11

Elfitrin SyahrulUniversitas Gunadarma

DASAR TELEKOMUNIKASI

1-2

Topik Perkuliahanminggu Topik

1 & 2 Pendahuluan : elemen-elemen

sistem komunikasi, representasi sinyal, spektrum, desibel?

3 & 4 Saluran transmisi5, 6, 7 Modulasi 8, 9, 10 Multipleksing 11 Dasar transmisi digital

1-3

isn’t AM and FM pretty “old stuff ” ….?

Digital is hot (and elegant !) But why FM and AM ? Aren’t they really old and only for

our radios?

Not really...Today we use AM and FM (PM) to carry digital signals.AM is also the basis of all digital “lightwave” transmission todayand FDM is the basis of “DWDM” optical networkingFM (PM) is the basis of many other high performance

communication systems, including when the payload is digital.

And remember…..Everything is actually ANALOGANALOG & “Linear” = High performance !

1-4

Definisi Telekomunikasi

At the General Assembly of the ITU (International Telecommunication Union) at Melbourne 1988, the following definition of telecommunication has been adopted:

"Telecommunication is any transmission and/or emission and reception of signals representing signs, writing, images and sounds, or intelligence of any nature by wire, radio, optical, or other electromagnetic system".

1-5

PendahuluanTelekomunikasi transmisi informasi dari suatu tempat ke tempat yang lain dalam

bentuk gelombang elektromagnetik.

Pada pembahasan berikut ini pesan (message) yang membawa informasi dalam bentuk gelombang (waveform), deretan bit (bit sequence) atau bentuk fisik lainnya dari informasi.

Tujuan sistem komunikasi adalah untuk membuat replika pesan / informasi di tempat tujuan (destination)

Pesan asli (original message) dapat berupa analog (spt suara) atau digital (spt teks).

Pesan bentuk analog atau digital.Transmisi analog atau digitalPada transmisi analog terdapat beberapa kriteria kualitas (Signal-to-Noise Ratio

SNR, distorsi, dll) yang harus dipenuhi atau diperhatikan dalam merancang suatu sistem komunikasi.

Pada transmisi digital diusahakan untuk meminimalisasi probabilitas kesalahan (probability of error).

1-6

Perubahan kecepatan Informasi

1900 1950 20041850

huge quantities of information transmitted in a fraction of a second.

telegraph

Information took days or weeks to be transmitted

Information transmitted in minutes or hours

Electronic communications

sped up the rate of transmission of information,

growth of telecommunications and especially computer networks

globalization phenomenon

(WWW)

1-7

Kemajuan teknologi telepon

1876

Phone invented

first trans-continental

and transatlantic

phone connections

19151919

Strowger (stepper) switch,

rotary dial phones(enabling automatic

connections)

1948

Microwave trunk lines (Canada)

1962

Telstar (Telecommunications

via satellite), Fax services, digital transmission (T-

carriers)

1969

Picturefone (failed

commercially)

1976

Packet-switched data

communications

1984

Cellular telephone

1-8

Sejarah sistem informasi

Data communications over phone lines (became

common and mainframes became multi-user systems)

Batch processing mainframes

Networking everywhere

PC LANs become common

1950 1960 1990 20001970 1980

Online real-time, transaction oriented

systems (replaced batch processing. DBMSs become common)

PC revolution

1-9

Perjalanan Internet

Originally called ARPANET, the Internet began as a military-academic network

1969

Over 240 million

servers and 400 million users

20011990

commercial access to the Internet begins

ARPANET splits:• Milnet - for military• Internet - academic,

education and research purposes only

1983

NSFNet created as US Internet backbone

1986

Government funding of the

backbone ends

1994

1-10

Dasar Datakom

Broadband Communications

Telecommunicationstransmission of voice, video, data, - imply longer distances- broader term

Data Communicationsmovement of computer information by means of electrical or optical transmission systems

convergence

1-11

Elemen sistem komunikasi -1

Transmitter memproses masukan sinyal dan menghasilkan sinyal yang sesuai dengan karakteristik kanal transmisi, yang melibatkan

• Modulasi (Modulation)• Pengkodean (Coding)

1-12

Kanal (channel ) (media elektrik yang menjembatani jarak antara sumber dan tujuan) akan mempengaruhi sinyal sehingga memungkinkan terjadi perubahan sinyal akibat :• Atenuasi (Attenuation)• distorsi Fasa dan frekuensi• Noise (random signal)• interferensi (Interference), misalkan yang diakibatkan oleh kanal lain

Receiver mereplika sinyal pesan menjadi seperti bentuk sinyal yang di transmitter (melalui penguatan sinyal [amplification], decoding, demodulasi [demodulation], filtering) dan meminimalisasi efek yang menyebabkan perubahan sinyal selama pengiriman.

