1. TUJUAN
Menjelaskan prinsip dari transmisi PCM.
Menggambarkan bentuk rangkaian PCM.
Mengerti bagaimana metode konversi dari analog/digital dan
parallel/serial.
Menyebutkan beberapa penggunaan dari PCM.
2. DIAGRAM RANGKAIAN
Politnik Negeri Jakarta Page 1
3. ALAT DAN KOMPONEN
1 PAM modulator 50 3537-70
1 pulse amplitude demodulator 50 3537-7H
1 pulse code modulator 50 3537-7N
1 pulse code demodulator 50 3537-7P
1 DC power supply ± 15V 50 3538-8D
1 function generator 50 5127-2R
1 dual trasce oscilloscope
3 BNC to banan cable
4. PENDAHULUAN
4.1 Pulse Code Modulation
PCM adalah merupakan metode transmisi digital.
Sebuah pulse code modulator terdiri atas:
- Sebuah bandwidth limiter filter
- Rangkaian sample dan hold
- Quantizer
- Coder
- Paralel/serial converter
Politnik Negeri Jakarta Page 2
PULSE CODE MODULATOR
Bandwidth sinyal yang di transmisikan s(t) dibatasi
oleh LPF dan menurut sampling , selanjutnya diberikan
pada rangkaian sample dan hold. Sinyal sampling
selanjutnya dikuantisasi dan kemudian dikodekan ke dalam
bentuk binary. Data dalam bentuk parallel tersebut
dikonversikan ke serial hingga didapat bentuk sinyal PCM.
Sinyal inilah yang selanjutnya ditransmisikan.
4.2 Pulse Code Demodulator
Pulse code demodulator terdiri atas:
- Paralel/serial converter
- Digital/analog converter
- LPF
PULSE CODE DEMODULATOR
Politnik Negeri Jakarta Page 3
Informasi yang diterima dikonversikan ke bentuk parallel, oleh
digital/analog converter. Selanjutnya dikonversikan lagi untuk
memperoleh kembali sinyal analog dan jalan menekan atau
menghilangkan frekuensi click.
4.3 Spesifikasi PCM
Pada jaringan telepon digital menurut standar CCIT, PCM
30/32 mempunyai spesifikasi sebagai berikut:
- Bandwidth 3,1 KHz
- Batas frekuensi atas 3,4 KHz
- Resolusi 8 bit
- Frekuensi clock 8 KHz
- Data rate per kanal 64 bit/sec
- 30 speech, 1 sync, 1 kanal dialing tone
Kuantisasi dan Coding
Pada proses kuantisasi merupakan proses pemberian nilai terhadap
trap sample.cara termudah untuk mengkuantisasi sebuah sinyal PAM yaitu
dengan membagi dinamik (Kira-kira 60 dB untuk sebuah kanal pembicaraan)
menjadi sejumlah interval kuantisasi yang sama.
Batas-batas dari interval kuantisasi ini disebut nilai-nilai seleksi,
dimana sebuah pulsa akan ditentukan, termasuk interval kuantisasi yang
sama mendapatkan nilai berapa.
Setiap pulsa yang terdapat didalam sebuah interval kuantisasi akan di
encode sebagai memiliki nilai yang sama dengan nilai pada tengah-tengah
interval.
Politnik Negeri Jakarta Page 4
5. LANGKAH PERCOBAAN
5.1 Hubungkan rangkaian seperti diagram rangkaian. Set function
generator pada sinusoida 1KHz, 1Vpp. Hubungkan ke input Pulse
Amplitude Modulator (1). Set frekuensi sampling pada maksimum.
Set function generator pada gelombang sinus 200Hz, 2Vpp.
Set generation clock (frekuensi sampling) dari PAM ke 2KHz.
5.2 Gambarkan sinyal pada output sample (2) jelaskan fungsi dari pulse
amplitude modulator.
5.3 Gambar sinyal output Pulse Code Demodulator(5) dan sinyal output
Pulse Amplitude Modulator (8). Bandingkan kedua sinyal dengan
input Pulse Code Modulator (3)!
Dan jelaskan setiap langkah pemrosesan sinyal.
