pulse code modulation

Pertemuan 12 MODULASI PULSA

PCM (Pulse Code Modulation)

A. PEMBUKA

1. Deskripsi

Dalam perkuliahan ini mahasiswa akan mempelajari modulasi yang tidak kontinu

(diskrit), atau modulasi pulsa. Dimana pada bagian ini akan dibahas mengenai proses

modulasi pulsa serta jenis-jenis modulasi pulsa.

2. Tujuan Pembelajaran

Pada akhir pertemuan mahasiswa diharapkan mampu :

1. Menyebutkan jenis-jenis modulasi pulsa

2. Menjelaskan dan menganalisa proses mudulasi pulsa

3. Menjelaskan serta menggambarkan tahapan-tahapan dalam modulasi pulsa

3. Manfaat Pembelajaran

Dengan demikian maka di akhir perkuliahan mahasiswa diharapkan telah

mampu menganalisa proses modulasi pulsa.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Rummi Sirait SISTEM TRANSMISI TELKOMUNIKASI 1

B. ISI

1. Pendahuluan

Amplitudo, frekuensi atau fase suatu carrier sinusoidal dapat dimodulasi dengan

sinyal informasi. Demikian juga amplitudo, frekuensi atau fase (atau posisi) pulsa-pulsa

dari sebuah pulse train (rentetan pulsa) dapat juga dimodulasi.

Modulasi pulsa adalah modulasi yang tidak kontinyu (diskrit). Pada sinyal input

yang merupakan sinyal analog dilakukan sampling secara periodik. Besarnya waktu

(periodik) sampling sangat berpengaruh terhadap kualitas modulasi atau signal to noise

(S/N)-nya, yang tentunya mempunyai dampak pada sisi penerima.

Untuk memperoleh sinyal output yang baik disisi penerima, dapat direproduksi

kembali menjadi sinyal analog yang sesuai dengan sinyal input maka harus dipenuhi

persyaratan minimum, yang dikenal sebagai Nyquist rate pada proses sampling, yaitu

teorema yang menyatakan bahwa :

fS 2B (Hz) ........................ (1)

2. Modulasi Sandi Pulsa (Pulse Code Modulation - PCM)

Pulse-code modulasi (PCM) merupakan suatu metode untuk mengubah sinyal

analog menjadi sinyal digital, dimana sinyal suara atau gambar yang masih berupa

sinyal listrik analog diubah menjadi sinyal listrik digital.

Gambar 1. Rangkaian PCM (Pulse Code Modulation)


Dasar pembentukan modulasi Sandi Pulsa (Pulse Code Modulation – PCM)

terdiri dari 4 proses, yaitu :

1. Sampling

2. Kuantisasi (Quantizing)

3. Pengkodean (Encoding)

4. Sinkronisasi (Sincronizing)

2.1. Sampling :

Proses sampling yang dilakukan pada PCM adalah Flat-top sampling. Setelah

proses sampling dilakukan kuantisasi, yaitu membagi sinyal hasil sampling atas level-

level tertentu, dimana tiap level kuantisasi mempunyai kode biner tertentu. Hubungan

antara jumlah level pada kuantisasi dan jumlah digit biner (binary digit = bit) pada tahap

encoding dinyatakan dengan persamaan 2.

M = 2n................................................................... (2)

Dimana : M = jumlah level kuantisasi

N = jumlah bit

Misalkan untuk sistem digital telepon, jumlah digit biner-nya adalah n = 8 bit, maka

jumlah level kuantisasi yang diperlukan adalah :

M = 28 = 256

Sinyal analog dicuplik (sampled) pada selang yang teratur sehingga menghasilkan

gelombang dengan amplitudo termodulasi pulsa (PAM). Sampling merupakan proses

pencuplikan sinyal analog oleh pulsa digital dengan selang waktu yang teratur. Dengan

proses sampling diperoleh jajaran pulsa yang levelnya sesuai dengan level aslinya.

Gambar 1. Proses Sampling


Untuk mengirimkan informasi dalam suatu sinyal, tidak perlu seluruh

sinyalditransmisikan, tetapi cukup diambil sampel-nya saja. Berdasarkan Teorema

Nyquist, sampling-frequency lebih besar = 2 kali frekuensi tertinggi sinyal tersebut.

Contoh sinyal bicara : 300 s.d 3400Hz Þ frekuensi tertinggi 3.4KHz, dilakukan

pembulatan 4KHz, » Sinyal bicara pada kanal telepon

Sehingga frekuensi sampling : 2 x 4KHz = 8000 Hz Ü 8000 samples per detik = 1

sample per 125 microsecond Sampling voice .

