BAB 3 Data dan SinyalSalah satu fungsi utama dari lapisan fisik adalah untuk memindahkan data dalam bentuk sinyal elcetromagnetic di sebuah media transmisi. Apakah Anda mengumpulkan statistik numerik dari komputer lain mengirim gambar animasi dari workstation desain, atau cau menyanyikan sebuah bel berdering di pusat kontrol jauh, Anda bekerja dengan transmisi data melalui koneksi jaringan. Umumnya.Data dapat dipakai untuk seseorang atau aplikasi tidak dalam bentuk yang dapat transmisi melalui jaringan. Sebagai contoh, Sebuah foto harus terlebih dahulu diubah ke bentuk yang media transmisi dapat menerima.Media transmisi bekerja dengan melakukan energi sepanjang jalur fisik.

3.1 ANALOG DAN DIGITALKedua data dan sinyal yang mewakili mereka dapat berupa analog atau digital dalam bentuk. Analog dan Data Digital Data dapat analog atau digital. Data analog merujuk pada informasi yang berkesinambungan; data digital mengacu pada informasi yang memiliki negara diskrit. Misalnya, jam analog yang memiliki jam, menit, dan tangan kedua memberikan informasi dalam bentuk berkesinambungan; gerakan tangan yang berkesinambungan. Di sisi lain, sebuah jam digital yang melaporkan jam dan menit akan berubah tiba-tiba 8:05-8:06. Data analog, seperti detik yang dibuat oleh suara manusia, mengambil nilai kontinu.Ketika seseorang berbicara, gelombang analog diciptakan di udara.Hal ini dapat ditangkap oleh mikrofon dan diubah menjadi sinyal analog atau sampel dan diubah menjadi sinyal digital. Data digital mengambil nilai diskrit.Sebagai contoh, data disimpan dalam memori komputer dalam bentuk 0s dan 1s. Mereka dapat dikonversi menjadi sinyal digital atau termodulasi menjadi sinyal analog untuk transmisi melalui media.

Analog dan Digital Sinyal Seperti data yang mereka wakili, sinyal dapat berupa analog atau digital. Sinyal analog memiliki tingkat jauh lebih banyak intensitas selama periode waktu. Sebagai bergerak gelombang dari nilai A ke nilai B., melewati dan termasuk jumlah tak terbatas nilai sepanjang jalan. Sebuah sinyal digital, di sisi lain, hanya dapat memiliki sejumlah nilai-nilai yang ditetapkan. Meskipun setiap nilai dapat menjadi nomor apapun, seringkali yang sederhana seperti 1 dan 0. Cara simlest untuk menunjukkan sinyal adalah dengan memetakan mereka pada sepasang sumbu tegak lurus.Sumbu vertikal mewakili nilai atau kekuatan sinyal. Sumbu horizontal mewakili waktu. Gambar 3.1 menggambarkan sinyal anlog dan sinyal digital. Kurva mewakili sinyal analog melewati jumlah tak terbatas poin. Garisgaris vertikal dari sinyal digital, namun, demostrate lompatan mendadak yang membuat sinyal dari nilai nilai.

Gambar 3.1 Perbandingan af analog dan sinyal digital

Periodik dan Nonperiodik Sinyal Kedua anlog dan sinyal digital dapat mengambil salah satu dari dua bentuk: periodik atau nonperiodik (kadang-kadang sebut sebagai aperiodik, karena awalan dalam bahasa Yunani berarti "tidak"). Sinyal aperiodik melengkapi pola selama masa identik subsesquent.Penyelesaian satu pola penuh disebut siklus. Sebuah sinyal nonperiodik perubahan withouth menunjukkan pola atau siklus yang repreats dari waktu ke waktu.

Kedua sinyal analog dan digital dapat periodik atau nonperiodik.Dalam komunikasi data, kita biasanya menggunakan sinyal analog periodik (karena mereka membutuhkan bandwidth kurang, sebagaimana akan kita lihat dalam bab 5) dan sinyal digital nonperiodik (karena mereka dapat mewakili variasi data, seperti akan kita lihat dalam Bab 6).