5.4 Tunjukkan:
a. Sinyal CK (7)
b. Sinyal SYN (6)
5.5 Gambar hasilnya pada lembar kerja 3.
Jelaskan maksud dari sinyal-sinyal tersebut dan delay antara kedua
sinyal itu.
5.6 Pasang kembali function generator . tunjukkan sinyak CK dan sinyal
output dari Pulse Code Modulation. Switch off tiap-tiap bit dari A/D
converter. Dan berikan keterangan mengenai kualitas transmisinya.
Gambar hasilnya pada lembar kerja 4 dan jelaskan prinsip dari
transmisi.
5.7 Bandingkan siyal-sinyal input (1) dan output (8). Switch off bit-bit
berturut-turut dari switch paling atas (Significant bit yang paling
rendah) ke bawah.
5.8 Amati pengaruhnya dalam transmisi dan terangkan bagaimana
kualitas sinyal yang dihasilkan.
Politnik Negeri Jakarta Page 5
6. DATA PERCOBAAN
Hasil percobaan 5.2
Amplitudo = 4,4 x 0,5 =
2,2V
T = 1 x 1mS = 1mS
F = 1/T = 1/1 = 1KHz
Sinyal pada output sample (2)
Jawab: Pulse Amplitude Modulator berfungsi menyatukan sinyal input &
sinyal sampling (memasukkan sinyal informasi ke sinyal Carrier) agar
sinyal informasi tidak hilang saat perjalanan (transmisi).
Hasil percobaan 5.3
(5) A = 4,4 x 1 = 4,4 V
T = 1 x 1 = 1mS
F = 1/T = 1/1 = 1KHz
(8) A = 5 x 1 = 5V
T = 1 x 1 = 1mS
F = 1/T = 1/1 = 1KHz
Politnik Negeri Jakarta Page 6
Sinyal output Pulse Code Demodulator (5) dan sinyal output Pulse
Amplitude Demodulator (8)
(3) A = 2 x 2 = 4V
T = 2 x 0,5 = 1mS
F = 1/T = 1/1 = 1KHz
Sinyal input Pulse Code Modulator (3)
Jawab : Sinyal informasi masuk PAM (Modulator) untuk di sampling dan
dimodulasi. Lalu melewati PCM (Modulator) untuk diberikan kode-kode
dalam bentuk biner, data inilah yang ditransmisikan. Dalam PCM
(Demodulator) frekuensi click (CK) dihilangkan sehinggan akan
terbentuk sinyal PAM saja. Kemudian akan diperoleh sinyal analog
seperti awal yang berisi informasi kode-kode biner setelah melewati PAM
(Demodulator).
Hasil Percobaan 5.4
(CK) Vmaks = 1,6 x 2 = 3,2V
T = 1 uS
Frekuensi = 1MHz
Sinyal CK
Politnik Negeri Jakarta Page 7
(SYN) A = 4V
T = 100µs
Frekuensi = 10KHz
Sinyal SYN
Hasil Percobaan 5.5
Jawab : delay yang dimaksud adalah waktu antar bit akan sangat jauh. Skala
time/div nya dirubah, maka hanya akan terliha titik-titik kecil.
Dimana satu titik itu berisi 8 buah kode bit informasi seperti gambar yang
diberikan oleh PCM seperti gambar dibawah.
Politnik Negeri Jakarta Page 8
Hasil Percobaan 5.6
Jawab : setelah bit-bit dari A/D di switch, didapatkan perbedaan sinyal yang
terjadi pada kaki (5) output PCM. Bahwa ketika kita memberikan kode 1011
1111 maka sinyal yang terbentuk dari seperti gambar dibawah.
Dan ketika kita memberikan kode 0011 1111 maka sinyal yang terbentuk
seperti gambar dibawah.
Kualitas sinyal yang diberikan masih terdapat noise. Sehingga tidak
menampilkan kualitas sinyal yang baik.
Politnik Negeri Jakarta Page 9
Hasil Percobaan 5.7
Perbandingan sinyal input (1) dengan output (8) yang telah dikodekan.