2.2. Kuantisasi ( Quantizing )

Kuantisasi (quantization) merupakan suatu proses pembulatan nilai sampel flat-

top ke tingkat tertentu yang telah ditentukan sebelumnya untuk membuat sejumlah

tingkat yang berhingga dan dapat dikelola tersedia bagi converter A/D. Tahapan dasar

dalam pembangkitan PCM ditunjukkan pada gambar 2.

Dalam kuantisasi, seluruh jangkauan sinyal dibagi menjadi sejumlah subrange. Masing-

masing subrange mempunyai nilai tengah yang ditetapkan sebagai tingkat standart atau

tingkat sandi untuk jangkauan tersebut. Komparator digunakan untuk menentukan

subrange yang mana adanya amplitudo pulsa yang telah ditetapkan berada, sandi untuk

subrange tersebut dibangkitkan.

Gambar 2. Tahapan dasar dalam pembangkitan PCM

Sinyal PAM yang amplitudonya berubah-ubah tersebut dibandingkan dengan level-level

yang dinamakan selang kuantisasi, lalu ditentukan dalam selang mana amplitudo

tersebut berada. Nomor selang dikodekan menjadi bilangan biner 8 bit yg memberikan

kemungkinan 28 atau 256 level, 128 level diatas nol, dan 128 dibawah nol.

Setiap kode yg melambangkan level amplitudo cuplikan disebut satu kata PCM (PCM

word).

Kecepatan cuplikan 8000 kali perdetik dan setiap cuplikan diwakili 8 bit, maka untuk

saluran PCM tunggal terdapat 64.000 bit per detik.


Gambar 3. Level sample analog (ditunjukan dengan bintik-bintik) dan level terkuantisasi kaitannya.

Pada proses kuantisasi diadakan pendekatan-pendekatan besarnya level terhadap

level-level yang sudah ditentukan sebelumnya, sehingga adanya kemungkinan terjadi

sedikit perbedaan level hasil quantisasi dgn level aslinya.

Amplitudo dari sinyal hasil sampling dibagi ke dalam level-level kuantisasi, dimana

amplitudo dari masing-masing sample dinyatakan dengan harga integer dari level

kuantisasi yang terdekat. Adanya pendekatan/pembulatan tersebut menimbulkan “derau

kuantisasi”

2 Teknik Kuantisasi :

§ Kuantisasi Linier, selang level kuantisasi sama untuk seluruh level kuantisasi;

besarnya noise kuantisasi sama untuk seluruh level, tetapi noise relatifnya tidak

sama antara level yang satu dengan yang lainnya.

§ Kuantisasi tidak Linier, merupakan perbaikan dari kuantisasi linier pada level

rendah.

Ada 2 cara kuantisasi tidak linier :

(a) langsung menggunakan kuantisasi tidak linier

(b) companding, kemudian dikuantisasi secara linier


Companding merupakan proses mempersingkat rentang intensitas sebuah sinyal

dengan penambahan lebih banyak penguat untuk sinyal-sinyal yang lemah dibanding

terhadap sinyal yang kuat pada input .

Aturan Companding :

¨ Aturan A (A-law) : PCM 30 (Eropa) ; 32 time slot/frame

¨ Aturan m (m-law) : PCM 24 (USA& Jepang) ; 24 time slot/frame

Dalam satu frame berisi satu sinyal sampling, dan tiap satu sampling berupa 8 bit

encoding menduduki satu tempat yang disebut time slot.

Sampling rate merupakan jarak (waktu) antara satu sampling dan sampling berikutnya.

PCM 30 :

2.3. Pengkodean ( Encoding )

Proses Encoding merupakan proses mengubah sinyal PAM menjadi sinyal

digital, proses penamaan nilai-nilai analog hasil quantizing dinyatakan dalam bilangan

biner. Kemudian unit encoder membangkitkan pulsa-pulsa sesuai dengan informasi bit

tersebut.

Misalnya telah dipilih sebanyak delapan bagian yang menghasilkan delapan buah level

kuantisasi, maka jumlah digit kode binernya sebanyak tiga buah (23 = 8). Akhirnya

diperoleh kode-kode biner dari sinyal m(f) yang tercuplik seperti tersebut dibawah :

Amplitudo pada level m0, menjadi kode biner 000








Hasil berupa deretan kode-kode biner inilah yang disebut sinyal PCM yang hendak

dikirim. Lebar band yang diperlukan oleh sinyal PCM tentu saja menjadi jauh lebih besar

dibanding lebar band sinyal baseband yang dihitung seperti :

Frekuensi maksimum sinyal baseband (lebar band) fmax


Frekuensi pencuplikan minimum fs = 2fmax

Bit rate (n bit tiap cuplik)fb = nfs = 2nfmaks

Lebar band transmisi sinyal PCM B = fb = 2nfmax

Banyaknya pada kode-kode ini tergantung pada banyaknya level yang ada. Dimana

banyaknya level-level ini akan menentukan halus tidaknya proses kuantisasi. Makin

banyak levelnya, makin halus kuantisasinya, dengan demikian makin baik mutu

digitalnya.

