Dasar Sistem Komunikasi

DASARSISTEMKOMUNIKASI MateriPerkuliahan: I. PengantarSistemKomunikasi II. MediaTransmisi III. BesaranBesaranSistemKomunikasi IV. NoisedalamSistemKomunikasi V. Modulasi/Demodulasi,Multiplexing/Demultiplexingdan MultipleAccess Q1 VI. TeknikModulasiAnalog VII. TeknikModulasiDigital VIII. KonversiAnalogkeDigital IX. KonsepPerhubunganRadio X. TeknikTelephony Q2 XI. TeknikTelevisi XII. SistemKomunikasiGelombangMikro XIII. SistemKomunikasiSatelit XIV. SistemKomunikasiData UAS BukuReferensi: CommunicationSystems,BruceA.Carlson,McGrawHill,3rd Edition,1986. DigitalandAnalogCommunicationSystems,K.S. Shanmugam,JohnWileyandSonsLtd.,1979. DigitalCommunications,I.A.Glover&P.M.Grant,Prentice Hall,1998. KomponenPenilaianAkhir: UJIANAKHIRSEMESTER(UAS) =35% QUIZ1&2 =25% PRAKTIKUM =25% TUGASTUGAS =15% MataKuliah:DASARSISTEMKOMUNIKASINgurahIndraER,ST.MSc.,2004.

PengantarSistemKomunikasi1 Informasi adalah entitas yang disampaikan dan memiliki

makna/arti. Pesan(Message)adalahbentukfisikdariinformasi. Komunikasi adalah proses penyampaian informasi dari pengirim kepenerima. Telekomunikasi adalah komunikasi jarak jauh dimana harus dipergunakanalatalatbantu. Sistem Komunikasi adalah perpaduan prosedur dan peralatan dalamprosespenyampaianinformasidaripengirimkepenerima.

MODELSISTEMKOMUNIKASI

Dalam gambar di atas diperlihatkan elemenelemen dari sebuah sistemkomunikasi. Tujuanutamadaridarisistemtersebutadalah: Untukmentransferinformasidarisatutitik,dalamsuatu waktudantempat,yangdisebutjugaSumberInformasi (Source) ke suatu titik lain yakni titik Tujuan (Destination). Transducer digunakan untuk mengkonversi informasi/pesan ke dalambentuksinyallistrik,dansebaliknya. Contohnya:................ MataKuliah:DASARSISTEMKOMUNIKASINgurahIndraER,ST.MSc.,2004.

PengantarSistemKomunikasi2

Kanal Transmisi (Transmission Channel) menyediakan hubungan listrik antara Sumber dan Tujuan, contohnya : gelombang elektromagnetik, kabel tembaga dan kabel serat optik Pengirim(Transmitter)berfungsimempersiapkansinyalinformasi untuk dapat dikirim melalui kanal transmisi melalui proses penyaringan(filtering),penguatan(amplification)danmodulasi. Penerima (Receiver) berfungsi menerima sinyal pembawa dari kanal transmisi untuk kemudian melakukan fungsi mendapatkan kembalisinyalinformasimelaluiprosesdemodulasi. BeberapacontohSistemKomunikasi: o S.K.Satelit,S.K.SeratOptik,S.K.Bergerak,danlainlain. PERKEMBANGANSISTEMKOMUNIKASIELEKTRONIS MataKuliah:DASARSISTEMKOMUNIKASINgurahIndraER,ST.MSc.,2004.


FREKWENSI,SPEKTRUMDANBANDWIDTH

SinyaldapatdiperlihatkansebagaifungsiWaktu(TimeDomain) danjugaFrekwensi(FrequencyDomain). KonsepTimeDomain Sinyals(t)dapatdisebutsebagaisinyalkontinyu(continuous signal),jikauntuksetiapaberlaku: lim s (t ) = s ( a ) t a

Sinyaldapatdisebutsebagaisinyaldiskrit(discretesignal),jika hanyamemilikibeberapanilaitertentu(finitevalues).

