TKE 8329W Sistem Transmisi Telekomunikasi Kuliah 1 Pendahuluan Indah Susilawati, S.T., M.Eng. Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer Universitas Mercu Buana Yogyakarta 2009 1
P E N D A H U L U A N Media Transmisi Tujuan telekomunikasi: menyediakan komunikasi berkualitas tinggi untuk suara, video, dan data antara dua atau lebih lokasi. pengaruh jarak harus diminimalkan (jarak 1 km atau 300 km atau 1000 km????). jarak hanya menentukan tipe peralatan yang digunakan untuk interkoneksi. Kabel tembaga, serat optik, dan PBX untuk komunikasi dalam satu gedung. Jaringan telepon lokal untuk komunikasi dalam satu wilayah desa atau kota. Jaringan telepon lokal biasanya terdiri atas sentral lokal (central office atau CO) dan local loop (sambungan yang menghubungkan pelanggan dengan sentral lokal). Local loop dapat menggunakan kabel tembaga, serat optik, atau jalur radio. Koneksi antar kota atau sambungan jarak jauh dapat menggunakan jalur radio gelombang mikro (microwave), serat optik, dan/atau satelit. Serat optik menawarkan lebar bidang dan pesat bit yang lebih tinggi daripada kabel tembaga. Beberapa kelebihan serat optik membuat medium ini dipilih untuk aplikasi pada lokasi-lokasi rawan korosi, sekitar pembangkit listrik (dimana terdapat banyak kemungkinan induksi), atau pada pabrikpabrik kimia (dimana terdapat banyak bahan yang mudah terbakar oleh percikan api), serta di sekitar reaktor nuklir. Satelit komunikasi biasanya ditempatkan pada orbit geostasioner, sangat menarik terutama untuk siaran televisi secara langsung. Aplikasi lain dari komunikasi menggunakan satelit adalah dalam hal menyediakan sistem global untuk telefon bergerak (misalnya proyek Iridium dengan 77 satelitnya). Kelemahan penggunaan satelit untuk komunikasi (terutama komunikasi suara) adalah dalam hal tunda propagasi (propagation delay). Misalnya, untuk berkomunikasi dengan seseorang di lokasi yang berlawanan secara diametris (diametrically opposite) maka waktu tundanya mencapai 0,5 detik. Untuk komunikasi data, tunda propagasi tidak menjadi masalah. Mengapa??? 2
Digitalisasi Perbaikan kualitas yang diperoleh dalam sistem transmisi digital berhubungan dengan teknik recovery sinyal pada sisi penerima (yaitu dengan adanya proses pembangkitan kembali sinyal atau regenerasi). Dalam sistem analog, pengulang (repeater) akan memancarkan kembali sinyal dan juga derau (noise) yang telah terakumulasi sepanjang jalur transmisi. Pada titik tertentu, akumulasi derau akan menyebabkan perbandingan S/N terlalu kecil sehingga kualitas komunikasi menjadi tidak layak lagi. Dalam sistem transmisi digital, setiap pengulang akan membangkitkan kembali sinyal yang diterimanya dan kemudian memancarkan kembali sinyal yang telah bebas dari derau. Dengan demikian, secara teoritis transmisi digital tidak terbatas jarak transmisinya. Namun dalam sistem transmisi digital ada fenomena yang disebut jitter. Jitter merupakan derau posisi pulsa (pulse position noise) yang tampak sebagai variasi posisi titik potong pulsa pada sumbunya (zero crossing) terhadap posisi yang sebenarnya. Jitter akan terakumulasi karena disebabkan oleh beberapa sirkuit elektronik yang ada dalam sistem transmisi telekomunikasi, misalnya regenerator dan multiplekser. Jitter menyebabkan terjadinya kesalahan bit sehingga pada akhirnya membatasi panjang jalur maksimum yang dapat didukung oleh sistem transmisi digital. Dalam sistem trasmisi digital, kualitas jalur atau kanal ditentukan oleh BER (Bit Error Rate). Sebagai contoh, BER sebesar 1 x 10-6 berarti ada 1 bit yang salah (saat diterima pada sisi penerima) dalam setiap satu juta bit yang ditransmisikan. Secara umum kelebihan sistem digital jika dibandingkan dengan sistem analog adalah sebagai berikut: Semua layanan seperti telefon, telegrafi, data kecepatan tinggi, TV, fax, dll dapat dikirim melalui medium transmisi yang sama konsep ISDN (Integrated Services Digital Network). Pemanfaatan bidang frekuensi radio (RF) yang lebih tinggi yang sebelumnya tidak digunakan. Bidang RF pada daerah 10 GHz atau diatasnya tidak cocok untuk sistem analog karena tingginya penyusutan (atenuasi) akibat hujan, kabut, dll. Sementara itu S/N sistem analog menurun secara linier sesuai dengan pemudaran (fading) yang 3
dialami oleh pembawa RF. BER dalam sistem digital tidak terpengaruh oleh pemudaran. Kekebalan yang tinggi terhadap derau menyebabkan sistem digital hampir tidak terpengaruh oleh jarak komunikasi. Penggunaan sirkuit terpadu membuat sistem digital lebih ekonomis. Lebih mudah dalam perawatan. Integrasi sinergis antara berbagai sistem transmisi digital seperti serat optik, satelit digital, dan sistem DMR (Digital Microwave Radio) dengan sentral (telefon) digital. Gambar 1. Contoh pulsa dengan jitter Konfigurasi Sistem DMR (Digital Microwave Radio) Gambar 2 memperlihatkan jalur gelombang mikro yang disederhanakan, hanya terdiri atas satu pengulang regeneratif dan dua stasiun terminal. Stasiun terminal menghubungkan pelanggan ke sambungan jarak jauh. Sejumlah besar pelanggan 4
