3/20/2015
1
1
Sistem Telekomunikasi
Muhammad Daud [email protected]
Program Studi Teknik Elektro FT-UnimalLhokseumawe, 2015
Sinyal Analog dan Sinyal Digital
Pendahuluan• Services that the telecommunications networks provide have
different characteristics. Required characteristics depend on the applications we use. To meet these different requirements, many different network technologies that are optimized for each type of service are in use.
• To understand the present structure of the telecommunications network, we have to understand what types of signals are transmitted through the telecommunications network and their requirements.
• In this chapter we look at the requirements of various applications, characteristics of analog voice channels, fundamental differences between analog and digital signals, analog-to-digital conversion, and a logarithmic measure of signal level, the decibel.
2
3/20/2015
2
Topics
• Requirements of various applications • Characteristics of analog voice
channels• Fundamental differences between
analog and digital signals • Analog-to-digital conversion• Signal power
3
Jenis-jenis Informasi (1)• Jaringan digital modern mentransmisikan informasi
digital secara transparan, yaitu jaringan tdk perlutahu apa jenis informasi yg dikandung oleh data.
• Adapun informasi yg ditransmisikan melaluijaringan ini dpt berupa:– Speech (telephony; fixed or mobile/celular);– Moving images (television or video);– Printed pages or still picture (facsimile or multimedia
messaging);– Text (electronic mail or short text messaging);– Music;– All types of computer information such as program files.
4
3/20/2015
3
Jenis-jenis Informasi (2)
• Utk transmisi digital, sinyal analog (sepertisuara) harus dikodekan dlm bentuk digital dan selanjutnya ditransmisikan melaluijaringan sbg barisan bit (sama sepertitransmisi file-file komputer).
• Teknologi jaringan memiliki dua jalurpengembangan utama:– Jalur utk layanan suara (circuit-swicthed)– Jalur utk layanan data (packet-swicthed)
5
Jenis-jenis Informasi (3)• Jaringan telepon dan ISDN dikembangkan utk
komunikasi suara (voice) bersifat constant-bit-rate, yg cocok utk transmisi suara (speech transmission).
• Jaringan data (seperti LAN dan internet) dikembangkan utk transmisi data yg bersifat bursty.
• Persyaratan transmisi sgt tergantung pdaplikasinya. Persyaratan transmisi sbb: – Data Rate or Bandwidth Requirement– Data Loss Tolerance– Fixed Delay Tolerance– Variable Delay Tolerance– Peak Information Rate
6
3/20/2015
4
Persyaratan Transmisi
7
Simplex, Half-Duplex, and Full-Duplex Communication
8
3/20/2015
5
Topics
• Requirements of various applications • Characteristics of analog voice
channels• Fundamental differences between
analog and digital signals • Analog-to-digital conversion• Signal power
9
Frequency and Bandwidth (1)
• The frequency refers to the number of cycles through with the wave oscillates in a second.
• Suatu sinyal transmisi terdiri dari banyak frekuensi. Jangkauan (range) dari frekuensi ini disebut lebar pita (bandwidth) sinyal.
10
3/20/2015
6
Frequency and Bandwidth (2)
11
Frequency and Bandwidth (3)• Misalkan suatu sinyal telekomunikasi
dimana: f adlh frekuensi, t adlh waktu dlm detik atausekon, adlh sudut fase, adlh frekuensi sudut(anguler) dlm radian/detik, dimana = 2f.
• Periode T adlhT = 1/f dan f = 1/T
• Panjang gelombang adlh = c/f = cT
• Dimana utk gelombang cahaya dan gelombangradio, c = 3 x 108 m/s. Utk gelombang suara(sound), kecepatannya di udara adlh 346 m/s. 12
)2cos()cos()( ftAtAtv
3/20/2015
7
Frequency and Bandwidth (4)
Bandwidth kanal telepon adlh 3400 – 300 Hz = 3,1 kHz.
13
Suara
• Speech suara yg diucapkanmanusia (100 – 10.000 Hz)
• Audio suara yg mampu didengaroleh telinga manusia (20 – 20.000 Hz)
• Sound bunyi (semua/sembarangsuara)
• Voice speech yg telah difilter (300 –3.400 Hz)
14
3/20/2015
8
Topics
• Requirements of various applications • Characteristics of analog voice
channels• Fundamental differences between
analog and digital signals • Analog-to-digital conversion• Signal power
15
Perbedaan sinyal analog dan sinyal digital
16
3/20/2015
9
Sinyal
• Sinyal analog (waktu kontinu, nilai kontinu)
• Sinyal diskrit(waktu diskrit, nilai kontinu)
• Sinyal digital (waktu diskrit, nilai diskrit)
• Sinyal biner(sinyal digital dgn dua nilai saja; utkmerepresentasikan 0 dan 1).