Sinyalkontinyudiatasbisajadimerupakansebuahsinyal pembicaraan(Speech),sementarasinyaldiskritdibawahnyabisa jadimewakilidatadatabiner0dan1.MataKuliah:DASARSISTEMKOMUNIKASINgurahIndraER,ST.MSc.,2004.


Sinyals(t)dikatakanperiodikjikadanhanyajika: s (t + T ) = s (t ) untuk < t < dimanakonstantaTadalahperiodedarisinyaltersebut (Tharuslahnilaiterkecilyangmemenuhipersamaan). Jikatidakmemenuhi,makasinyaldikatakanaperiodik. TigakarakteristikpentingdariSinyalPeriodikadalah: Amplitude Frekwensi Phase Amplitudeadalahbesarsinyalpadasaattertentu,dimanauntuk sinyallistrikatauelektromagnetiksatuannyaadalahVolt. FrekwensiadalahjumlahpengulangandariPeriodeperdetik dengansatuannyaHertz(Hz).Frekwensiadalahjugainversdari periodesehingga: 1 f = ( Hz ) T Phaseadalahukuranposisirelatifdalamwaktuselamasatu periodesinyal.MataKuliah:DASARSISTEMKOMUNIKASINgurahIndraER,ST.MSc.,2004.


sebagaicontoh,keduasinyaldiatasberbedaphase/2radian. catatan:(2 radian = 360o = 1 periode) Secaraumumsinyalsinusoidaldapatdinyatakansebagai: s (t ) = A Sin(2ft + ) dimana,A=amplitudemaksimum f=frekwensi =phase 1 Sebuahsinyal: s (t ) = sin( 2f1t ) + sin( 6f1t )

3

MataKuliah:DASARSISTEMKOMUNIKASINgurahIndraER,ST.MSc.,2004.


KonsepFrequencyDomain Dengan menggunakan Analisis Fourier, dapat diperlihatkan komponenkomponen dari setiap sinyal dengan frekwensinya masingmasing. s(f) f1 f1 f1 f1 s(t)=sin(2f t) + 1/3 sin(6f t) pada freq.-domain Spektrumdarisinyaladalahrentangfrekwensidimanakomponen komponen sinyal tersebut muncul. Pada gambar di atas spektrum darisinyaltersebutadalah:f1sampaidengan3f1. Bandwidth Absolut adalah lebar dari spektrum sinyal tersebut. Pada gambar di atas Bandwidth Absolut dari sinyal tsb. adalah : 2f1. 1 X/2 -X/2 1 1



Pada gambar di atas dapat dilihat sebuah sinyal kotak pada frequencydomain.BandwidthAbsolutdarisinyalsepertiiniadalah tak terhingga, namun sebagian besar kekuatan sinyal tersebut beradapadabandwidthyangsempit. Bandwidth Efektif atau sering hanya disebut Bandwidth adalah lebar spektrum dimana sebagian besar kekuatan sinyal terkonsentrasi. Komponen dc adalah komponen sinyal yang memiliki frekwensi nolatauseringdisebutjugaKomponenKonstan.



HubunganantaraBandwidthdanDataRate Sinyal yang ditransmisikan dapat saja memiliki spektrum yang sangat lebar, namun pada kenyataannya Media Transmisi hanya mampu melewatkan sinyal pada spektrum frekwensi yang terbatas. Keterbatasan ini pada akhirnya juga mengakibatkan keterbatasan besarnyaDataRateyangmampudilewatkan. SebuahrumusanumumuntukSinyalKotak(SquareWave)adalah: 1 s (t ) = A sin(2kf1t ) k =1 k



Contoh,mengacupadaFigure2.8adanFigure2.5c: 1. Jika sebuah sistem transmisi digital yang mampu membangkitkansinyal(Figure2.8a)denganBandwidth4MHz (yg berarti pula tersedia media transmisi yang mampu melewatkansinyaldengankarakteristiktsb.),digunakanuntuk mengirimkan data 1 dan 0 yang berurutan. Berapakah Data Rateterbesaryangmampudicapai? 1 1 Diketahui: s (t ) = sin( 2 ( f1 )t ) + sin( 2 (3 f1 )t ) + sin( 2 (5 f1 )t ) 5 3 Bandwidthsinyal:4MHz

Ditanyakan: DataRateterbesar? Jawaban: a.Tentukanfrekwensisinyal b.DapatkanPeriodedarisinyal c.DapatkanDataRate2.