(misalnya 2000 pelanggan) dijamak (multiplexed) dan kemudian ditransmisikan melalui jalur gelombang mikro. Sinyal dikonversi ke frekuensi gelombang mikro (sekitar 6 GHz) dan ditransmisikan sejauh 30 hingga 60 km dari stasiun A menuju antena penerima pada stasiun pengulang. Pada pengulang dapat dilakukan proses-proses berikut: 1. Menguatkan sinyal yang diterima dan memancarkannya kembali dengan frekuensi yang berbeda untuk meminimalkan interferensi, atau 2. Membangkitkan kembali seluruh arus bit (bit stream) sebelum mengubahnya kembali menjadi berkas gelombang mikro untuk transmisi selanjutnya. Stasiun B menerima sinyal gelombang mikro, mengolahnya, dan mendistribusikannya ke pelanggan yang menjadi tujuan. Gambar 2. Jalur gelombang mikro Gambar 3 memperlihatkan blok diagram pemancar AMR (Analog Microwave Radio) dan DMR. Pada tingkat IF (Intermediate Frequency) dan diatasnya, kedua sistem tampak sangat mirip. Konversi IF ke RF dilakukan dengan teknik heterodyne. Sinyal termodulasi kemudian dicampur (mixed) dengan osilator lokal RF yang kemudian diperkuat dan ditapis, serta siap untuk dipancarkan dari antena. 5
Perbedaan utama antara AMR dan DMR adalah: 1. Komposisi baseband (BB) 2. Teknik modulasi Baseband adalah kanal-kanal gabungan beberapa sinyal suara, data dan/atau video yang akan ditransmisikan melalui sistem transmisi telekomunikasi. Gambar 4 memperlihatkan blok diagram penerima AMR (Analog Microwave Radio) dan DMR. Untuk penerima AMR, sinyal RF yang datang diturunkan frekuensinya, didemodulasi, dan didemultipleks untuk memisahkan masing-masing kanal (suara, data atau video). (a) (b) Gambar 3. Pemancar (a) AMR (b) DMR Pada penerima DMR terdapat blok regenerator. Regenerator berfungsi untuk membangkitkan kembali arus bit yang diterima sekaligus menghilangkan derau dan distorsi. Time Division Demultiplexer memisahkan masing-masing kanal suara, data, atau video untuk didistribusikan ke lokasi tujuan. 6
Sistem DMR jarak jauh menggunakan pengulang regeneratif. Regeneratif merupakan istilah yang digunakan jika pemrosesan sinyal didalamnya meliputi demodulasi-regenerasi (pembangkitan kembali)-modulasi (gambar 5). Dalam pengulang regeneratif, derau dan distorsi dihilangkan (dalam proses pembangkitan kembali) sehingga tidak terdapat akumulasi derau, namun masih terjadi akumulasi jitter. RF IF BB Frequency voice Frequency Mixer Division data Demodulator Demultiplexer video Local Oscilator (a) (b) Gambar 4. Penerima (a) AMR (b) DMR Gambar 5. Pengulang regeneratif 7
Konfigurasi Sistem Serat Optik Gambar 6. Jalur serat optik Arus bit (bit stream) digunakan untuk memghidup-matikan laser (sumber cahaya) dalam rangka mengirimkan pulsa-pulsa melalui kabel serat optik. Regenerator digunakan untuk memperkuat kembali sinyal. Jarak antar regenerator yang satu dengan regenerator yang berikutnya secara gradual dapat terus diperpanjang dengan semakin canggihnya teknik fabrikasi serat optik. Hal ini disebabkan karena jarak antar regenerator dibatasi oleh penyusutan (atenuasi) dan karakteristik dispersi (pelebaran pulsa) serat. Sisi penerima pada jalur serat optik terdiri atas detektor, penguat, dan peralatan untuk memperoleh kembali sinyal baseband asli serta kemudian melakukan demultipleksing untuk memperoleh sinyal suara, data, atau TV. Sistem Radio Bergerak Sistem-sistem yang telah dibahas di atas merupakan jenis komunikasi tetap atau bersifat titik ke titik (point to point). Cikal bakal dari sistem radio bergerak adalah telepon yang dipasang pada kendaraan (mobil). Dengan percepatan miniaturisasi sirkuit elektronik, maka terminal telepon bergerak yang semula berukuran besar telah berubah menjadi begitu portable (handheld). 8
Gelombang radio mengalami penyusutan yang cukup besar selama propagasi melalui atmosfir (udara). Untuk meminimalkan daya pancar yang harus disediakan oleh terminal pelanggan maka jarak antara pelanggan dan stasiun basis terdekat harus dibuat sedekat mungkin. Hal ini mengarahkan kepada perancangan sistem yang berbentuk sarang lebah yang lebih dikenal dengan struktur seluler (gambar 7). Keuntungan paling besar yang dapat diperoleh dengan menggunakan struktur ini adalah adanya frequency reuse antara sel-sel pada kelompok (cluster) yang berbeda. Gambar 7. Skema radio seluler 9