Sistem Telekomunikasi. Sinyal Analog dan Sinyal Digital. Muhammad Daud Nurdin

1

Sistem Telekomunikasi

Muhammad Daud Nurdin

syechdaud@yahoo.com

Program Studi Teknik Elektro FT-Unimal Lhokseumawe, 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.

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 perlu tahu apa jenis informasi yg dikandung oleh data.

• Adapuninformasiyg ditransmisikan melalui

jaringan 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.

Jenis-jenis Informasi (2)

• Utk

transmisi digital

, sinyal analog (seperti

suara) harus dikodekan dlm bentuk digital

dan selanjutnya ditransmisikan melalui

jaringan sbg barisan bit (sama seperti

transmisi file-file komputer).

•

Teknologi jaringan

memiliki dua jalur

pengembangan 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) bersifatconstant-bit-rate,

yg cocok utk transmisi suara (speech transmission).

• Jaringan data (seperti LAN dan internet)

dikembangkan utk transmisi data yg bersifatbursty.

• Persyaratan transmisisgt tergantung pd aplikasinya. Persyaratan transmisi sbb:

– Data Rate or Bandwidth Requirement – Data Loss Tolerance

– Fixed Delay Tolerance – Variable Delay Tolerance – Peak Information Rate

Persyaratan Transmisi

7

Simplex, Half-Duplex, and

Full-Duplex Communication

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.

Frequency and Bandwidth (2)

11

Frequency and Bandwidth (3)

• Misalkan suatu sinyal telekomunikasi

dimana: fadlh frekuensi, t adlh waktu dlm detik atau

sekon, adlh sudut fase,  adlh frekuensi sudut

(anguler) dlm radian/detik, dimana = 2f.

• PeriodeTadlh

T= 1/f dan f= 1/T

• Panjang gelombangadlh

= c/f = cT

• Dimana utk gelombang cahaya dan gelombang

radio, c= 3 x 108_{m/s. Utk gelombang suara}

(sound), kecepatannya di udara adlh 346 m/s. 12 ) 2 cos( ) cos( ) (t  A



t 



 A



ft 



v

Frequency and Bandwidth (4)

Bandwidth kanal telepon adlh 3400 – 300 Hz = 3,1 kHz.

13

Suara

• Speech



suara yg diucapkan

manusia (100 – 10.000 Hz)

• Audio



suara yg mampu didengar

oleh telinga manusia (20 – 20.000 Hz)

• Sound



bunyi (semua/sembarang

suara)

• Voice



speech yg telah difilter (300 –

3.400 Hz)

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

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; utk

merepresentasikan 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

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.

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

Pengiriman sinyal

analog

melalui jaringan

digital

• Dua proses utama: analog-to-digital conversion (A/D)dan digital-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

(PCM)

• PCM adlh metode standar yg digunakan utk

mengubahsinyal analog kesinyal digital pd transmisi melalui jaringan telekomunikasi digital. • Pertama, sinyal analog dicuplik pd sampling rate 8

kHz, kemudian(kedua)setiap sampel dikuantisasi

(ada 256 level kuantisasi), danketigadikodekan

menjadi kata digital 8-bit. Note: 8 kHz adlh 2 x f_maks.

• Data rate keseluruhan dari suatu sinyal suara menjadi 8.000 x 8 = 64 Kbps. Di Amerika, satu dari delapan bit pd setiap frame keenam dipakai utk in-band signalling, shg kapasitas data berkurang mjd 8.000 x 7 = 56 Kbps.

25

PCM (lanjutan)

Pencuplikan (Sampling)

• Keluaran dari proses sampling adlhsinyal PAM(pulse amplitude modulation) yg merupakansinyal diskrit(waktu diskrit, nilai kontinu).27

Time domain

Frequency domain

Kuantisasi (Quantizing)

(Quantizing Noise)

29

Daya noise kuantisasi

• Error kuantisasidpt diasumsikan mempunyai

probability density function yg terdistribusiuniform

dgnmeannol.

• Jika kita definisikan sinyal memiliki nilai antara -1 …

+1, makadaya noise kuantisasiadalah variansi

error kuantisasi, yg diberikan oleh

dimana = daya noise kuantisasi danq=

banyaknya level kuantisasi.