BerapaData Rate terbesar yang mampu dicapai, jika sistem di atasmampumembangkitkansinyaldenganBandwidth8MHz?

Jika sistem yang lain membangkitkan sinyal seperti pada Figure 2.5c dengan Bandwidth 4 MHz, berapa pula Data Rate terbesaryangmampudicapai? 1 Diketahui: s (t ) = sin( 2 ( f1 )t ) + sin( 2 (3 f1 )t ) 3 Bandwidthsinyal:4MHz3.

Ditanyakan: DataRateterbesar? Jawaban: a.Tentukanfrekwensisinyal b.DapatkanPeriodedarisinyal c.DapatkanDataRate Kesimpulan1: Semakin besar Bandwidth yang tersedia, maka semakinbesarpulaDataRateyangmampudicapai. Kesimpulan2: Pada Bandwidth tertentu dapat dicapai beberapa besaran Data Rate yang pemilihannya disesuaikan dengan keperluan dari sistem transmisi yang digunakan.MataKuliah:DASARSISTEMKOMUNIKASINgurahIndraER,ST.MSc.,2004.



BesaranBesaranSistemKomunikasi1

KuatSinyal

SalahsatuparameterpentingdalamsistemtransmisiadalahKuat Sinyaldarisinyalyangditransmisikan. Sinyal yang merambat melalui media transmisi akan mengalami pengurangankekuatan(LossatauAttenuation). Untuk mengkompensasi pengurangan ini biasanya dipasang amplifier pada beberapa titik transmisi untuk menambahkan penguatan(Gain)padasinyalyangditransmisikan. Gain, Loss dan Kuat Sinyal Relatif (Relative Signal Strength) biasadinyatakandalamDesibel(dB),denganalasan: o KuatSinyalbiasanyaberkurangsecaralogaritmis,jadiLoss lebih mudah dinyatakan dalam dB yang merupakan unit logaritmis. o GaindanLossdalamjalurtransmisiyangberjejer(cascade) dapat dihitung dengan penambahan dan pengurangan yangsederhana. Desibeladalahukurandariselisih/bedaduabesaranDaya: P N db = 10 log10 1 P2 dimana, NdB=ukurandalamdesibel P1,2=besardaya log10=logaritmabasis10 Tx = 10 mW Rx contoh, = 5 mW Media transmisi berapaLoss? Desibeladalahukuranperbedaanrelatifbukanukuranperbedaan absolut.MataKuliah:DASARSISTEMKOMUNIKASINgurahIndraER,ST.MSc.,2004.

BesaranBesaranSistemKomunikasi2

Desibel juga merupakan ukuran perbedaan dalam Tegangan (voltage), dimana daya adalah ukuran proporsional dari pangkat tegangan: V 2

P=

R

sehingga, P (nyatakandalambentuktegangan) N = 10 log 1 = ........?

dimana,P=DayayangdiserapsepanjanghambatanR V=TegangansepanjanghambatanR

db

P2

DesibelWatt (dBW) adalah ukuran yang sering digunakan pada aplikasi sistem microwave. Besaran 1 Watt digunakan sebagai referensidandidefinisikansebagai0dBW. UkuranabsolutdariDayadalamDesibeldapatdinyatakandalam: Power (W ) Power ( dBW ) = 10 log 1W UkuranabsolutdariDayadalamDesibeldapatjugadinyatakan: Power (mW ) Power ( dBm) = 10 log 1mW Ukuran absolut dari Tegangan dalam Desibel dapat dinyatakan dalam: Voltage(V ) Power (dBV ) = 20 log 1V UkuranabsolutdariDayadalamDesibeldapatjugadinyatakan: Voltage(V ) Power (dBmV ) = 20 log