3.2 ANALOG SINYAL BERKALASinyal analog periodik dapat classifed yang sederhana atau komposit. Sebuah sinyal analog sederhana periodik, gelombang sinus, tidak bisa diurai menjadi sinyal simples. Sebuah sinyal komposit analog periodik yang disusun dari beberapa gelombang sinus. Gelombang sinus Gelombang sinus adalah bentuk paling mendasar dari sinyal analog periodik. Ketika kita memvisualisasikan sebagai kurva osilasi sederhana, perubahannya selama siklus halus dan konsisten, aliran, terus menerus bergulir. Gambar 3.2 menunjukkan sebuah gelombang sinus. Setiap siklus terdiri dari satu berada di atas sumbu waktu diikuti oleh tunggal berada dibawahnya. Gambar 3.2 Gelombang sinus

Gelombang sinus dapat diwakili oleh tiga parameter: amplitudo puncak, frekuensi, dan fase. Ketiga parameter sepenuhnya menggambarkan gelombang sinus. Amplitudo puncak Para amplitudo puncak sugnal adalah nilai absolut dari intensitas tertinggi, sebanding dengan energi yang dibawanya. Untuk sinyal-sinyal listrik, puncak amplitudo

biasanya diukur dalam volt. Gambar 3.3 menunjukkan dua sinyal dan amplitudo puncak mereka.

Contoh 3.1 Kekuatan di rumah Anda dapat diwakili oleh gelombang sinus dengan amlitude puncak 155-177 V. Namun, sudah menjadi rahasia umum bahwa tegangan listrik di rumah AS adalah 110 hingga 120 V. Gambar 3.3 Dua sinyal dengan fase yang sama dan frekuensi, tetapi frekuensi, tetapi amplitudo berbeda

Perbedaan ini adalah karena fakta ini adalah root mean square (rms) nilai. Sinyal kuadrat dan kemudian amplitudo rata-rata dihitung. Nilai puncak adalah sama dengan 2 1/2 x nilai rms.

Contoh 3.2 Tegangan baterai adalah konstan, ini nilai konstan dapat dianggap sebagai gelombang sinus, seperti yang akan kita lihat nanti.Sebagai contoh, nilai puncak dari sebuah baterai AA biasanya 1,5 V.

Periode dan FrekuensiPeriode mengacu Periode mengacu pada jumlah waktu, dalam hitungan detik sinyal perlu menyelesaikan 1 siklus. Frekuensi mengacu pada jumlah periode dalam 1s. Perhatikan bahwa periode dan frekuensi hanya salah satu karakteristik delined dalam dua cara. Periode adalah kebalikan dari frekuensi, dan frekuensi adalah kebalikan dari periode, seperti rumus berikut menunjukkan. Dan

Gambar 3.4 menunjukkan dua sinyal dan frekuensi mereka

Periode secara resmi dinyatakan dalam detik. Frekuensi secara resmi dinyatakan dalam hertz (Hz), yang merupakan cyclce per detik. Satuan periode dan frekuensi diperlihatkan pada tabel 3.1. Tabel 3.1 unit periode dan frekuensi Unit Seconds (s) Miliseconds (ms) Microseconds(s) Nanoseconds (ns) Picoseconds (ps) Contoh 3.3 Kekuatan yang kita gunakan di rumah memiliki frekuensi 60 Hz (50 Hz di Eropa). Periode gelombang ini dapat ditentukan sebagai berikut: = 0,0166 s = 0,0166 x 103 = 16,6 ms Ini berarti bahwa masa kekuatan untuk lampu kita di rumah adalah 0,0166 s, atau 16,6 ms.Mata kita tidak cukup sensitif untuk membedakan perubahan yang cepat dalam amplitudo. Contoh 3.4 Ekspresikan jangka waktu 100 ms dalam mikrodetik. Solulution Dari tabel 3.1 kita menemukan equvalents dari 1 ms (1 ms adalah 10 detik (1 s adalah 10 6 s).Kami membuat substitusi berikut:-3)

