BAB I PENDAHULUAN 1.1 Model Sistem Komunikasi Sinyal listrik digunakan dalam sistem komunikasi karena relatif gampang dikontrol. Sistem komunikasi listrik ini mempekerjakan sinyal listrik untuk membawa informasi dari satu tempat ke tempat yang lain. Pemodelan dari sistem komunikasi listrik ditunjukkan pada gambar 1.1. Tujuan dari sistem adalah untuk memindahkan informasi dari satu tempat, yang disebut sumber, ke tempat lain yang disebut tujuan. Sumber informasi mengeluarkan sinyal yang bisa berupa sinyal analog atau digital (diskrit). Output dari sumber disebut pesan. Sumber analog mengeluarkan sinyal pesan dalam bentuk gelombang kontinyu. Contoh sumber informasi analog adalah microphone yang mengubah suara manusia menjadi sinyal gelombang listrik. Sumber digital mengeluarkan pesan dalam bentuk deretan simbolsimbol diskrit, contohnya keyboard komputer. Untuk informasi yang berupa besaran bukan listrik diubah menjadi besaran listrik dengan menggunakan transducer. Proses ini terjadi pada bagian pemancar. Sedangkan pada bagian penerima terjadi proses sebaliknya, dimana besaran non-listrik diubah menjadi besaran listrik. Transducer yang dipergunakan antara lain microphone, speaker, kamera, atau tabung CRT. Ada tiga bagian penting pada setiap sistem komunikasi, yaitu pemancar, penerima, dan kanal komunikasi. Pemancar melakukan suatu proses supaya sinyal yang ditransmisikan sesuai dengan karakteristik kanal komunikasi yang digunakan untuk mendapatkan transmisi yang efisien. Atau dengan kata lain pemancar mempunyai fungsi untuk menyiapkan sinyal informasi yang akan dikirim sedemikian rupa sehingga bisa mengatasi hambatan yang diberikan oleh kanal. Proses yang dilakukan dalam pemancar antara lain modulasi dan coding. Kanal transmisi adalah media elektrik yang menjembatani jarak antara sumber dan tujuan komunikasi. Media ini bisa berupa kawat tembaga, kabel koaksial, udara (radio), serat optik atau media lainnya. Setiap kanal memberikan rugi-rugi transmisi atau redaman, sehingga daya sinyal berkurang dengan peningkatan jarak.
Noise sumber pemancar Kanal komunikasi (media transmisi ) penerima tujuan Gambar 1.1 Pemodelan Sistem Komunikasi Penerima melakukan proses pada sinyal keluaran dari kanal untuk memperoleh kembali sinyal pesan/informasi. Karena adanya pengaruh noise, distorsi dan interferensi, sinyal yang diperoleh kembali tidak persis sama dengan aslinya. Operasi yang dilakukan pada penerima antara lain penguatan, demodulasi dan decoding untuk membalikkan proses yang dilakukan pada pemancar dengan kesalahan sekecil mungkin. Filtering juga salah satu fungsi penting yang dilakukan oleh penerima. Tanpa memandang teknologi yang dipergunakan, ada dua hal yang secara mendasar membatasi transmisi informasi, yaitu bandwith dan noise. 1.2 Bandwidth Konsep bandwidth berlaku baik pada sinyal maupun sistem sebagai ukuran kecepatan. Jika sinyal berubah dengan cepat terhadap waktu, kandungan frekuensi (spektrum) dari sinyal tersebut melebar, dan disebut bahwa sinyal tersebut mempunyai bandwidth yang besar. Dalam sistem, kemampuan suatu sistem untuk mengikuti variasi sinyal mengacu pada respons frekuensi atau bandwidth transmisinya. Setiap sistem komunikasi mempunyai bandwidth yang terbatas yang membatasi kecepatan variasi sinyal. Untuk komunikasi real-time diperlukan bandwidth transmisi yang cukup untuk mengakomodasi spektrum sinyal. Distorsi akan terjadi jika bandwidth yang diperlukan tidak mencukupi. Sebagai contoh, beberapa megahertz bandwidth diperlukan untuk transmisi video sinyal televisi, sedangkan untuk suara manusia bandwidth sebesar 4 KHz