5 ANALISA DATA
Percobaan PCM kali ini menggunakan frekuensi yang bekerja pada
1KHz, dimana modulasi PAM akan masuk proses coding di PCM. Kode bit 1111
1111 akan membentuk sinyal digital namun bersifat analog dan masih ditempel
sifat dari PAM itu sendiri. Terlihat seperti ini.
Jika kode di switch off satu per satu hingga mendekati 0000 0000 maka
sinyalnya pun akan semakin mendekati sinyal analog layaknya sinyal input.
Kita kita memisahkan PAM dengan menggunakan PAM demodulator
maka akan didapat sinyal analog dengan kode-kode unik jika kita lihat pada
bentuk sinyalnya.
Politnik Negeri Jakarta Page 10
Sinyal setelah melewati PAM demodulator
6 KESIMPULAN
Proses PCM dilakukan dengan melakukan kuantisasi dan coding pada
sinyal informasi.
Pada PCM digunakan sinyal SYN dan CK untuk menghindari kesalahan
Bit LSB tidak akan terlalu berpengaruh terhadap perubahan sinyal
disbanding bit MSB.
7 REFRENSI
PCM ialah metode untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital. Sinyal ini dirubah melewati beberapa langkah sebelum menjadi suatu sinyal digital o dan 1. Pertama-tama, suatu sinyal analog harus di-sampling. Sampling ialah mengambil besaran sinyal secara periodik sehingga membentuk suatu sinyal digital dan mirip dengan sinyal aslinya.
Politnik Negeri Jakarta Page 11
Setelah disampling, sinyal akan diquantizasi, yaitu proses pembulatan nilai-nilai
tegangan setelah disampling. Maksudnya ialah, saat kita melakukan sampling, maka kita
membuat suatu pen-skala-an sehingga kita mengetahui ada berapa level quantisasi dalam
suatu sinyal itu. Dalam hal quantisasi, skala pada quantisasi sinyal akan berbeda dari
yang ujung(peak) daripada di lembah. Hal ini disebabkan, dalam percapakan,
pembicaraan sering dilakukan pada amplitudo rendah dan bukan amplitudo tinggi, kita
pasti jarang bercakap-cakap dengan nada suara tinggi.
Maka dari itu, skala pada lembah biasanya lebih banyak daripada skala di
puncak. Hal ini digunakan pada proses selanjutnya yaitu companding (compressing &
expanding). Proses ini membuat pen-skala-an menjadi tidak rata. Akan tetapi hal ini
tidak menjadi masalah karena yang penting data tidak berubah dari 0 dan 1.
Proses selanjutnya ialah pengkodean, yaitu membuat hasil setelah disampling
menjadi memiliki nilai 0 dan 1. Setelah dilakukan proses ini, maka sinyal siap
ditransmisikan. Tetapi bukan ditransmisikan secara serta merta, dalam pengiriman data,
harus dilakukan modulasi agar bisa dikirimkan.
PCM terdapat 2 jenis:
1. PCM 30 mempunyai primary rate sebesar 2.048 kbps yang terdiri dari 8000 frame tiap detik. Tiapframe mengandung 32 time slot, 30 time slot digunakan untuk pembicaraan, 1 time slot untuk sinkronisasi, dan 1 time slot untuk signaling. Setiap time slot mengandung 8 bit sampel. Kanal voice ini kemudian dimultiplex secara sinkron ke dalam sebuah 2-Mbps data stream, yang biasa disebut E1. Speech code PCM ditransmisikan 8 bit per time slot sebanyak 8000 kali dalam satu detik.sehingga data ratenya menjadi 64 kbps.
2. PCM 24 mempunyai primary rate sebesar 1.544 kbps yang terdiri dari 8000 frame tiap detik. Tiap frame mengandung 24 time slot. Dalam setiap
Politnik Negeri Jakarta Page 12
frame ditambahkan satu bit frame, satu frame alignment atau sinkronisasi bit (S-bit). Kanal yang digunakan disebut T1. Pada T1 tidak ada time slot yang berfungsi sebagai signaling. Satu bit pada tiap time slot setiap frame ke-6 diganti menjadi signaling information. Sebagai konsekuensi, hanya 7 dari 8 bit yang digunakan, sehingga besar data ratenya menjadi 56 kbps.