Mode Transmisi :1. Simplex: transmisi satu arah (one-way)2. Full-duplex: transmisi dua arah secara bersamaan3. Half-duplex: transmisi dua arah secara berantian

Elemen sistem komunikasi -2

1-13

Model telekomunikasi – agak lengkap dr yg sebelumnya!!

Compressor/Expandor m(t) digitalisasi oleh non-uniform quantizerAnti-Aliasing filter m(t) large bandwidth –> eliminasi spectral foldingSampler m(t) mjd discreteIdeal reconstruction filter interpolasi antara sampel m(t)Encoder/decoder encode quantizer mjd bit (dan sebaliknya)Digital processor Blocks pemrosesan digital (scrambling, differential encoding)Line Coder merubah bit ke voltage signal untuk keperluan transmisiLine Decoder menentukan sinyal yang diterima berdasarkankan voltage, dan merubahnya menjadi bit

1-14

Kanal Transmisi - contoh

1. Cables• wire pairs (ordinary telephone line)• coaxial cable

2. Radio Transmission• broadcasting (e.g.: DVB-T, DVB-S, …)• satellite transmission (GPS, Galileo)• cell networks (GSM, WCDMA)

3. Optical Fiber4. Magnetic Tape

1-15

Keterbatasan Fisik/kanal/jalur/media transmisi

Keterbatasan fundamental perancangan suatu sistem komunikasi adalah noise dan bandwidth.

Noise thermal noise (pergerakan acak muatan partikel dengan temperatur diatas nol derjat Kelvin), yang menjadi permasalahan utama untuk jarak transmisi yang semakin jauh.

Setiap sistem komunikasi mempunyai bandwidth/BW tertentu. BW merupakan permasalahan yang utama ketika kecepatan transmisi ditingkatkan. BW dan kec. transmisi peningkatannya berbanding lurus.

Channel capacity :

B : bandwidth S/N :Signal-to-Noise Ratio (SNR) Hubungan antara BW dan SNR Hukum Hartley-Shannon

1-16

Broadband VS Baseband Broadband :

Suatu teknik di mana data yang ditransmisi dikirimkan menggunakan isyarat pembawa (dimodulasi). Lebih dari satu isyarat pembawa dapat ditransmisikan bersama-sama, sehingga lebih dari satu isyarat dapat dikirim dengan satu media (kawat) yang sama.

Baseband :Satu single data ditransmisikan secara langsung

dengan kawat, dengan tegangan positif dan negatif. Interface RS-232 adalah salah satu contoh transmisi baseband

1-17

Modulasi -1

Modulasi 2 bentuk gelombang :Sinyal yang dimodulasi (modulating signal) yang merepresentasikan pesan (message)sinyal pembawa (carrier).

Contoh :modulasi amplitudo (amplitude modulation) menggunakan sinusoidal dan pulse train sebagai gel. pembawa (carrier). Pesan (message) terlihat pada selubung (envelope) dari sinyal yang termodulasi (modulated signal). Pada receiver, pesan/message dapat diperoleh kembali dengan mendemodulasi (demodulation) sinyal.

1-18

Modulasi - 2

Pada umumnya frekuensi sinyal pembawa (carrier) lebih tinggi dari frekuensi tertinggi sinyal yang dimodulasi (modulating Signal).

contoh : spektrum dari sinyal yang dimodulasi (modulated signal) terdiri dari komponen frekuensi yang terkelompok disekitar gelo. pembawa (carrier frequency).

Modulasi frequency translation.

