Informasi, Sinyal dan Modulasi

1

SISTEM TELEKOMUNIKASI(EL 2031)

SOFYAN BASUKI, ST, MT

sofmae4@gmail.com085724677888

085320900567

REFERENSI

Roger L.Freeman, Fundamentals of Telecommunication, IEEE, Press, 2005.

Tarmo Anttalainen, Introduction to Telecommunications Network Engineering, Artech House, 2003.

Hsiao-Hwa Chen & Mohsen Guizani, Next Generation Wireless System and Networks, John Wiley & Sons, 2006

Martin Sauter, Communication System for the Mobile Information Society, John Wiley & Sons, 2006

Lee Dryburgh, Jeff Hewett, Signaling System No. 7 (SS7/C7): Protocol, Architecture, and Services, Cisco Press, 2005

2

Informasi : bahan-bahan yang mengandung unsur-unsur yang dapat dikomunikasikan, fakta-fakta, data atau segala sesuatu yang dapat menerangkan suatu hal dengan sendirinya atau melalui segala sesuatu yang telah diatur melalui bentuk dokumen, file, laporan, buku, diagram, peta, gambar, foto, film, visual, rekaman suara, rekaman melalui komputer atau metode lain yang dapat ditampilkan.

Sinyal : Presentasi dari data atau informasi yang berbentuk simbol tertentu atau dikodekan dengan metoda atau besaran fisika tertentu disesuaikan dengan media yang digunakan dalam komunikasinya.

Informasi dan Sinyal

Sinyal deterministik dan random – Signal deterministik : Tidak ada ketidak

pastian terhadap nilai sinyal di setiap waktu

– Signal random : Beberapa derajat tingkat ketidak-pastian dari nilai-nilai sinyal sebelum benar-benar terjadi.• Thermal noise dalam rangkaian elektronik akibat

pergerakan elektron secara random• Pantulan gelombang radio oleh lapisan-2

ionosfer yang berbeda.

Klasifikasi Sinyal

Sinyal periodik dan non-periodik

Sinyal analog dan diskretA non-periodic signalA periodic signal

A discrete signal

Analog signals

Klasifikasi Sinyal

Analog vs. Digital

SinyalanalogNilainyaberubahkontinyu

Setiapwaktu

SinyaldigitalNilainyadibatasipadahimpunan

tertentu

SinyalbinerPunya 2 nilaiMenyatakannilai-2 bitWaktuBit T diperlukanmengirim1 bitData rate R=1/ T bits per second

t

x(t)

t

x(t)

t

x(t) 1

0 0 0

1 1

0T

PENYAJIAN INFORMASI

Sistem komunikasi bertugas mengkonversi informasi kedalam bentuk yang sesuai untuk ditransmisikan.

Sistem analog Sinyal analog dimodulasi (AM, FM radio)

Sinyal digital menghasilkan bit-2 memancarkan sinyal digital (komputer)

Sinyal analog dapat diubah menjadi sinyal digital.

DATA & SINYAL

8

NOISE (DERAU)

Fluktuasi amplituda sinyal bersifat random / acak, dan tidak diinginkan

Thermal (Johnson) Noise Amplituda vs. waktu: Model Gaussian PDF Mengetahui berapa besar daya noise per Hz –

mengapa ?

• Thermal noise dapat dijelaskan dengan sebuah proses acak Gaussian dengan zero-mean, n(t).

• Jika memiliki PSD datar disebut “white noise”.

DERAU DALAM SISTEM KOMUNIKASI

[w/Hz]

Power spectral density

Autocorrelation function

Probability density function

Baseband vs bandpass:

Dilema BW : Sinyal yang bandlimited tidak dapat direalisasikan ! Sinyal-2 yang dapat direalisasikan mempunyai

bandwidth terbatas!

