uniform 128 level

23 Proses Companding dan Coding Proses kompanding pada penransmisi PCM : proses compressi di pengirim dan proses expensi di penerima. Quanize r linier Quanize r linier Compressor Expander Pengirim Penerima * Pada pengirim (Compressor), sinyal dengan level ingi di kompres (diekan) * Pada penerima (Expander) : proses kebalikan pada proses Compressor.

24 Karakerisik Companding : logarimik Inpu compressor dibaasi +1V & -1V (dalam gambar hanya sinyal + saja) Oupu compressor dibaasi +1V & -1V (dalam gambar hanya +1V saja) berharga sama x berharga ak sama

25 Misal : Inpu 1 sebesar x 1 vol di oupu menjadi oupu a sebesar vol Inpu 2 sebesar x 2 vol di oupu menjadi oupu b sebesar 2 vol Inpu 3 sebesar x 3 vol di oupu menjadi oupu c sebesar 3 vol Inpu 8 sebesar x 4 vol di oupu menjadi oupu h sebesar 8 vol ds Ada 2 macam kompanding logarimik (Rec.CCITT) : 1. A-law (Eropa, Indonesia) 2. -law (Amerika (uara) & Jepang)

26 Kurva A-law dibagi menjadi 13 segmen Kurva -law dibagi menjadi 15 segmen Baik A-law maupun -law memiliki levelkuanisasi 256 sep, iap sample dikodekan menjadi 8 bi. oupu F(x) +1 Kurva ini diperoleh dari 1. A-law : + inpu Dimana : A = 87.6 = 255 X = inpu F(x) = oupu Rec.CCITT 2. -law :

27 Conoh dengan berbagai =

28 Keerangan : Inpu Quanizer & Coder dibaasi 1V (2Vpp); begiu pula oupunya Terdapa 13 segmen Inpu sebesar 1/64 V; oupu menjadi ¼ V Inpu sebesar 1/16 V; oupu menjadi 2/4 V Inpu ¼ V; oupu menjadi ¾ V Inpu 2/4 V; oupu menjadi 1/8 V Inpu 1 V; oupu menjadi 1 V Sumbu aas unuk sinyal posiif (+); Sumbu bawah unuk sinyal negaif ( - ) Kode sebanyak 8 bi : A B C D X X X X Misal sinyal posiif, inpu dari 1/8 V s/d ¼ V (segmen 4) dikodekan menjadi : 1101 xxxx Polarias sinyal segmen sinyal A=1 sinyal (+) A=0 sinyal (-) mis : 011 (seg no 2)

29 Keerangan : Unuk menenukan harga kode sinyal xxxx. Conoh diberikan pada segmen 4. Segmen 4 ; sinyal inpu dari 1/8 V s/d ¼ V dibagi menjadi 15 Inpu sebesar 1/8 V dikodekan menjadi Inpu sebesar ¼ V dikodekan menjadi Inpu 1/8 V +(4 bag) = X dikodekan menjadi ds. Jadi sinyal inpu yang berada pada range segmen 4 dikodekan mulai dari s/d Yaiu : ds s/d

30 8. Susunan Frame Sisem PCM : a. PCM 30 : Eropa, Indonesia b. PCM 24 : Amerika Uara (Amerika, Canada) PCM 30 Jumlah kanal yang dimuliplex = 30 kanal pembicaraan Terdapa 32 ime slo per frame (90 kanal voice + 2 kanal unuk framing dan sampling) Panjang word 8 bi (sinyal PAM erkuanisasi dikodekan menjadi 8 bi) Frekuensi sampling 8000 Hz Bi rae oal Mbps (Bi rae = kecepaan bi per deik) Kompanding yang digunakan : A-law 1 frame unuk ransmisi memerlukan waku sebesar Ts perlu waku sebesar 3.9 s s

31 Ts No 0 = Ts unuk framing (Frame Alignmen) Ts No 1 s/s Ts No 15 : unuk voice ; Ts No 17 s/d 31 voice Ts No 16 : unuk signalling (Pensinyalan)

