Loading ...
Global Do...
News & Politics
8
0
Try Now
Log In
Pricing
1 Jaringan Telekomunikasi 1 DASAR TRANSMISI DIGITAL Program Studi Teknik Telekomunikasi Jurusan Teknik Elektro Sekolah Tinggi Teknologi Telkom 2006 2 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 2 Representasi Informasi z Penemuan Pulse Code Modulation (PCM) membuka jalan untuk pengiriman suara pada jaringan komunikasi digital. z Informasi dapat dibagi menjadi 2 kategori besar – Informasi dalam bentuk blok tunggal, misal: file teks, dokumen hitam putih, citra berwarna, dll. – Stream yang dihasilkan secara kontinu oleh sumber informasi, misal: suara, audio, video z Informasi tersebut memiliki redundancy yang dapat dibuang agar menghemat kapasitas media transmisi maupun media penyimpanan. z Beberapa teknik kompresi: zip, faksimil grup 3, ADPCM, RELP, MPEG audio MP3, dll. z Rasio kompresi adalah perbandingan jumlah bit pada informasi asli dan jumlah bit pada informasi terkompres, contohnya 570:1 pada kompresi MP3. 3 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 3 Representasi Biner z Untuk kasus sinyal suara atau musik, yang merupakan variasi tekanan udara, sinyal diubah menjadi tegangan yang berubah menurut waktu secara kontinu z Proses digitisasi sinyal sinusoidal melibatkan langkah-langkah: – Pencuplikan atau samplingÆ dilakukan setiap T detik – KuantisasiÆ pada gambar berikut, nilai dari setiap cuplikan sinyal dapat didekati dengan salah satu dari 8 level tegangan – PengkodeanÆ setiap level diwakili oleh bilangan 3 bit z Biaya transmisi yang tinggi pada kondisi tertentu, misalnya kabel laut, satelit, dan sistem nirkawat menyebabkan pengembangan algoritma yang lebih kompleks untuk mengurangi laju bit namun dengan kualitas sinyal suara yang baik z Teknik PCM menghasilkan laju bit suara digital 64 kbps, ADPCM dengan laju bit 32 kbps z Sistem musik stereo menghasilkan laju bit 1,4 Mbps, standar MPEG dapat mengurangi bit rate ini menjadi 100 kbps z Sinyal video membutuhkan laju bit tanpa kompresi sebesar 249 Mbps, pengkodean MPEG-2 dapat menguranginya menjadi hanya 6 Mbps 4 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 4 Representasi Biner Sinyal Suara z Periode pencuplikan bergantung pada seberapa cepat suatu sinyal berubah terhadap waktu z Sebagai contoh, pada teknik digitisasi suara PCM, sinyal dicuplik pada laju 8000 sampel/detik, atau periode T = 1/8000 = 125 µdetik. z Pada kasus sistem telepon, tiap cuplikan diwakili oleh resolusi 8 bit, sehingga menghasilkan laju bit 8000 sampel/detik x 8 bit/sampel = 64 kbps z Laju bit dapat dikurangi dengan memperkecil resolusi, tetapi menyebabkan reproduksi sinyal yang kurang akurat 5 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 5 Representasi Biner Sinyal Gambar z Jika gerakan sedikit, misalnya tampilan wajah close up pada videoconference, sistem video hanya perlu mentransmisikan selisih antara gambar yang berurutan. Contoh laju pengiriman videoconference adalah 760 kpixel/detik. z Resolusi gambar TV lebih besar, yaitu 720x480 pixel per frame, dengan laju 10,4 Mpixel/detik. 