BANDWIDTH (LEBAR PITA) SINYAL

Baseband signal

Bandpass signal

Local oscillator

Beberapa definisi berbeda tentang bandwidth:

a) Half-power bandwidthb) Noise equivalent bandwidthc) Null-to-null bandwidth

d) Fractional power containment BWe) Bounded power spectral densityf) Absolute bandwidth

(a)(b)

(c)(d)

(e)50dB

BANDWIDTH (LEBAR PITA) SINYAL

g(x)

SISTEM KOMUNIKASI ANALOG

BPFModulated

Signals(t)

Output(Signal

+Noise)

Noisen(t)

DemodulatorS+

+

Model Penerima terganggu derau

LPFMessage

Signalm(t)

Baseband Output

(Signal+Noise)

Noisen(t)

S+

+

Model Baseband

SISTEM KOMUNIKASI DIGITAL

Modulated Signal

s(t)

Digital Output

Noisew(t)

Sample&

HoldS

+

+

Model penerima berderau

Processing Threshold

KINERJA SISTEM KOMUNIKASI YANG TERGANGGU / DIRUSAK OLEH DERAU

DigitalBit Error Rate (BER)

AnalogOutput SNR

Parameter Kinerja

UKURAN KINERJA

Dalam komunikasi analog, - Kita ingin informasi yang diterima dapat dimengerti /

jelas.- Kapasitas kanal tergantung SNR (Teorema Shannon)

Dalam sistem komunikasi digital : Data rate (R bps) yang dibatasi kapasitas kanal. Probability of error (Pe) Tanpa derau, tidak terjadi bit salah (eror) Bit Error Rate (BER): Jumlah bit salah yang terjadi dari

sejumlah bit yang ditransmisikan. Berapa BER jika Pe=10-6 dan 107 bit

ditransmisikan ? Berapa Kapasitas kanal telephone utk SNR 30

dB ?

KRITERIA KINERJA

1.Seberapa “baik” suatu sistem komunikasi dapat dibedakan dari sistem (sinyal) lain yg tidak rapi (pengganggu) ?

2.Untuk komunikasi analog :• Seberapa dekat kemiripan terhadap sumber asli ?

Fidelity!• SNR digunakan sbg ukuran kinerja

3.Untuk komunikasi digital• Data rate dan probability of error (Pe)• Tidak ada kerusakan kanal (no error)• Terhadap noise, Pe bergantung kpd datarate, daya

sinyal dan daya derau, skema modulasi

MODULASI18

SISTEM TELEKOMUNIKASI(EL 2031)

19

Basic Types of Modulation

1. Continuous Wave (CW) Carrier Modulation• Gelombang pembawa (carrier waveform) berupa gelombang kontinyu

(biasanya sinusoidal)• Salah satu parameter dari gelombang pembawa diubah sesuai bentuk

sinyal informasi yang akan ditransmisikan

2. Pulse Modulation• Gelombang pembawa (carrier waveform) berbentuk pulsa (biasanya

pulsa persegi/rectangular)• Salah satu parameter dari pulsa gelombang pembawa diubah sesuai

bentuk sinyal informasi yang akan ditransmisikan

20

cycle (T)

Amplitude (V)

00

+900

1800

-900

time (t)A

B

A B

Amplitudo, Frekuensi, Phase

Amplitudo Nilai maksimum dari besaran elektrik (mis voltage) dari gelombang

volt

age

Frekuensi Jumlah cycle yang dihasilkan dalam satu detik (cycles per second atau Hertz) Phase Gelombang A dengan phase 00 Gelombang B dengan selisih phase -900 (lebih lambat) terhadap A Gelombang C dengan selisih phase +900 (lebih cepat) terhadap A

C

C

0 2ππ

21

Modulasi Analog• Modulation Theorem Frequency Transalation • Shifting atau pergeseran dari spektrum didalam frequency domain• Merubah atau menempatkan frekwensi rendah menjadi frekwensi yang

lebih tinggi agar dapat dikirimkan/ditransmisikan melalui media transmisi.