1mV


BesaranBesaranSistemKomunikasi3 TUTORIAL1 1. Sebuah Sistem Transmisi Analog memiliki konfigurasi sebagaiberikut: Tx1

Rx1 Media transmisi 1 L1

Tx2 Amplifier 1 G1

Rx2

Tx3 Amplifier 2 Media transmisi 3 L3 G2

Rx3

Media transmisi 2 L2

Bilaparameteryangdiketahuiadalahsebagaiberikut: Kuatsinyalyangdikirim(Tx1)=10mW KuatsinyalyangditerimapadaAmplifier1(Rx1)=7mW PenguatanolehAmplifier1(G1)=3dB Kuatsinyalyangditerimapada Amplifier2(Rx2)=1,4mW PenguatanolehAmplifier2(G2)=3dB LosspadaMediaTransmisi3(L3)=10dB Berapakah? a. LosspadaMediaTransmisi1(L1)dalamdB. b. Kuat sinyal yang dikirim dari Amplifier 1 (Tx2) dalam dBm. c. LosspadaMediaTransmisi2(L2)dalamdB. d. Kuat sinyal yang dikirim dari Amplifier 2 (Tx3) dalam dBm. e. Kuatsinyalyangditerima(Rx3)dalamW. 2. SinyalinformasipadasebuahSistemTransmisiAnalogharus menempuhjarak2kmdariPengirimkePenerima.Media transmisiyangdipakaiadalahKabelCoaxialdenganLoss2 dB/100m.JikaPeralatanPenerimamemilikiSensitivitas Minimumsebesar80dBm,berapaKuatSinyalMinimum yangharusdihasilkanolehPeralatanPengirim?(nyatakan dalamWatt)


BesaranBesaranSistemKomunikasi4 JawabanTUTORIAL1 1 a. x1(dBm)=10log(10mW/1mw)=10log(10)=10dBm T x1(dBm)=10log(7mW/1mW)=10log(7)=8,45dBm R 1=Rx1Tx1=1,55dBm L b.Tx2=Rx1+G1=8,45+3=11,45dBm c.Rx2(dBm)=10log(1,4mW/1mW)=10log(1,4)=1,46dBm 2=Rx2Tx2=1,4611,45=10,01dB L d.Tx3=Rx2+G2=1,46+3=4,46dBm e.Rx3 =Tx3+L3=4,4610=5,54dBm 5,54=10log(Rx3mW/1mW) =10logRx3 Rx3 =10(5,54/10) =0,279254mW x3 =0,279254x103Watt R 2 Diketahui: d=2Km L=2dB/100m Rxminimum=80dBm Ditanyakan: Txminimum(Watt) Jawab: Rxminimum(dBm)=Txminimum(dxL) 80=Txminimum(2000mx2dB/100m) 80=Txminimum(20x2dB) Txminimum =80dBm+40dB =40dBm Tx Minimum (mW) Txminimum(dBm)=10log 1 mW Tx Minimum (mW) 40 =10log 1 mW Txminimum =104mW =107Watt


NoisedalamSistemKomunikasi1

NoiseatauDerauadalahsinyallistrikyangtidakdiinginkan. Dapatdikelompokkanmenjadiempat,yakni: a. ThermalNoise/WhiteNoise b. IntermodulationNoise c. Crosstalk d. ImpulseNoise a. ThermalNoise/WhiteNoise Seringdisebutjugabackgroundnoise. Terjadikarenagangguanthermalpadaelektronelektron didalampenghantar(konduktor). Selalu ada pada setiap peralatan elektronik serta media transmisi. Merupakanfungsidaritemperatur. Bukanmerupakanfungsifrekwensi,sehingganoisejenis ini terdistribusi secara merata sepanjang spektrum frekwensi. Besarnya thermal noise pada bandwidth 1 Hz untuk setiapperalatanataupenghantaradalah:

N0 = k T

dimana, N0=Densitasdayanoise(Watt/Hertz) k=KonstantaBoltzmann(1,3803x1023J/K) T=Temperatur(K),suhuruanganadalah290K PadabandwidthsebesarB,thermalnoisedapat

dinyatakan: MataKuliah:DASARSISTEMKOMUNIKASISemesterGanjil2004/2005.