1-19

Benefit modulasi - 1

1. Modulasi untuk efisiensi transmisiEfisiensi tergantung pada frekuensi sinyalefisien line-of-sight propagasi radio membutuhkan antena dengan dimensi fisik 1/10 dari panjang gelombang sinyal (signal wavelength). contoh : transmisi sinyal audio 100 Hz yang tdk dimodulasi membutuhkan antenna sepanjang 300 km, dan apabila sinyal dimodulasi pada gel carrier 100 MHz membutuhkan panjang antena sekitar 1 m.

panjang gelombang (m)f frekuensi (Hz)v cepat rambat gelombang (m/s)

2. Modulasi untuk penunjukkan/alokasi frekuensimasing-masing stasiun radio/TV mempunyai alokasi frekuensi yang telah ditentukan oleh suatu badan/regulator yang mengatur alokasi frekuensi. Alokasi frekuensi juga menggunakan filtering. Frekuensi Radio dialokasikan sesuai dengan perjanjian dunia (WRC / world radio conference dibawah ITU / international telecommunication Union, utk Indonesia dept. postel)

vf

1-20

Benefit modulasi - 2

3. Multipleksing penggabungan beberapa sinyal yang dilewatkan dalam satu kanal jika frek. Pembawa (carrier) berlainan (frequency division multiplexing/FDM).

4. Modulasi juga bisa mengatasi keterbatasan hardwarePerancangan suatu sistem komunikasi memungkinkan dibatasi oleh biaya dan ketersediaan hardware, kinerja perangkat sering tergantung pada frekwensi yang teribat. Modulasi memungkinkan perancangan sistem komunikasi menempatkan sinyal tertentu pada suatu range frekuensi untuk menghindari keterbatasan hardware.

1-21

Spektrum Elektromagnetik

Above "light" frequencies used by optical communications comes ultra-violet, X-rays, and eventually cosmic rays. They're all electromagnet radiation, mathematically the same. Thank Maxwell for showing this.

1-22

Contoh alokasi frekuensi – dikit dr negara org

1-23

Coding memproses pesan (message signal) untuk meningkatkan kualitas

komunikasi digital

Decoding proses inverse dari coding

• Channel coding (teknik yang digunakan untuk mengatur redudansi untuk peningkatan reliabilitas kinerja pada kanal).• Source coding (teknik yang digunakan untuk menurunkan redudansi pada sinyal untuk efisiensi)

Contoh :1. ASCII-code: coding of the alphanumerical characters to binary data.2. Kapasitas transmisi dapat ditingkatkan dengan mengirim tingkatan level

simbol 2M untuk mewakili binary code words dengan panjang M (source coding).

3. Penambahan digitk ekstra untuk cek masing-masing binary code word yang dapat dideteksi tau dikoreksi kesalahan yang sering terjadi pada receiver (channel coding).

1-24

Sinyal dan spektrum

Representasi sinyal : Domain waktu (time domain) Domain frekuensi (frequency domain)

Tool Matematik yang mengk onversi isyarat-isyarat dari Time domain Frequency domain adalah:

Deret Fourier [periodic signal]Transformasi - Fourier [non periodic signal]

1-25

Sinyal sinusoidalSinyal sinusoidal dimodelkan sbb :

A : amplitudoo : frekuensi angular (fo : frekuensi) : phase (fasa)

Sinyal periodik perioda To = 2 / o = 1/fo

Satu nilai puncak (peak value) pada t = - / o

1-26

Spektrum sinyal sinusoidalSpektrum garis (line spectrum) frekuensi tertentu untuk suatu amplitudo dan fasaContoh satu sisi spektrum garis sinyal sinusoidal :

Spektrum amplitudo dan fasa impuls pada fo

Parameter penting dari sinyal (frekuensi , amplitudo dan fasa) dapat terlihat pada spektrum .

1-27

Kombinasi liner sinyal sinusoidal

Persaman diatas dapat dirubah menjadi :

Dari pers. diatas dapat digambarkan spektrum garisnya dengan plot satu sisi.

1-28

Representasi sinyal kompleks sinusoidal - 1

Biasanya sinyal ril (real-valued)Konsep sinyal kompleks tool sangat penting dalam telekomunikasi.Sinyal real signalSinyal kompleks analisis spektrum Persamaan Euler :

1-29

Representasi sinyal komplek sinusoidal - 2

Konvensi dan notasi berikut sangat penting pada analisa dan perancangan sistem komunikasi :

1. Spektrum 1 variabel, frekuensi f (Hz) atau angular frekuensi = 2f (radian), fo ,f1,f2 digunakan untuk memperbaiki frekuensi-frekuensi berikutnya

2. Sudut fasa diukur dengan gelombang kosinus atau setara dengan poros ril poritif diagram fasor

3. Amplitudo bernilai positif : - A cos t = A cos (t ±180o) fasa dalam derajat (o) meskipun radian juga sering digunakan

1-30

Spektrum 2 sisiSpektrum 1 sisi (one-sided spectrum) sinyal rilSpektrum 2 sisi (two-sided spectrum) mengatasi sinyal kompleksSinyal ril spektrum 2 sisi di peroleh dengan substitusi