32

33 Frame No Time Slo 0 Bi No Time Slo 16 Bi No Y X Z X X 1 Y 1 Z X X X X X Sig ch 1 Sig ch 16 2 Y Sig ch 2 Sig ch 17 3 Y 1 Z X X X X X Sig ch 3 Sig ch 18 4 Y Sig ch 4 Sig ch 19 5 Y 1 Z X X X X X Sig ch 5 Sig ch 20 6 Y Sig ch 6 Sig ch 21 7 Y 1 Z X X X X X Sig ch 7 Sig ch 22 8 Y Sig ch 8 Sig ch 23 9 Y 1 Z X X X X X Sig ch 9 Sig ch Y Sig ch 10 Sig ch Y 1 Z X X X X X Sig ch 11 Sig ch Y Sig ch 12 Sig ch Y 1 Z X X X X X Sig ch 13 Sig ch Y Sig ch 14 Sig ch Y 1 Z X X X X X Sig ch 15 Sig ch 30

34 Tabel : bi-bi akual unuk Time Slo 0 dari muliframe unuk kondisi normal (idak ada alarm). Ke : X = bi-bi yang idak dialokasikan unuk ujuan-ujuan erenu, normal dise 1 Y = bi-bi reserve unuk penggunaan Inernasional, normal dise 1 Z = bi-bi yang digunakan unuk menginformasikan selang akhir jika erdeeksi adanya frame alignmen loss ; normal = 0 ; alarm = 1 Sinyal frame alignmen (menyamakan frame) dikirim selama Ts No.0 unuk frame nomor genap Muliframe alignmen signal 0000 dikirim hanya sekali per muliframe pada Ts No.16 frame No.0

35

36 Perbandingan Sisem PCM 24 dan PCM 30 PCM 24 PCM 30 Sampling frequency (khz) 8 8 Duraion of ime slo ( s) Bi widh ( s) Bi ransfer rae (Mbps) Frame periode ( s) No. of bis per word 8 8 No. of frames per muliframe Muliframe periode (ms) Frame alignmen signal in Odd frame Even frame Muliframe alignmen signal in Even frame Ts 16 of frame Frame alignmen word Muliframe alignmen word

37 III. DPCM : Differensial PCM * Pada sisem PCM, jika sinyal audio aau sinyal video dicuplik (sampling), biasanya diperoleh sinyal-sinyal sample (PAM) yang berdekaan memiliki level yang idak erlalu jauh (level sinyal-sinyal sample yang berdekaan hampir sama). Dengan pengkodean seperi sisem PCM berari banyak erjadi redudansi pada sinyal-sinyal sample ersebu; yang menyebabkan bandwidh dan dynamic range pada sisem PCM menjadi boros (erbuang) jika sinyal-sinyal redudansi ersebu dikirimkan. Sinyal PAM no 1, level 5 dikodekan mis Sinyal PAM no 2, level 6 dikodekan Sinyal PAM no 3, level 7 dikodekan Pemborosan

38 * Unuk mengurangi redudansi dan mengurangi bandwidh yang dikirim, jika menggunakan PCM; digunakan eknik DPCM; sebagi penggani proses kuanisasi dan coding sinyal-sinyal sample pada sisem PCM. * Pada sisem DPCM, perbedaan ampliudo 2 sinyal sample yang berdekaan (sinyal sample erdahulu dengan sinyal sample berikunya) yang dikirimkan. * Pada DPCM, suau perkiraan harga sinyal sample berikunya dibua berdasar aas harga sinyal sample erdahulu, harga perkiraan ini kemudian dikurangkan dengan harga sinyal sample sebenarnya, perbedaan (selisih) anara 2 sinyal ini disebu predicion error (kesalahan prediksi). Predicion error ini kemudian dikuanisasi, dikodekan dan dikirim ke penerima (decoder).

39 Disisi penerima (deecoder), proses kebalikan erjadi : yaiu membenuk kembali sinyal orisinil dari kesalahan-kesalahan prediksi erkuanisasinya.