6 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 6 Masalah Jitter z Parameter yang sering dijadikan acuan untuk menilai unjuk kerja jaringan: – Ketelitian atau akurasi, dinyatakan dengan nilai bit error rate – Ketepatan waktu, dinyatakan dalam delay z Tipe informasi yang berbeda memiliki derajat toleransi yang berbeda terhadap kesalahan transmisi, misalnya file data bersifat error-sensitive, file suara bersifat delay-sensitive. z Jaringan komunikasi dapat dirancang untuk mengantarkan blok informasi agar tidak melebihi delay maksimum tertentu. z Waktu yang dibutuhkan untuk mengirimkan file dapat dikurangi dengan meningkatkan laju bit R z Informasi stream dapat dipandang sebagai urutan beberapa blok informasi. – Persyaratan delay maksimum dapat diberlakukan untuk masing-masing blok informasi di dalam suatu stream, misalnya 250 ms – Pada saat stream melintasi jaringan, jarak antar blok informasi menjadi tidak seragam lagi z Jitter didefinisikan sebagai variasi delay antara blok-blok yang berurutan. z Salah satu cara mengatasi jitter adalah penerapan playout delay di sisi penerima. 7 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 7 Playout Delay z Pada aplikasi stream, dekoder yang memainkan informasi harus menyediakan aliran blok informasi yang volumenya cenderung konstan kepada sistem penerima z Dekoder akan mengasumsikan bahwa semua blok tiba dengan delay maksimum tertentu, kemudian nilai delay inilah yang dijadikan playout delay 8 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 8 Komunikasi Analog z Sistem transmisi selalu membutuhkan media transmisi atau kanal fisik yang memungkinkan perambatan energi dalam bentuk pulsa atau variasi tegangan, arus, atau intensitas cahaya. z Pada komunikasi analog, tujuannya adalah mengirimkan bentuk gelombang yang berubah terhadap waktu secara kontinu, di mana nilai tegangan/ arus diambil dari himpunan yang jumlah anggotanya tak terhingga. – Sebagai contoh, sinyal listrik yang keluar dari mikrofon bersesuaian dengan variasi tekanan udara yang diakibatkan oleh suara – Sinyal yang merupakan fungsi waktu tersebut harus direproduksi secara eksak pada sisi keluaran sistem komunikasi analog – Dalam praktek, kanal komunikasi tidak dapat memenuhi kondisi ini, sehingga distorsi sinyal di penerima tidak dapat dihindari 9 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 9 Komunikasi Digital z Pada komunikasi digital, tujuannya adalah mengirimkan simbol yang dipilih dari himpunan kemungkinan yang terhingga. z Pada transmisi digital, yang dikirimkan adalah nilai 0 atau 1 z Hal ini dapat dilakukan dengan mentransmisikan tegangan positif selama periode waktu tertentu untuk membawa digit 1 atau tegangan negatif untuk membawa 0 z Tugas dari penerima adalah menentukan simbol masukan dengan probabilitas yang tinggi z Pulsa positif atau negatif dapat mengalami distorsi yang parah – Bagaimana mengatasinya? 10 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 10 Repeater z Untuk pengiriman jarak jauh, dibutuhkan repeater yang secara periodik melakukan regenerasi sinyal. z Dalam sistem komunikasi analog, tugas repeater adalah membangkitkan sinyal yang sedapat mungkin mendekati bentuk sinyal pada masukan segmen repeater tersebut. z Repeater analog terdiri dari: – Penguat sinyal – Equalizer untuk mengurangi distorsi z Dalam sistem digital, tujuan repeater adalah menentukan aliran biner asli (mendekati keluaran sumber informasi) dengan tingkat probabilitas yang cukup tingi. z Repeater digital terdiri dari: penguat sinyal, equalizer, timing recovery, dan decision circuit 11 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 11 Karakteristik Sistem Transmisi Digital z Sistem transmisi digital bertujuan untuk mentransfer deretan bit 0 dan 1 dari sisi pemancar ke sisi penerima. z Kecepatan transmisi dinyatakan dengan bit rate, yang diukur dalam bit per detik. z Kemampuan bit rate suatu sistem transmisi dipengaruhi oleh: – Besar energi yang diberikan pada sinyal kirim – Jarak yang harus dilintasi oleh sinyal (karena energi mengalami disipasi dan dispersi ketika berjalan di dalam media) – Besar derau yang harus dilawan oleh penerima – Bandwidth media transmisi z Kemampuan suatu kanal untuk mentransfer frekuensi f dinyatakan dengan fungsi respon amplitudo A(f), yang didefinisikan sebagai rasio antara amplitudo keluaran dibagi amplitudo masukan. z Bandwidth suatu kanal didefinisikan sebagai kisaran frekuensi yang dapat dilewatkan oleh kanal tersebut. 