Sumber : evilteeth1829.wordpress.com
Politnik Negeri Jakarta Page 13
Pulse-Code Modulation
PULSE-CODE MODULATION (pcm) refers to a system in which the standard
values of a QUANTIZED WAVE (explained in the following paragraphs) are indicated
by a series of coded pulses. When these pulses are decoded, they indicate the standard
values of the original quantized wave. These codes may be binary, in which the symbol
for each quantized element will consist of pulses and spaces: ternary, where the code for
each element consists of any one of three distinct kinds of values (such as positive pulses,
negative pulses, and spaces); or n-ary, in which the code for each element consists of nay
number (n) of distinct values. This discussion will be based on the binary pcm system.
All of the pulse-modulation systems discussed previously provide methods of
converting analog wave shapes to digital wave shapes (pulses occurring at discrete
intervals, some characteristic of which is varied as a continuous function of the analog
wave). The entire range of amplitude (frequency or phase) values of the analog wave can
be arbitrarily divided into a series of standard values. Each pulse of a pulse train [figure
2-48, view (B)] takes the standard value nearest its actual value when modulated. The
modulating wave can be faithfully reproduced, as shown in views (C) and (D). The
amplitude range has been divided into 5 standard values in view (C). Each pulse is given
whatever standard value is nearest its actual instantaneous value. In view (D), the same
amplitude range has been divided into 10 standard levels. The curve of view (D) is a
much closer approximation of the modulating wave, view (A), than is the 5-level
quantized curve in view (C).
From this you should see that the greater the number of standard levels used, the
more closely the quantized wave approximates the original. This is also made evident by
the fact that an infinite number of standard levels exactly duplicates the conditions of
nonquantization (the original analog waveform).
Figure 2-48A. - Quantization levels. MODULATION
Politnik Negeri Jakarta Page 14
Figure 2-48B. - Quantization levels. TIMING
Figure 2-48C. - Quantization levels. QUANTIZED 5-LEVEL
Figure 2-48D. - Quantization levels. QUANTIZED 10-LEVEL
Although the quantization curves of figure 2-48 are based on 5- and 10-level
quantization, in actual practice the levels are usually established at some exponential
Politnik Negeri Jakarta Page 15
value of 2, such as 4(22), 8(23), 16(24), 32(25) . . . N(2n). The reason for selecting levels at
exponential values of 2 will become evident in the discussion of pcm. Quantized fm is
similar in every way to quantized AM. That is, the range of frequency deviation is
divided into a finite number of standard values of deviation. Each sampling pulse results
in a deviation equal to the standard value nearest the actual deviation at the sampling
instant. Similarly, for phase modulation, quantization establishes a set of standard values.
Quantization is used mostly in amplitude- and frequency-modulated pulse systems.
Figure 2-49 shows the relationship between decimal numbers, binary numbers,
and a pulse-code waveform that represents the numbers. The table is for a 16-level code;
that is, 16 standard values of a quantized wave could be represented by these pulse
groups. Only the presence or absence of the pulses are important. The next step up would
be a 32-level code, with each decimal number represented by a series of five binary
digits, rather than the four digits of figure 2-49. Six-digit groups would provide a 64-level
code, seven digits a 128-level code, and so forth. Figure 2-50 shows the application of
pulse-coded groups to the standard values of a quantized wave.
Figure 2-49. - Binary numbers and pulse-code equivalents.
Politnik Negeri Jakarta Page 16
Figure 2-50. - Pulse-code modulation of a quantized wave (128 bits).
In figure 2-50 the solid curve represents the unquantized values of a modulating
sinusoid. The dashed curve is reconstructed from the quantized values taken at the
sampling interval and shows a very close agreement with the original curve. Figure 2-51
Politnik Negeri Jakarta Page 17
is identical to figure 2-50 except that the sampling interval is four times as great and the
reconstructed curve is not faithful to the original. As previously stated, the sampling rate
of a pulsed system must be at least twice the highest modulating frequency to get a usable
reconstructed modulation curve. At the sampling rate of figure 2-50 and with a 4-element
binary code, 128 bits (presence or absence of pulses) must be transmitted for each cycle
of the modulating frequency. At the sampling rate of figure 2-51, only 32 bits are
required; at the minimum sampling rate, only 8 bits are required.