40 * Pada Pengirim : sinyal-sinyal analog inpu dibandingkan dengan level sinyal erakumulasi, di rangkaian diferensiaor; oupu diferensiaor merupakan selisih anara 2 sinyal ersebu, selisih ersebu kemudian dikodekan dengan PCM dan dikirimkan; rangkaian (blok) A/D converer prinsip kerja, sama seperi pada konsep PCM, hanya bedanya, dengan menggunakan lebih sediki bi per sample. * Pada Penerima : iap-iap sinyal sample diubah kembali ke benuk sinyal analog, disimpan dan dijumlahkan dengan sinyal-sinyal sample berikunya yang dierima.

41 Pada Gambar di aas, menggunakan predikor unuk memperoleh selisih sinyal-sinyal ermodulasi ampliudo pulsa (DPAM) yang selanjunya dikuanisasi dan dikodekan unuk memperoleh sinyal DPCM.

42 Pada Gambar di aas, predikor bekerja pada harga-harga erkuanisasi dengan maksud agar noise kuanisasi dapa diminimumkan.

43 IV. Modulasi Dela (Modulasi Segiiga) * Modulasi dela merupakan suau versi penyederhanaan dari DPCM, yang merupakan kasus khusus dari DPCM, dimana ada 2 level kuanisasi (1 bi) yang harganya ±. * Modulasi dela merupakan 1 kode elemen, yang enu saja proses-proses perbandingan sinyal seperi pada DPCM eap ada. * Bi 1 dikirim ke line jika sinyal sample yang daang memiliki ampliudo yang lebih besar jika dibanding dengan ampliudo sinyal sample sebelumnya. * 2 level kuanisasi (M=2), dalam hal seperi gambar DPCM dengan menggunakan prediksi selisih sinyal-sinyal erkuanisasi, maka sinyal-sinyal DPAM erkuanisasi merupakan sinyal biner, sehingga Encoder idak diperlukan, begiu pula rangkaian A/D dan D/A converer idak diperlukan.

44 * Pada gambar beriku : cara kerja Subracor dan Quanizer 2 level direalisasikan dengan rangkaian Komparaor dengan oupu ±Vc (± ) yang merupakan sinyal biner bipolar. Pada sisi penerima, sinyal DM diubah kembali ke sinyal analog dengan rangkaian Inegraor.

45 * Gambar beriku adalah benuk gelombang sinyal analog inpu dan sinyal oupu dari akumulaor, sera benuk gelombang sinyal oupu DM (Dela Modulaor).

46 * Granular Noise dan Slope Overload Noise Sinyal oupu akumulaor idak selalu sesuai dengan sinyal inpu analog Sinyal error noise kuanisasi dapa diklasifikasikan menjadi 2 ipe : 1. Slope overload noise 2. Granular noise Slope overload noise (slope overload disorion) : erjadi jika sepsize erlalu kecil unuk oupu akumulaor unuk mengikui perubahan yang cepa gelombang inpu (sinyal inpu analog berubah secara cepa/ erlalu cepa dibanding oupu DAC (accumulaor), jadi slope overload noise erjadi pada ransisi sinyal inpu yang besar dan cepa). Granular Noise : erjadi jika sinyal analog memiliki ampliudo yang relaif konsan. Granular noise idenik dengan noise kuanisasi pada sisem PCM.

47 V. ADM-PCM (Adapive Dela Modulaion PCM) * Unuk meminimumkan slope overload noise, semenara granular noise pada harga yang dapa dierima, maka digunakan eknik ADM. * Sep size δ oupu DAC, bervariasi sebagai fungsi waku mengikui perubahan benuk gelombang sinyal inpu (δ idak sama, δ bervariasi sesuai dengan ampliudo sinyal inpu). * Sep size δ dijaga agar eap kecil unuk meminimumkan granular noise, sehingga slope overload noise mulai dominan, kemudian δ diambah agar slope overload noise berkurang.

48 * Conoh : saa pulsa-pulsa DM berupa derean pulsa-pulsa dengan polarias posiif, sep size diambah hingga pulsa-pulsa DM mulai berubah polarias, kemudian δ berubah. Uruan Dela Jl. Biner 1 aau 0 beruru-uru Sep size f(d) X X δ X δ δ δ X = don care

49

50