12 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 12 Karakteristik Bandwidth z Kemampuan transmisi digital dipengaruhi oleh beberapa faktor: – Jumlah energi dalam pengiriman sinyal – Jarak yang harus dilalui oleh sinyal (karena energi akan didisipasikan) – Besarnya derau yang harus diatasi oleh penerima – Bandwidth media transmisi z Jika digunakan transmisi multi level yang jumlah level amplitudo per pulsanya sebanyak M=2m, maka bit rate yang dapat dikirimkan adalah 2Wm bit/detik: R = 2W pulsa/detik x m bit/pulsa = 2Wm bit/detik z Parameter rasio signal-to-noise (SNR) didefinisikan sebagai amplitudo sinyal yang diinginkan relatif terhadap amplitudo derau. z Kapasitas kanal dari suatu sistem transmisi adalah laju maksimum di mana bit masih dapat dikirim tanpa error yang berarti. z Kapasitas kanal Shannon diberikan oleh rumus berikut: C = W log2(1+SNR) bit/detik 13 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 13 Respon Amplitudo z Modem yang beroperasi pada saluran telepon memiliki bandwidth maksimum sekitar 3400 Hz. Jika diasumsikan SNR 40 dB, berapa kapasitas kanal menurut Shannon? 14 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 14 Kanal Komunikasi Kawasan Frekuensi z Keluaran kanal y(t) biasanya terdiri dari sinyal sinusoidal dengan frekuensi yang sama tetapi amplitudo dan fasa yang berbeda: y(t) = A(f) cos(2πft+ϕ(f)) = A(f) cos(2πf(t-τ(f))) z Efek pertama adalah redaman yang dikarakterisasi oleh fungsi respon amplitudo A(f), yaitu rasio amplitudo keluaran terhadap masukan sinusoid pada frekuensi f. z Efek kedua adalah pergeseran fasa ϕ(f) pada sinusoid keluaran relatif terhadap masukan. z Redaman sinyal didefinisikan sebagai pengurangan atau rugi-rugi daya sinyal ketika melintasi sistem. Redaman biasanya dinyatakan dalam dB: Redaman = 10 log10(Pin/Pout) 15 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 15 Efek Kanal z Misalkan informasi biner dikirim pada laju 8 kbit/dtk. Biner 1 dikirimkan sebagai pulsa persegi dengan amplitudo 1 dan durasi 0,125 milidetik, dan biner 0 dikirimkan sebagai pulsa dengan amplitudo -1. Tinjau sinyal masukan x3(t) pada gambar berikut yang merupakan pola 10000001 z Sinyal periodik ini dapat dinyatakan sebagai penjumlahan sinusoid dengan menggunakan deret Fourier X3(t) = -0,5 + (4/π){sin(π/4)cos(2π1000t) + sin(2π/4)cos(2π2000t) + sin(3π/4)cos(2π3000t) + …} z Misalkan sinyal dilewatkan melalui kanal komunikasi yang memiliki A(f)=1 dan ϕ(f)=0 untuk f dalam range 0 hingga W. z Semakin besar bandwidth kanal, semakin banyak harmonisa yang dilewatkan dan keluaran kanal lebih mendekati bentuk sinyal masukan 16 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 16 Keluaran Kanal Komunikasi z Keluaran kanal untuk nilai W (1,5 kHz, 2,5 kHz, dan 4,5 kHz) yang melewatkan frekuensi hingga harmonisa pertama, kedua, dan keempat. z Contoh ini menunjukkan bagaimana bandwidth kanal mempengaruhi kemampuan untuk mengirimkan informasi digital dalam bentuk pulsa z Jika bandwidth dipersempit, maka presisi terhadap pulsa masukan