sudah memadai. Untuk sinyal digital dengan kecepatan r simbol perdetik memerlukan bandwitdh minimal sebesar r/2. Untuk transmisi informasi yang tidak real-time, bandwidth yang tersedia menentukan kecepatan maksimal transmisi sinyal. Waktu yang diperlukan untuk mengirim sinyal informasi berbanding terbalik dengan ketersediaan bandwidth. Jadi semakin besar bandwith yang tersedia, semakin cepat waktu transmisi yang diperlukan. 1.3 Noise Noise mengacu pada sinyal listrik acak yang tidak bisa diprediksi, yang dihasilkan oleh sumber alam, baik internal maupun eksternal (dari luar sistem). Ada satu macam noise yang selalu hadir dalam setiap sistem komunikasi, yaitu thermal noise. Thermal noise selalu hadir dengan alasan bahwa pada suatu temperatur di atas nol absolut (0 K), energi termal/panas menyebabkan partikel bergerak secara acak (random motion). Gerakan acak dari partikel bermuatan, seperti elektron, pada suatu konduktor menghasilkan arus atau tegangan acak yang menghasilkan thermal noise. Dalam sistem komunikasi, sinyal selalu mengalami degradasi (penurunan) mutu. Degradasi ini, selain diakibatkan oleh noise, juga berasal dari distorsi dan interferensi yang bisa mengubah bentuk sinyal. Walaupun kontaminasi sinyal bisa terjadi pada tiap elemen komunikasi, tapi konvensi standar menyatakan bahwa secara keseluruhan penyebab itu ditimpakan pada kanal. Distorsi adalah gangguan pada bentuk gelombang karena sistem memberi respon yang tidak tepat terhadap sinyal itu sendiri. Distorsi linear bisa diperbaiki dengan menggunakan filter khusus yang disebut equalizer. Interferensi adalah kontaminasi oleh sinyal lain yang berasal dari pemancar lain, power lines, switching circuit dsb. Interferensi paling sering terjadi dalam sistem radio. Radio Frequency Interference (RFI) juga muncul dalam media kabel jika kabel transmisi tersebut atau rangkaian penerima menangkap sinyal yang diradiasikan dari suatu sumber yang dekat. 1.4 Modulasi Modulasi adalah proses yang dilakukan pada sisi pemancar untuk memperoleh transmisi yang efisien dan handal. Modulasi melibatkan dua buah sinyal, yaitu sinyal
pemodulasi, yang merepresentasikan pesan yang akan dikirim, dan carrier (gelombang pembawa) yang sesuai dengan aplikasi yang diterapkan. Modulasi adalah variasi secara sistematis dari parameter gelombang carrier secara proporsional terhadap sinyal pemodulasi (sinyal informasi). Jika amplitudo sinyal informasi mem-variasi amplitudo suatu gelombang carrier sinus, maka akan terbentuk sinyal termodulasi amplitudo (AM-Amplitude Modulation). Variasi juga bisa diberikan pada frekuensi atau phase sinyal carrier, yang menghasilkan sinyal termodulasi frekuensi (FM) atau termodulasi phase (PM). Semua metode untuk modulasi carrier sinusoidal dikelompokkan sebagai modulasi gelombang kontinyu (Continuous Wave modulation). (a) t (b) (c) Gambar 1.2 Gelombang modulasi kontinyu (CW) (a) modulasi amplitudo ; (b) modulasi PM ; (c) modulasi FM Sistem transmisi jarak jauh menggunakan modulasi CW dengan frekuensi carrier jauh lebih tinggi dibandingkan komponen frekuensi tertinggi sinyal pemodulasi. Spektrum sinyal termodulasi akan merupakan suatu pita frekuensi yang berada didekat frekuensi carrier. Untuk alasan itu, dikatakan bahwa modulasi CW menghasilkan suatu pergeseran frekuensi. Sebagai contoh, dalam pemancaran sinyal AM, spektrum pesan suara manusia berada dalam batasan 100-4000 Hz. Jika digunakan carrier dengan frekuensi 1000 KHz, maka spektrum sinyal termodulasi akan berada diantara 996 KHz s/d 1004 KHz.