17
Transmisi Sinyal Analog
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
-2
0
2
Sinyal yg dikirimkan
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
-2
0
2
Sinyal yg mengalami redaman
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
-2
0
2
Sinyal yg teredam mengandung noise
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
-2
0
2
Sinyal setelah diperkuat di penerima
18
3/20/2015
10
Why Digital?
• Digital pulse degradation and regeneration
19
Keuntungan teknologi digital dibandingkan teknologi analog
• Digital functions make a high scale of integration possible.
• Digital technology results in lower cost, better reliability, less floor space, and lower power consumption.
• Digital technology makes communication quality independent of distance.
• Digital technology provides better noise tolerance.• Digital networks are ideal for growing data
communication.• Digital technology makes new services available.• Digital system provides high transmission capacity.• Digital networks offer flexibility.
20
3/20/2015
11
Beberapa kondisi
• Sinyal analog, transmisi analog• Sinyal digital, transmisi analog• Sinyal digital, transmisi digital• Sinyal analog, transmisi digital
21
Contoh message (information)
22
Sinyal analog, transmisi analog
Sinyal digital, transmisi analog
Sinyal digital, transmisi digital
3/20/2015
12
Pengiriman sinyal analogmelalui jaringan digital
• Dua proses utama: analog-to-digital conversion (A/D) dandigital-to-analog conversion (D/A).
23
Topics
• Requirements of various applications • Characteristics of analog voice
channels• Fundamental differences between
analog and digital signals • Analog-to-digital conversion• Signal power
24
3/20/2015
13
Pulse Code Modulation (PCM)
• PCM adlh metode standar yg digunakan utkmengubah sinyal analog ke sinyal digital pdtransmisi melalui jaringan telekomunikasi digital.
• Pertama, sinyal analog dicuplik pd sampling rate 8 kHz, kemudian (kedua) setiap sampel dikuantisasi(ada 256 level kuantisasi), dan ketiga dikodekanmenjadi kata digital 8-bit. Note: 8 kHz adlh 2 x fmaks.
• Data rate keseluruhan dari suatu sinyal suaramenjadi 8.000 x 8 = 64 Kbps. Di Amerika, satu daridelapan bit pd setiap frame keenam dipakai utk in-band signalling, shg kapasitas data berkurang mjd8.000 x 7 = 56 Kbps.
25
PCM (lanjutan)
26
3/20/2015
14
Pencuplikan (Sampling)
• Keluaran dari proses sampling adlh sinyal PAM (pulse amplitude modulation) yg merupakan sinyal diskrit (waktu diskrit, nilai kontinu).27
Time domain
Frequency domain
Kuantisasi (Quantizing)
28
3/20/2015
15
Derau Kuantisasi (Quantizing Noise)
29
Daya noise kuantisasi• Error kuantisasi dpt diasumsikan mempunyai
probability density function yg terdistribusi uniformdgn mean nol.
• Jika kita definisikan sinyal memiliki nilai antara -1 … +1, maka daya noise kuantisasi adalah variansierror kuantisasi, yg diberikan oleh
dimana = daya noise kuantisasi dan q = banyaknya level kuantisasi.
30
22
31q
N q
2qN
3/20/2015
16
Signal-to-quantizingnoise ratio (SQR)
• Signal-to-quantizing noise ratio (SQR) dari kuantisasi linier jika daya sinyalmaksimum sama dgn satu adalah
dimana S = daya sinyal, N = daya noise kuantisasi, dan q = banyaknya level kuantisasi.
31
SQR kuantisasi linear dan kata biner
• Utk kuantisasi linear dan menggunakan kata biner, maka S/N maksimum dlm decibel adalah
dimana n = jumlah bits/word atau jumlahbit/sampel.
32
3/20/2015
17
Non-Uniform Quantizing
33
Non-Uniform Quantizing (2)
34
3/20/2015
18
Algoritma Companding• Proses compressing/expanding pd kuantisasi non-
uniform biasa disebut companding.• Dua algoritma companding standar adlh:
– A-law; yg digunakan di Eropa, didefinisikan sbb:
– -law; yg digunakan di Amerika Utara dan Jepang
35
Pengkodean Biner (Binary Coding)
36
3/20/2015
19
PCM Encoder
37
PCM Decoder
38
3/20/2015
20
Metode-metode pengkodean suara lain
• Adaptive PCM (APCM)• Differential PCM (DPCM)• Delta Modulation (DM)• Adaptive DPCM (ADPCM)• GSM speech coding
Note: “Riset di dalam speech coding terus berkembang ygselalu mencari teknik coding yg mampu memberikan data rate yang sekecil mungkin dgn kualitas yang masih dapat diterima”
• Tujuannya agar jumlah pembicaraan di dalam jaringan dptmeningkat walaupun kapasitas jaringan tetap.