N = k T BataudalamdesibelWatt(dBW)

N = 10 log k + 10 log T + 10 log B N

= 228,6 + 10 log T + 10 log B


b. IntermodulationNoise Terjadikarenaadanyasinyalyangtidakdiinginkan yangmemilikifrekwensihasilpenjumlahan, pengurangan,ataupunkelipatandariduabuah frekwensisinyalaslinya. Dapatdisebabkanolehketidaksempurnaanperalatan sertapenguatansinyalyangberlebihan.(nonlinearity) Sistemyanglinier>output=inputxkonstanta Sistem yang tak linier > menghasilkan output yang lebihkompleks. c. Crosstalk Adalahpencampuransinyalantarajalurjalursinyal yangberbeda.(electricalcoupling) Salahsatucontohnyaadalahtercampurnya pembicaraanpadakomunikasilewattelepon. (menggunakankabeltwistedpair) Biasanyamemilikibesardalamordeyangsama,atau lebihkecildariThermalNoise. MataKuliah:DASARSISTEMKOMUNIKASISemesterGanjil2004/2005.


d. ImpulseNoise Merupakannoiseyangtidakkontinyu,berupalonjakan sinyal dalam durasi yang pendek, tetapi memiliki amplitudoyangbesar. Diakibatkan oleh berbagai mekanisme, diantaranya gangguan elektromagnetik dari luar, seperti sambaran kilat,sertaketidaksempurnaanpadasistemkomunikasi. Tidak terlalu mempengaruhi data analog, namun menjadi faktor pengganggu yang sangat besar untuk datadigital. MataKuliah:DASARSISTEMKOMUNIKASISemesterGanjil2004/2005.


SignaltoNoiseRatio(S/N) Adalah parameter yang dipakai sebagai acuan kualitas sebuah SistemKomunikasi. Merupakan perbandingan kuat daya sinyal yang diterima (S) dengankuatdayanoise(N). Lebihseringdinyatakandalamdecibel(dB). contoh,Jika diketahui kuat daya ratarata sinyal yang diterima adalahsebesar1W,sementaralevelnoiserataratayang terukuradalah5mW,maka: S N = (1000 5) = 200 atau, 1000 S N = 10 log10 = 10 log10 (200 ) = 23 dB 5 KapasitasKanalMaksimum(MaximumChannelCapacity) Signaltonoiseratiodapatdipergunakanuntukmemperkirakan kapasitasmaksimum(dataratemaksimum)darisebuahsistem komunikasi. FormulaTeoritisShannonHartleyadalah: S C B log 2 1 + = N dimana, B=Bandwidthdarisistemkomunikasi(Hz). MataKuliah:DASARSISTEMKOMUNIKASISemesterGanjil2004/2005.

S =Signaltonoiseratio. NC=Dataratedarisistemkomunikasidalam bitpersecond(bps)


contoh1, Sebuah jaringan telepon memiliki bandwidth sebesar 3000HzdenganS/N20dB.Tentukandataratemaksimum yangdapatdicapaiolehjaringanteleponini. Jawaban: S N ( dB ) = 10 log10 (S N ) 20 = 10 log10 (S N ) S N = 10 2 = 100 sehingga, C = B log 2 1 + S N = 300 log 2 (1 + 100 ) =19963bps contoh2, Diketahuilevelnoiserataratapadasebuahjaringantelex adalah3mW.S/Nminimumyangdibutuhkanolehsistem telex ini adalah 30 dB. Hitunglah kuat sinyal minimum yang dibutuhkan dan bandwidth yang harus disediakan agardataratesebesar20Kbpsdapatdicapaipadajaringan telexini. Jawaban: MataKuliah:DASARSISTEMKOMUNIKASISemesterGanjil2004/2005.

...?

Documents

Dasar Sistem Komunikasi