Figure 2-51. - Pulse-code modulation of a quantized wave (32 bits).
As a matter of convenience, especially to simplify the demodulation of pcm, the
pulse trains actually transmitted are reversed from those shown in figures 2-49, 2-50, and
2-51; that is, the pulse with the lowest binary value (least significant digit) is transmitted
first and the succeeding pulses have increasing binary values up to the code limit (most
significant digit). Pulse coding can be performed in a number of ways using conventional
circuitry or by means of special cathode ray coding tubes. One form of coding circuit is
shown in figure 2-52. In this case, the pulse samples are applied to a holding circuit (a
capacitor which stores pulse amplitude information) and the modulator converts pam to
pdm. The pdm pulses are then used to gate the output of a precision pulse generator that
controls the number of pulses applied to a binary counter. The duration of the gate pulse
is not necessarily an integral number of the repetition pulses from the precisely timed
Politnik Negeri Jakarta Page 18
clock-pulse generator. Therefore, the clock pulses gated into the binary counter by the
pdm pulse may be a number of pulses plus the leading edge of an additional pulse. This
"partial" pulse may have sufficient duration to trigger the counter, or it may not. The
counter thus responds only to integral numbers, effectively quantizing the signal while, at
the same time, encoding it. Each bistable stage of the counter stores ZERO or a ONE for
each binary digit it represents (binary 1110 or decimal 14 is shown in figure 2-52). An
electronic commutator samples the 20, 21, 22, and 23 digit positions in sequence and
transmits a mark or space bit (pulse or no pulse) in accordance with the state of each
counter stage. The holding circuit is always discharged and reset to zero before initiation
of the sequence for the next pulse sample.
Figure 2-52. - Block diagram of quantizer and pcm coder.
The pcm demodulator will reproduce the correct standard amplitude represented
by the pulse-code group. However, it will reproduce the correct standard only if it is able
to recognize correctly the presence or absence of pulses in each position. For this reason,
noise introduces no error at all if the signal-to-noise ration is such that the largest peaks
of noise are not mistaken for pulses. When the noise is random (circuit and tube noise),
the probability of the appearance of a noise peak comparable in amplitude to the pulses
Politnik Negeri Jakarta Page 19
can be determined. This probability can be determined mathematically for any ration of
signal-to-average-noise power. When this is done for 105 pulses per second, the
approximate error rate for three values of signal power to average noise power is:
17 dB - 10 errors per second
20 dB - 1 error every 20 minutes
22 dB - 1 error every 2,000 hours
Above a threshold of signal-to-noise ration of approximately 20 dB, virtually no
errors occur. In all other systems of modulation, even with signal-to-noise ratios as high
as 60 dB, the noise will have some effect. Moreover, the pcm signal can be retransmitted,
as in a multiple relay link system, as many times as desired, without the introduction of
additional noise effects; that is, noise is not cumulative at relay stations as it is with other
modulation systems.
The system does, of course, have some distortion introduced by quantizing the
signal. Both the standard values selected and the sampling interval tend to make the
reconstructed wave depart from the original. This distortion, called QUANTIZING
NOISE, is initially introduced at the quantizing and coding modulator and remains fixed
throughout the transmission and retransmission processes. Its magnitude can be reduced
by making the standard quantizing levels closer together. The relationship of the
quantizing noise to the number of digits in the binary code is given by the following
standard relationship:
Where:
n is the number of digits in the binary code
Thus, with the 4-digit code of figure 2-50 and 2-51, the quantizing noise will be
about 35 dB weaker than the peak signal which the channel will accommodate.
Politnik Negeri Jakarta Page 20
The advantages of pcm are two-fold. First, noise interference is almost
completely eliminated when the pulse signals exceed noise levels by a value of 20 dB or
more. Second, the signal may be received and retransmitted as many times as may be
desired without introducing distortion into the signal.
Sumber : www.tpub.com
Politnik Negeri Jakarta Page 21