39
Contoh Soal
40
3/20/2015
21
Penyelesaian
41
42
3/20/2015
22
43
44
3/20/2015
23
Topics
• Requirements of various applications • Characteristics of analog voice
channels• Fundamental differences between
analog and digital signals • Analog-to-digital conversion• Signal power
45
Daya Sinyal (1)
• Sinyal yg ditransmisikan melalui media apapun akan mengalami penurunan dayaakibat redaman yg sebanding dgn jarak.
• Daya sinyal perlu dikontrol utk menjaga agar cukup tinggi dibandingkan noise ataupuncukup rendah utk menghindari overload.
• Penurunan daya sinyal (loss atauattenuation) dinyatakan dgn power loss. Sebaliknya, jika sinyal dikuatkan (olehamplifier ataupun antena), dinyatakan dgnpower gain. 46
3/20/2015
24
Daya Sinyal (2)
• Penguatan (Gain) absolut dinyatakan oleh
• Namun, gain lebih sering dinyatakan dlmukuran logaritmik
• Dgn satuan decibel (dB) utk mengenangjasa Alexander Graham Bell yg pertamamenggunakan ukuran daya logaritmik. 47
in
out
PPg
dBPPgg
in
outdB
1010 log10log10
Daya Sinyal (3)
48
3/20/2015
25
Daya Sinyal (4)
• Ukuran utk daya absolut sering dinyatakan dgn dBW atau dBm, dimana daya aktual dibandingkan daya 1 W atau 1 mW.
• Berikut ini adalah rumus-rumus untuk konversi dari satuan Watt ke dBW, satuan milliWat ke dBm, dan sebaliknya.
49
• Rumus konversi dari satuan Watt ke satuan dBW:
• Rumus konversi dari satuan mW ke satuan dBm:
Konversi dari Watt ke dB
50
dBWW1
log10 Watt10dBW
PP
dBmmW1
log10 milliWatt10dBm
PP
3/20/2015
26
• Rumus konversi dari satuan dBW ke satuan Watt :
• Rumus konversi dari satuan dBm ke satuan mW :
Konversi dari dB ke Watt
51
Watt10 10/Watt
dBWPP
mW10 10/mW
dBmPP
• Rumus konversi dari satuan dBW ke satuan dBm :
• Rumus konversi dari satuan dBm ke satuan dBW:
Konversi dari dBW ke dBm
52
30dBmdBW PP
30dBWdBm PP
3/20/2015
27
Contoh Perhitungan Daya Sinyal (1)
53
dBW00101log10W1W1log10W1 1010
dBW1011010log10W1W10log10W10 1010
dBm303101000log10mW1
mW1000log10W1 1010
dBm303101000log10mW1
mW1000log10mW1000 1010
Contoh Perhitungan Daya Sinyal (2)
54
Watt1001010dBW20 210/20
Wm1001010dBm20 210/20
kali)(1001010dB20 210/20
dBm503020dBW20
dBW103020dBm20
3/20/2015
28
Power Link BudgetContoh Soal 1 (Sistem komunikasi radio):
55
Solusi:Daya pancar
P1 = 1 WP1,dBW = 10 log10(P1/1 W) dBW = 10 log10(1 W/1 W) dBW
= 10 log10(1) dBW = 0 dBWMaka daya terima
P2,dBW = P1,dBW + gT,dB – LdB + gR,dB
P2,dBW = 0 dBW + 30 dB 110 dB + 30 dB = 50 dBWP2,dBm = (50 + 30) dBm = 20 dBmP2 = 10(20/10) mW = 0,01 mW = 10 W
56
Solusi:Redaman
LdB = 40 km · 0,5 dB/km = 20 dBDaya terima adlh
P2,dBm = P1,dBm LdB
= 0 dBm 20 dB= 20 dBm
Power Link BudgetContoh Soal 2 (Sistem komunikasi optik):
3/20/2015
29
PR-4
• Soal-soal PR-4 ada di file tersendiri.
Jadwal Pengumpulan:• Kelas A3 (Senin);
– paling lambat hari Jum’at 20-Mar-2015 jam 11.00 di TU Adm. JTE• Kelas A4 dan A1 (Kamis);
– paling lambat hari Rabu 25-Mar-2015 jam 11.00 di TU Adm. JTE
57
Sekian, terima kasih.Semoga berkah.
58