akan berkurang 17 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 17 Kanal Komunikasi Dalam Kawasan Waktu z Jika pulsa yang sangat sempit dimasukkan ke kanal pada waktu t=0, maka keluaran kanal berupa sinyal h(t) yang disebut respon impuls kanal. – Pulsa keluaran h(t) akan lebih lebar dalam kawasan waktu – Lebar pulsa keluaran merupakan indikasi seberapa cepat keluaran dapat mengikuti perubahan pada masukan – Pada transmisi digital, jumlah pulsa per detik harus sebesar mungkin agar diperoleh laju data maksimum z Jika range frekuensi masukan adalah 0 s.d. W Hz, maka respon impulsnya adalah h(t) = s(t-td) yang merupakan versi ter-delay dari s(t) = (sin(2πWt)) / (2πWt) z Semakin besar W, lebar pulsa s(t) semakin kecil. Semakin sempit jarak antar pulsa masukan, semakin tinggi laju data. 18 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 18 Pulsa Tanpa ISI z Fungsi s(t) sama dengan 1 pada t = 0 dan memiliki perpotongan dengan titik nol pada kelipatan T = 1/2W 19 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 19 Keterbatasan Transmisi Digital z Transmisi baseband adalah pengiriman informasi digital melalui kanal komunikasi low-pass. z Pada gambar berikut, setiap T detik pemancar menerima bit informasi, kemudian mengirim pulsa dengan amplitudo +A jika bit informasinya 1 dan –A jika bit informasinya 0. 20 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 20 Laju Pensinyalan Nyquist z Pulsa-pulsa dikirimkan sebagai bagian dari deretan bit, sehingga sinyal total r(t) yang muncul di penerima adalah penjumlahan dari semua masukan r(t) = Σk Akp(t-kT) z Laju pensinyalan Nyquist didefinisikan oleh rmax = 2W pulsa/detik 21 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 21 Kapasitas Kanal Shannon z Tinjau transmisi multilevel di mana informasi biner dikirimkan dalam sistem yang menggunakan salah satu dari 2m level yang berbeda untuk tiap pulsa masukan. z Jika dikirimkan 2W pulsa/detik melalui kanal yang memiliki bandwidth W dan jika jumlah nilai amplitudo adalah 2m, maka laju bit R dari sistem tersebut adalah R = 2W pulsa/detik x m bit/pulsa = 2Wm bit/detik z Pada prinsipnya, laju bit yang tinggi dapat dicapai dengan memperbesar jumlah level 2m – Tetapi hal ini dibatasi oleh daya derau acak di saluran, karena nilai respon keseluruhan pada waktu t = kT adalah penjumlahan antara amplitudo masukan plus derau acak tertentu – Derau ini dapat menyebabkan sistem penerima membuat keputusan yang salah z Untuk menjaga probabilitas kesalahan deteksi tetap kecil di penerima, harus diperhatikan jarak minimum antar nilai amplitudo. z Kapasitas kanal diberikan oleh rumus berikut: C = W log2(1+SNR) bit/detik 22 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 22 Efek Derau z Shannon menunjukkan bahwa probabilitas kesalahan dapat diperkecil hanya jika laju transmisi R lebih kecil daripada kapasitas kanal C. z Hitunglah kapasitas kanal telepon dengan W = 3,4 kHz dan SNR = 10.000 23 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 23 Line Coding z Line coding adalah metode yang digunakan untuk mengubah urutan informasi biner menjadi sinyal digital dalam sistem komunikasi digital. z Gambar di bawah menunjukkan sinyal digital yang dihasilkan oleh line coding untuk deretan 101011100. z Skema yang paling sederhana adalah pengkodean nonreturn-to-zero (NRZ) unipolar. 