0 4 KHzfrekuensi

fc

carrier wave

Jenis-jenis modulasi analog :

1. Amplitude modulation (AM)2. Frequency modulation (FM)3. Pulse Amplitude Modulation (PAM)

22

Amplitude Modulation (AM)• Modulasi jenis ini adalah modulasi yang paling sederhana• Gelombang pembawa (carrier wave) diubah amplitudonya sesuai dengan signal

informasi yang akan dikirimkan• Modulasi ini disebut juga linear modulation, artinya bahwa pergeseran frekwensinya

bersifat linier mengikuti signal informasi yang akan ditransmisikan

Modulation

Message signal

Carrier waveform

Modulated signal

time

volt

age

time

volt

age

time

volt

age

0 4 KHz

frekuensi

fc

carrier

Messagesignal

Modulatedsignal

Digambarkan dalam spektrum frekuensi

23

Frequency Modulation (FM)

Modulation

Message signal

Carrier waveform

Modulated signal

time

volt

age

time

volt

age

time

volt

age

• Frekwensi dari gelombang pembawa (carrier wave) diubah-ubah menurut besarnya amplitudo dari sinyal informasi

• Karena noise pada umumnya terjadi dalam bentuk perubahan amplitudo, FM lebih tahan terhadap noise dibandingkan dengan AM

24

Pulse Amplitude Modulation (PAM)

• Konsep dasar PAM adalah mengubah amplitudo pembawa yang berupa deretan pulsa (diskrit) mengikuti bentuk amplitudo dari signal informasi yang akan dikirimkan

• Sinyal informasi yang dikirim tidak seluruhnya tapi hanya sampelnya saja (sampling signal)

Modulation

Message signal

Carrier

Modulated signal

time

volta

ge

time

volta

ge

time

volta

ge

25

26

Modulasi Digital

Teknik modulasi digital pada prinsipnya merupakan variant dari metode modulasi analog

Teknik modulasi digital :• Teknik dasar :

Amplitude shift keying (ASK) Frequency shift keying (FSK) Phase shift keying (PSK)

• Variant dari teknik dasar di atas : 4 Pulse Amplitude Modulation (4-PAM) Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

27

28

Sinyal direpresentasikan dalam dua kondisi perubahan amplitudo gelombang pembawa

• Sinyal “1” direpresentasikan dengan status “ON” (ada gelombang pembawa)

• Sinyal “0” direpresentasikan dengan status “OFF” (tidak ada gelombang pembawa)

Sinyal direpresentasikan dalam perubahan frekuensi gelombang pembawa• Sinyal “1” direpresentasikan dengan frekuensi tinggi • Sinyal “0” direpresentasikan dengan frekuensi rendah

Sinyal direpresentasikan dalam perubahan phase gelombang pembawa• Sinyal “1” Phase gelombang pembawa tidak bergeser (pergeseran phase 00)• Sinyal “0” Phase gelombang pembawa bergeser 1800 (berlawanan)

Binary Amplitude Shift Keying (BASK)

BASK, BFSK dan BPSK

Binary Frequency Shift Keying (BFSK)

Binary Phase Shift Keying (BPSK)

29

BASK, BFSK dan BPSK

BASK

BFSK

BPSK

Signal

30

Sinyal direpresentasikan dengan 4 nilai besaran amplitudo dari gelombang pembawa.

4 Pulse Amplitude Modulation (4-PAM)

Bit valueAmplitud

e

00 -2

01 -1

10 +1

11 +2

00 01 10 11

+1 +2-1-2

31

Sinyal direpresentasikan dengan 4 status pergeseran phase dari gelombang pembawa.

Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)

Bit value Phase shift

00 00

01 +900

10 -900

11 1800

00

+900

-900

180000

01

10

11

32

Quadrature Amplitude Modulation (QAM) Merupakan kombinasi amplitude modulation dan phase shift keying Sinyal direpresentasikan dalam kombinasi besaran amplitudo (2 besaran)

dan pergeseran phase (4 status). Memungkinkan kecepatan yang lebih tinggi untuk bandwidth yang

ditentukan Lebih tahan terhadap noise

Bit value

Amplitude

Phase shift

000 1 00

001 2 00

010 1 900

011 2 900

100 1 1800

101 2 1800

110 1 2700

111 2 2700

00

900

1800

2700

12

000 001

010

011

100101

110

111

33

Bit stream sinyal sbb : 001010100011101000011110 Bagi dalam kelompok masing-masing 3 bit: 001-010-100-011-101-000-011-110

Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

Contoh :

Bit valueAmplitud

ePhase shift

001 2 00

010 1 900

100 1 1800

011 2 900

101 2 1800

000 1 00

011 2 900

110 1 2700

Perubahan amplitudo dan phase

Bentuk gelombang modulasi