Dasar Sinyal S1 TEKNIK TELEKOMUNIKASI SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI TELEMATIKA TELKOM PURWOKERTO 2015
Apakah sinyal itu? Suatu besaran fisis yang berubah seiring dengan waktu, ruang atau beberapa variabel Kuantitas terukur yang rentang waktunya atau spatial bervariasi
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 Sinyal analog memiliki jumlah kemungkinan nilai amplituda yang tak terhingga Sinyal digital memiliki jumlah kemungkinan nilai amplituda yang terhingga 4
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 2 3 nilai) Setiap words dapat dinyatakan dalam bentuk sinyal biner 5
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 karakteristik gelombang Dua parameter atau karakteristik terpenting yang dimiliki oleh sinyal analog adalah : Amplitudo Frekuensi Sudut fasa Sinyal analog biasanya dinyatakan dengan gelombang sinus, mengingat gelombang sinus merupakan dasar untuk semua bentuk 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 tinggi rendahnya tegangan dari sinyal analog Frekuensi : Jumlah gelombang sinyal analog dalam satuan detik Sudut Fasa : besar sudut dari sinyal analog pada saat tertentu
Setiap sinyal telekomunikasi dapat dinyatakan oleh penjumlahan gelombang fundamental cosinus sebagai berikut v(t) =Acos(ωt+φ) = Acos(2πft +φ) f = frekuensi sinyal t = waktu dalam satuan detik φ = pergeseran fasa ω = 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 = ct c = 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 dapat mengalami perubahan yang tiba-tiba dan mempunyai besaran 0 dan 1. Sinyal digital hanya memiliki dua keadaan, yaitu 0 dan 1, sehingga tidak 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 Soal 1. 2.
Cacat yang dialami sinyal ketika ditransmisikan Distorsi akibat redaman Distorsi fasa Distorsi akibat noise ET2080 Jaringan 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 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 23
A delay (phase) equalizer tends to flatten the delay characteristic of a voice channel ET2080 Jaringan 24
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 media transmisi dan perangkat komunikasi akibat pergerakan elektron Thermal noise memiliki distribusi energi yang uniform pada spektrum frekuensi dan memiliki distribusi level yang normal (Gaussian) Thermal noise merupakan faktor penentu batas bawah sensitivitas sistem penerima Thermal noise berbanding lurus dengan bandwidth dan suhu Thermal noise untuk sistem dengan bandwidth B adalah: P n = -228,6 dbw + 10 log T + 10 log B T = suhu kerja absolut (dalam satuan Kelvin) Satuan P n adalah db W Note: Kelvin = Celsius + 273,15 Untuk penerima (receiver) yang bekerja pada suhu ruang (290 K), thermal noise pada receiver tersebut adalah: P n = -228,6 dbw + 10 log 290 + NF db +10 log B Hz P n = -204 dbw + NF db +10 log B Hz 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: P n = -228,6 dbw + 10 log T + 10 log B = -228,6 dbw + 10 log 10 2 + 10 log 10 7 = -228,6 + 20 + 70 = -138,6 dbw 2. Misalnya ada suatu amplifier dengan temperatur derau 10.000 K dan bandwidth 10 MHz, hitung level thermal noise di output! Jawab: P n = -228,6 dbw + 10 log 10 4 + 10 log 10 7 = -228,6 + 40 + 70 = -118,6 dbw 3. Suatu receiver mempunyai noise figure 4 db dan beroperasi pada suhu ruangan (290 K). Bandwidth receiver tersebut adalah 20 MHz, berapa thermal noise threshold? Jawab: P n = -228,6 dbw + 10 log 290 + NF db +10 log B Hz = -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 F 1 F 2 Medium/perangkat non-linier Second-order products: 2F 1,2F 2,F 1 F 2 Third-order products: 2F 1 F 2, 2F 2 F 1 Fourth-order products: 2F 1 2F 2, 3F 1 F 2 Penyebab intermodulation noise a.l.: Level input terlalu tinggi sehingga perangkat berkerja daerah non-linier Kesalahan penalaan perangkat sehingga perangkat bekerja secara non-linier 28
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 Telekomunikasi Signal-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 NF db = (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: NF db = (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) Noise Figure ( NF ) = SNRin - SNRout (db) NF = 1 ( 0 db ) Noiseless SNRout SNRin Network 40 db 30 db Noise Figure ( NF ) = 40 30 = 10 db 33
Perjalanan Sinyal Informasi
Pengubahan Sinyal Analog ke Digital Pengubahan sinyal dilakukan dengan pembagian sinyal analog (continue) menjadi sinyal biner (berbentuk bit 1 dan 0) untuk selanjutnya ditransmisikan pada media transmisi. Proses yang harus dilalui dalam metode pengubahan sinyal ini melalui beberapa tahapan, 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 : Sampling Quantisasi Pengkodean Multiplexing
LPF Sampling Kuantisasi Coding Multipleksing LPF Sampling Kuantisasi Coding LPF Sampling Kuantisasi Coding
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 (sekurangkurangnya memperoleh puncak dan lembah) [teorema Nyquist]
Sampling
Quantisasi Proses Pemberian harga terhadap sinyal PAM; yang besarnya kecilnya disesuaikan dengan harga tegangan pembanding terdekat
Quantizing
Output Input 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 Input Output Compressing Expanding
Coding / Pengkodean Pengkodean adalah proses mengubah (mengkodekan) besaran amplitudo sampling ke bentuk kode digital biner. 7 6 5 4 3 2 1 0 M S S S A A A A
Coding
Multiplexing Multiplexing merupakan penggabungan beberapa kanal sinyal informasi ke dalam satu kanal informasi dengan tujuan agar sinyalsinyal 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