30 2 2 3 1 q N 



_q  2 q N 



Signal-to-quantizing

noise ratio (SQR)

•

Signal-to-quantizing noise ratio (SQR)

dari kuantisasi linier jika daya sinyal

maksimum 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 jumlah

bit/sampel.

Non-Uniform Quantizing

33

Non-Uniform Quantizing (2)

Algoritma Companding

• Proses compressing/expandingpd kuantisasi

non-uniform biasa disebutcompanding.

• Dua algoritma companding standaradlh:

– A-law; yg digunakan di Eropa, didefinisikan sbb:

– -law; yg digunakan di Amerika Utara dan Jepang

35

Pengkodean Biner

(Binary Coding)

PCM Encoder

37

PCM Decoder

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 yg selalu mencari teknik coding yg mampu memberikan data rate yang sekecil mungkin dgn kualitas yang masih dapat diterima”

• Tujuannya agar jumlah pembicaraan di dalam jaringan dpt meningkat walaupun kapasitas jaringan tetap.

39

Contoh Soal

41

43

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 daya

akibat redaman yg sebanding dgn jarak.

• Daya sinyal perlu dikontrol utk menjaga agar

cukup tinggi dibandingkan

noise

ataupun

cukup rendah utk menghindari

overload.

• Penurunan daya sinyal (loss

atau

attenuation) dinyatakan dgn

power loss

.

Sebaliknya, jika sinyal dikuatkan (oleh

amplifier ataupun antena), dinyatakan dgn

Daya Sinyal (2)

•

Penguatan (Gain)

absolut dinyatakan oleh

• Namun, gain lebih sering dinyatakan dlm

ukuran logaritmik

• Dgn satuan

decibel (dB)



utk mengenang

jasa Alexander Graham Bell yg pertama

menggunakan ukuran daya logaritmik.

47 in out

P

P

g



dB

P

P

g

g

in out dB

























10

log

₁₀

10

log

₁₀

Daya Sinyal (3)

48

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 Wattke satuan dBW:

• Rumus konversi dari satuan mWke satuan dBm:

Konversi dari Watt ke dB

50 dBW W 1 log 10 Watt 10 dBW         P P dBm mW 1 log 10 milliWatt 10 dBm         P P

• Rumus konversi dari satuan dBW ke satuan Watt:

• Rumus konversi dari satuan dBmke satuan mW:

Konversi dari dB ke Watt

51

Watt

10

/10 Watt dBW P

P



mW

10

/10 mW dBm P

P



• Rumus konversi dari satuan dBW ke satuan dBm:

• Rumus konversi dari satuan dBmke satuan dBW:

Konversi dari dBW ke dBm

52

30

dBm dBW



P



P

30

dBW dBm



P



P

Perhitungan Daya Sinyal (1)

53

 

1 10 0 0dBW log 10 W 1 W 1 log 10 W 1 10   10          

 

10 10 1 10dBW log 10 W 1 W 10 log 10 W 10 10 _  10          



1000



10 3 30dBm log 10 mW 1 mW 1000 log 10 W 1 10 _  10          



1000



10 3 30dBm log 10 mW 1 mW 1000 log 10 mW 1000 10 _  10          

Contoh

Perhitungan Daya Sinyal (2)

54

Watt

100

10

10

dBW

20



20/10



2



W

m

100

10

10

dBm

20



20/10



2



kali)

(

100

10

10

dB

20



20/10



2



dBm

50

30

20

dBW

20







dBW

10

30

20

dBm

20









Power Link Budget

Contoh Soal 1

(Sistem komunikasi radio):

55 Solusi: Daya pancar P1= 1 W P1,dBW= 10 log10(P1/1 W) dBW = 10 log10(1 W/1 W) dBW = 10 log10(1) dBW = 0 dBW

Maka daya terima

P2,dBW= P1,dBW+ gT,dB– LdB+ gR,dB P2,dBW= 0 dBW + 30 dB 110 dB + 30 dB = 50 dBW P2,dBm= (50 + 30) dBm = 20 dBm P2= 10(20/10)mW = 0,01 mW = 10 W 56 Solusi: Redaman LdB= 40 km · 0,5 dB/km = 20 dB

Daya terima adlh

P2,dBm = P1,dBm LdB

= 0 dBm20 dB = 20 dBm

Power Link Budget

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.