24 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 24 Karakteristik Media Transmisi z Karakteristik yang berhubungan dengan media transmisi tertentu: – Fungsi respon amplitudo A(f) dan fungsi pergeseran fasa ϕ(f) dari media dan bandwidth yang dapat ditransmisikan sebagai fungsi jarakÆ perangkat pengirim dan penerima harus dirancang untuk menghilangkan sejumlah distorsi agar proses deteksi pulsa menjadi andal – Kerentanan media terhadap derau dan interferensi dari sumber lain. z Umumnya, sistem komunikasi mengirimkan informasi dengan memodulasi sinyal sinusoidal berfrekuensi fo yang kemudian dimasukkan ke dalam guided medium atau diradiasikan melalui antena. z Variasi sinusoidal dari sinyal merambat di dalam media pada kecepatan v meter/detik, di mana v = c / (fo√ε) – c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa, c = 3x108 m/s – Pada ruang bebas, ε = 1, dan ε ≥ 1 pada tempat lainnya z Panjang gelombang sinyal λ = v/fo 25 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 25 Spektrum Elektromagnetik z Sinyal pembawa 100 MHz yang digunakan untuk radio siaran FM, memiliki panjang gelombang 3 meter, sedangkan sinyal pembawa 3 GHz memiliki panjang gelombang 10 cm. 26 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 26 Kawat Berpilin z Twisted pair terdiri dari 2 kawat yang dipilin untuk mengurangi pengaruh interferensi. – Sebagian besar kawat pada sistem telepon berupa twisted pair – Dapat digunakan antara pelanggan dan sentral lokal (subscriber loop), dan sering juga dijadikan saluran antar sentral (trunk) z Karena beberapa pasang kawat dibungkus bersama dalam sebuah kabel telepon, besarnya cakap silang masih cukup signifikan, terutama pada frekuensi tinggi z Range frekuensi yang dapat dilewatkan cukup lebar, hingga orde MHz z Redaman twisted pair dapat berkisar dari 1-4 dB/mil pada 1 kHz sampai 10-20 dB/mil pada 500 kHz, bergantung pada diameter kawat. z Pada subscriber loop, loading coil ditambahkan untuk memperbaiki kualitas pengiriman suara dalam band 3 kHz dengan fungsi transfer yang hampir flat. z Penerapan twisted pair – Digital subscriber loop, contoh: ADSL – Local area network, contoh: 10Base-T Ethernet LAN, 100Base-T Ethernet LAN 27 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 27 Redaman vs Frekuensi z 10Base-T Ethernet Æ laju bit 10 Mbps, jarak maksimum 100 meter z 100Base-T Ethernet Æ bitrate 100 Mbps, jarak dibatasi 100 meter 28 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 28 Kabel Koaksial z Pada kabel koaksial, sebuah konduktor pusat yang solid ditempatkan secara koaksial di dalam konduktor luar yang berbentuk silindris. z Kedua konduktor tersebut dipisahkan oleh bahan dielektrik yang solid, dan konduktor luar ditutup dengan “sarung” plastik. z Penerapan kabel koaksial – Distribusi televisi kabel – Modem kabel – Ethernet LAN z Kabel koaksial mampu menyediakan bandwidth lebih tinggi (ratusan MHz) dibanding kawat berpilin (beberapa MHz). 29 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 29 Aplikasi Kabel Koaksial z Penggunaan kabel koaksial terluas adalah untuk penyebaran sinyal televisi pada sistem TV kabel. Frequency range dari 54 MHz sampai 500 MHz. z Pengembangan jaringan CATV, yaitu HFC, juga menggunakan kabel koaksial dari fiber node ke rumah pelanggan (lihat gambar). Frequency range 5 MHz s.d. 750 MHz, bit rate downstream sekitar 36 Mbps. z Perancangan awal Ethernet LAN menggunakan kabel koaksial sebagai shared medium, beroperasi pada laju data 10 Mbps. 30 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 30 Serat Optik z Dibandingkan transmisi elektrik, serat optik lebih aman dari gangguan tapping dan kebal terhadap interferensi z Serat optik terdiri dari tabung kaca (core) yang dikelilingi oleh lapisan kaca konsentrik (cladding). z Informasi dikirimkan melalui core dalam bentuk fluktuasi berkas cahaya z Rasio indeks bias dari kedua jenis kaca pada serat akan menentukan besarnya sudut kritis θc z Ketika sinar dari core mendatangi cladding dengan sudut kurang dari θc, maka sinar tersebut akan dipantulkan sempurna kembali ke dalam core z Mode pengiriman gelombang cahaya: – Serat multimode memiliki cahaya masukan yang mencapai penerima melalui beberapa lintasan. – Serat single mode dapat mencapai laju dalam orde gigabit/detik melintasi jarak ratusan kilometer. Caranya adalah dengan membuat dimensi core jauh lebih sempit, sehingga perambatan sinyal terbatas hanya pada sebuah lintasan tunggal. 31 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 31 Transmisi Gelombang Cahaya z Serat optik yang beroperasi pada panjang gelombang 850 nm, 1300 nm, dan 1550 nm menduduki wilayah dengan redaman yang kecil z Sistem serat optik memiliki – redaman 0,2 dB/km pada λ sekitar 1550 nm, – kurang dari 0,5 dB/km pada λ sekitar 1300 nm 32 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 32 Aplikasi Serat Optik z Jaringan backbone – Sistem transmisi serat optik yang menggunakan panjang gelombang tunggal dapat menyediakan laju transmisi dari 45 Mbps sampai 9,6 Gbps – Jika digunakan WDM, laju transmisi 40 Gbps hingga 1600 Gbps z Local area network, misalnya 10Base-FP, FDDI, 100Base-FX, Gigabit Ethernet, dll. 33 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 33 Transmisi Radio z Radio menempati spektrum frekuensi pada kisaran 3 kHz sampai 300 GHz. z Pada komunikasi radio, sinyal dikirimkan ke udara atau ruang angkasa dengan menggunakan antena yang meradiasikan energi pada frekuensi pembawa tertentu z Pita frekuensi rendah (LF) menduduki range 30 kHz hingga 300 kHz, bersesuaian dengan panjan gelombang 1 km-10 km, sedangkan pita frekuensi ekstrim tinggi (EHF) memiliki range 30-300 GHz, atau panjang gelombang 1 mm-1 cm. z Frekuensi radio di bawah 1 GHz lebih cocok untuk aplikasi omnidireksional z Aplikasi media transmisi radio: – Komunikasi seluler, misalnya AMPS (frekuensi 800 MHz), CDMA, GSM/GPRS (frekuensi 900 MHz) – Wireless LAN, misalnya ISM, HiperLAN; band frekuensi 2400 MHz, 5150 MHz, dll. – Sistem radio point-to-point (frekuensi 2-40 GHz) dan point-to-multipoint (frekuensi 28 GHz), misalnya panggilan jarak jauh dengan GMD; laju transmisi lebih dari 100 Mbps – Komunikasi satelit 34 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 34 Spektrum Radio z Semakin tinggi pita frekuensi dalam skala logaritmik, maka semakin besar bandwidth z Sebagai contoh, band dari 1011 hingga 1012 Hz memiliki bandwidth 0,9x1012 Hz, sedangkan band 105-106 Hz memiliki bandwidth 0,9x106 Hz 35 2/25/2006 Jaringan Telekomunikasi 35 Cahaya Infra Merah z Infra merah adalah media komunikasi yang sifatnya sangat berbeda dengan frekuensi radio z Sistem komunikasi infra merah beroperasi dari 850 nm hingga 900 nm, di mana sensitivitas penerima harus cukup baik z Aplikasinya untuk link IrDA – Infrared Data Association (IrDA) dibentuk untuk mempromosikan pengembangan sistem komunikasi cahaya infra merah – Standar IrDA-C menyediakan komunikasi bidireksional untuk divais cordless seperti keyboard, mouse, joystick, dan komputer handheld, beroperasi pada laju bit 75 kbps dengan jarak jangkauan hingga 8 m. – Standar IrDA-D dirancang sebagai alternatif untuk menghubungkan berbagai divais seperti laptop dan printer, laju data dari 115 kbps hingga 4 Mbps pada jarak 1 m