Spektrum 2 sisi (contoh sinyal sebelumnya) dapat dilihat pada gbr disamping

Fungsi dasar eksponensial kompleks

1-31

Representasi fasor -1

Fungsi eksponensial kompleks dapat dinyatakan Fasor

Representasi fasor : Mengilustrasikan sinyal

sinusoidal dan sinyal komunikasi yang terdiri dari sinusoidal

1-32

Representasi fasor -2

Diagram fasor spektrum 2 sisi sinusoidal : Terdiri dari 2 vektor dimana fasa dan arahnya

berlawanan. Resultan vektor adalah sinyal ril.

1-33

Sinyal periodikSinyal v(t) periodik jika :

M integer Sinyal dapat dikonstruksi dengan menggabungkan komponen sinyal To :

Panjang sinyal periodik tidak terhingga (infinite), pada kenyataannya sinyal sistem tidak periodik murni. Akan tetapi, finite-length signal hampir sama dengan sinyal periodik asli.

1-34

EVERYTHING YOU NEED TO KNOW ABOUT DECIBELS

A short course…

1-35

DECIBELS SIMPLIFIED - NOTES Decibels are defined as:

dB = 10 Log10 (Pout/Pin)

You can add and subtract dBs to represent just about any power ratio without resorting to a calculator by remembering the rules:

•Positive dBs mean multiply (or gain). •Negative dBs mean divide (or attenuate).•Memorize one dB value!

1-36

HOW TO DO DB’S IN YOUR HEAD with a little cheating

All you have to memorize is that 3 dB = 2 times.

Now consider the obvious you already know, like 2 x 2 = 4. Since dB’s add for multiplication, then 4x means +3 dB +3 dB = +6 dB, 8x means +3 dB +3 dB +3 dB = 9 dB. Likewise 10x is +10 dB and 100x is +20 dB. Remember that attenuation is negative dB’s. So, 1/100th the power would be -10 dB and 1/1000th the power is -30 dB.

Get it?

Then construct a table, as follows…

1-37

You can always make a table like this whenever you need to convert to dBs.

Some Examples

The ratio of 16 times = 2 x 2 x 2 x 2  which is +3 dB + 3 dB + 3 dB + 3 dB = + 12 dB.

A gain of 500 is simply 1000 divided by 2 or +30 dB - 3 dB = 27 dB.

1/2000 is - 30 dB – 3 dB = - 33 dB.

-14 dB = -20 dB + 3 dB + 3 dB or -20 dB + 6 dB which is 1/100 x 4 = 1/25th.

Make up some of your own and test it with a calculator.

1-38

Additional and Review Concepts:

Decibel notation as in the above formulas always represents a Power Ratio only.

There is no such thing as "voltage dBs". But in the special case of a transmission system where the impedance of the transmission line is the same for the input and output signals (or before and after an element that causes attenuation), we can derive a formula for dBs based on the familiar Ohm's law (Current = Voltage/Resistance) and the definition of Power in watts (Power  = Current  times Voltage) and come up with P = V2/R. Since the log of a square is twice the log, you can double the dB's for such a "constant impedance" facility calculation.

1-39

An exception to using dB notation for pure ratios is a "shorthand" scheme for indicating a ratio of power compared to a given defined level. One example is the common artifice of using a subscript such as dBm to indicate Power compared to one milliwatt. Therefore, -3dBm means 1/2 of one milliwatt or 3 dB below 1 milliwatt. Similar notation is used with the Greek letter mu (μ) for dBs compared to a microwatt, as in 10 dBμ to mean 10 microwatts or 1/100th of a milliwatt. Therefore, -20 dBm = +10 dBμ. Get it?

Get used to the above--until you are really comfortable with dBs--as you will encounter all this again in Optical Communications, Satellite, and Wireless courses and FOR THE REST OF YOUR CAREER. Learn to do dBs in your head and impress your friends. (At least your friends in the ITP.)

1-40

CONVERTING LOGARITHMS FROM BASE 10 TO BASE 2

loga (x) = logb (x) / logb (a)

log2 (x) = log10 (x)/log10 (2) = log10 (x)/0.3 = 3.333 log10 (x)

Example: log2 (100) = 3.333 (2) = 6.666

1-41

Pembahasan berikutnya : Media transmisi

Be prepare……!!!!!!