Makin banyak digit untuk kodenya, memerlukan peralatan yang lebih baik dan akan

lebih mahal harganya.

Dalam perencanaan PCM, harus diperhitungkan dari segi ekonomisnya

dibandingkan segi teknisnya pada penerima peralatan yang dipakai adalah kebalikan

dari pengirimnya yaitu decoder untuk membangkitkan kembali pulsa-pulsa dari kode-

kode yang diterima, kemudian pulsa-pulsa tersebut akan dikembalikan lagi ke bentuk

asliya, yaitu sinyal analog.

2.3. Syncronizing :

Syncronizing merupakan proses penyisipan selang pulsa 0 antara masing-

masing word structure tersebut. Hal ini diperlukan agar tidak terjadi tumpang tindih

antara masing-masing word structure tersebut sebelum ditransmisikan/dikirimkan

melalui media transimisi yang digunakan.

Deretan pulsa biner yang mewakili sinyal kuantisasi :

3. Sistem Transmisi dengan Metode PCM

Prinsip sistem transmisi menggunakan metode PCM :

� sinyal informasi baseband (analog) pertama kali dicuplik dengan menggunakan

metode sample and hold,

� kemudian dilakukan proses konversi analog ke digital menggunakan rangkaian

ADC yang di dalamnya dilakukan proses kuantisasi dan pengkodean. Shift


register paralel in serial out dan serial in paralel out diperlukan karena biasanya

rangkaian ADC & DAC lebih dari satu keluaran (simultan) delapan digit biner.

� Setelah ditransmisikan sinyal PCM tersebut diubah kembali menjadi sinyal

informasi asli (analog) sebuah decoder atau DAC & sebuah rangkaian low

Pass Filter.

Gambar 4. Diagram blok sistem transmisi dengan metode PCM

4. PCM 30

PCM 30 adalah sejenis teknologi digital dalam menggandakan kanal percakapan

yang memungkinkan satu jalur fisik disaluri 30 percakapan sekaligus tanpa mengganggu

satu sama lain. Metode Pulse Code Mudulation (PCM) berbeda dengan Pulse Amplitude

Modulation (PAM), Pulse Width Modulation (PWM), Pulse Position Modulation (PPM)

sekalipun menggunakan teknik pencuplikan (sampling), tetapi pada PCM diterapkan

suatu proses digitalisasi.

Pembangkit PCM akan menghasilkan sederetan simbol atau digit, dengan setiap slot

waktu digit menyatakan pendekatan harga amplitudo sesaat sinyal hasil pencuplikan

dari sinyal informasi analog.


Sample and Hold

Tujuan dari proses sample and hold adalah untuk mencuplik secara berkala

sinyal informasi analog dan mengkonversikannya menjadi deretan pulsa-pulsa PAM

dengan amplitudo konstan (rata). Amplitudo konstan atau rata diperlukan untuk

mendapatkan konversi yang akurat bila hendak diubah ke bentuk kode digital oleh

rangkaian ADC. Secara sederhana blok rangkaian sample and hold ditunjukkan pada

gambar 5.

Gambar 5. Blok Rangkaian Sample and Hold

5. Sentral Digital

Sentral digital adalah sejenis sentral yang dalam menghubungkan percakapan

dua orang pelanggan atau lebih melakukan proses pengubahan sinyal analog dari

pesawat telepon pelanggan analog, atau sinyal digital dari pesawat telepon digital

kemudian di proses dengan kode digital (8 bit PCM word) pada jalur percakapan, dan

bagian terima diubah lagi ke sinyal analog supaya dapat didengar oleh penerima

dengan pesawat analog. Sedangkan pelanggan yang memiliki pesawat telepon digital,

maka yang melakukan pengubahan sinyal menjadi analog adalah pesawat telepon

digital tersebut.

Salah satu penerapan sentral digital adalah sentral otomat full electronic SPC (Store

Programmed Control) digital, yang proses penyambunganya dikendalikan oleh satu

program yang disimpan dalam prosesor SPC, serta bagian lintas percakapan antar

pelanggan sudah bekerja secara digital. Kelebihan sistem SPC digital adalah kecepatan

proses penyambungnya. Kalau dalam sentral otomat elektromekanik satuan waktunya

adalah mili detik, maka dalam sentral SPC digital proses penyambungnya dalam mikro

detik. Kelebihan lain sentral digital adalah tidak adanya gesekan atau gerakan mekanik

sehingga usia pakai peralatan lebih tahan lama. Kelemahan mendasar dari sentral


digital adalah komponen elektronika yang peka terhadap perubahan suhu sehingga

untuk sentral digital memerlukan ruang ber-AC full time.


Documents

pulse code modulation