Metode modulasi lain, yang disebut modulasi pulsa, mempunyai deretan pulsapulsa periodik sebagai carrier. Gambar 1.3. menunjukkan suatu bentuk gelombang PAM (Pulse Amplitude Modulation). Gelombang PAM ini terdiri dari deretan sample (cuplikan) dari sinyal analog diatasnya. Proses pengambilan sample dari sinyal analog disebut dengan proses sampling. Dengan sampling yang tepat, keseluruhan sinyal bisa direkonstruksi dari sample-nya. t t Dalam sistem PAM, tidak semua bagian sinyal ditransmisikan, tapi hanya sample/cuplikan sinyal yang diambil dalam interval waktu tertentu. Frekuensi pengambilan sample disebut frekuensi sampling yang harus memenuhi : f s 2 f m dengan f m frekuensi maksimum sinyal pesan Gambar 1.3 Gelombang termodulasi pulsa Modulasi pulsa tidak menghasilkan pergeseran spektrum frekuensi yang diperlukan untuk transmisi yang efisien seperti halnya modulasi CW. Karena itu, beberapa pemancar mengkombinasikan modulasi pulsa dan modulasi CW. 1.4.1 Keuntungan Modulasi Tujuan utama dari proses modulasi dalam sistem komunikasi adalah untuk memperoleh sinyal termodulasi yang sesuai dengan karakteristik kanal komunikasi. Keuntungan-keuntungan yang diperoleh dari proses modulasi antara lain : 1. Efisiensi transmisi Transmisi jarak jauh yang menggunakan media udara sebagai kanal komunikasi memerlukan antena dengan dimensi dalam orde sekitar 1 / 10 panjang gelombang. Dengan adanya properti pergeseran frekuensi pada modulasi, sinyal informasi frekuensi rendah bisa dibawa ke suatu frekuensi carrier yang lebih tinggi sehingga dimensi antena yang diperlukan menjadi lebih kecil.
Sesuai dengan hukum Shannon-Hartley, kecepatan informasi dibatasi oleh bandwidth. Transmisi informasi kecepatan tinggi memerlukan bandwidth yang besar, yang berarti frekuensi carrier yang tinggi. Dengan modulasi, frekuensi carrier bisa diatur sesuai dengan bandwidth transmisi yang diperlukan. 2. Multiplexing Multipleksing adalah proses menggabungkan beberapa sinyal untuk ditransmisikan serentak pada satu kanal. Frequency Division Multiplexing (FDM) menggunakan modulasi CW untuk meletakkan masing-masing sinyal pada frekuensi carrier yang berbeda. Sinyal gabungan tersebut kemudian ditransmisikan dengan menggunakan suatu pilot carrier. Pada penerima, sekelompok filter digunakan untuk memisahkan masing-masing sinyal. 3. Mengatasi batasan peralatan Disain sistem komunikasi dibatasi oleh biaya dan kesediaan perangkat keras, yang unjuk kerjanya tergantung dari frekuensi yang terlibat. Terkait dengan hal ini adalah suatu parameter yang disebut fractional bandwidth, yaitu bandwidth absolut dibagi dengan frekuensi tengah. Biaya perangkat keras dan komplikasinya bisa ditekan menjadi minimum jika fractional bandwidth dijaga dalam kisaran 1-10%. Dengan adanya modulasi, disainer bisa menggeser frekuensi dimana perancangan perangkat keras mudah dirancang dengan biaya lebih murah. 4. Penanganan frekuensi Dalam suatu area, beberapa pemancar radio komersial (seperti pemancar AM dan FM) bisa bekerja bersamaan. Dengan modulasi, masing-masing pemancar menempati frekuensi yang berbeda. Penerima memilih salah satu siaran radio tersebut, yang berarti memilih salah satu frekuensi carrier dari pemancar-pemancar tersebut. 5. Mengurangi pengaruh noise dan interferensi Beberapa tipe modulasi, seperti FM, mempunyai properti yang disebut wideband noise reduction. Properti ini memerlukan bandwidth transmisi yang jauh lebih besar dibandingkan bandwidth sinyal pemodulasi. Karena itu, modulasi pita lebar (wideband) bisa digunakan untuk mengurangi level sinyal, yang merupakan implikasi dari teori Shannon-Hartley.
Berdasarkan tipe modulasi yang digunakan dan sifat dari sinyal informasi, sistem komunikasi bisa dibedakan menjadi tiga katagori : a. Sistem komunikasi analog. Mentransmisikan sinyal informasi analog dengan menggunakan metode modulasi analog. b. Sistem komunikasi digital. Mentransmisikan sinyal informasi digital dengan modulasi digital. c. Sistem hibrid. Menggunakan modulasi digital untuk mentransmisikan sinyal analog yang telah di-sampling dan dikuantisasi.