Setara 1s 10-3 s 10-6 s 10-9 s 10-12 s

Unit Hertz (Hz) Kilohertz (kHz) Megahertz (MHz) Gigahertz (GHz) Terahertz (THz)

Setara 1 Hz 103 Hz 106 Hz 109 Hz 1012 Hz

dan 1 s

100 ms = 100 x 10 -3 s = 100 x 10 mikrodetik = 10 5 mikrodetik Contoh 3.5

6

mikrodetik = 10

2

x 10

-3

x 10

6

Periode sinyal adalah 100 ms. Apakah frekuensi dalam kilohertz? Solusi Forst kita mengubah 100 ms untuk detik, kemudian kita menghitung frekuensi dari periode (1 Hz = 10 kHz -3). 100 ms = 100 x 10 -3 s = 10 -1 s Hz = 10 Hz = 10 x 10 kHz -3 -2 = 10 kHz

-1

Tentang frekuensi Kita sudah tahu bahwa frekuensi hubungan sinyal ke waktu dan bahwa frekuensi gelombang adalah jumlah siklus itu selesai dalam 1 s. Tapi cara lain untuk melihat frekuensi sebagai ukuran laju perubahan. Sinyal yang berosilasi Elcetromagnetic bentuk gelombang, yaitu, mereka berfluktuasi terus menerus dan diduga atas dan berteriak-teriak pria tingkat energi. Sebuah Sinyal 40-Hz memiliki satu-setengah dari frekuensi dari sinyal 80-Hz; itu selesai dalam 1 siklus dua kali waktu dari sinyal 80-Hz, sehingga setiap siklus juga mengambil dua kali lebih lama untuk berubah dari terendah ke tegangan tertinggi tingkat. Frekuensi, oleh karena itu, meskipun menggambarkan dalam siklus per detik (hertz), adalah pengukuran umum dari laju perubahan sinyal terhadap waktu.

Jika nilai perubahan sinyal melalui rentang waktu yang sangat singkat, frekuensi tinggi. Jika berubah selama rentang waktu yang panjang, frekuensi rendah. Dua Ekstrem Bagaimana jika sinyal tidak berubah sama sekali? Bagaimana jika ia mempertahankan tingkat tegangan konstan untuk seluruh waktu itu aktif? dalam kasus seperti itu, frekuensi adalah nol.Secara konseptual, ide ini sangat sederhana. Jika sinyal tidak berubah sama sekali, ia tidak pernah melengkapi siklus, sehingga frekuensi adalah 0 Hz.

Tapi bagaimana jika perubahan sinyal seketika?Bagaimana jika ia melompat Frome satu tingkat ke yang lain dalam waktu singkat? Kemudian frekuensi tak terbatas. Dengan kata lain, ketika sebuah perubahan sinyal seketika, periode adalah nol; karena frekuensi adalah kebalikan dari periode, dalam hal ini, frekuensi adalah 1/0, atau tak terbatas (tak terbatas).

fase Tahap jangka menggambarkan posisi gelombang relatif terhadap waktu 0. Jika kita berpikir gelombang sebagai sesuatu yang dapat b e bergeser ke belakang aling sumbu waktu, fasa mendeskripsikan jumlah pergeseran itu. Hal ini menunjukkan status dari Siklus pertama.

Tahap diukur dalam degress atau radian [360 0 adalah 2 rad, dan 1 rad adalah 360 / (2)] Pergeseran fase 360 0 sesuai dengan pergeseran dari periode lengkap; pergeseran fasa 180 gambar 3.5).0sesuai

dengan pergeseran dari seperempat dari periode (lihat

Gambar gelombang sinus 3.5 tiga dengan amlitude sama dan frekuensi, tetapi fase yang berbeda

1

Melihat gambar 3.5, kita dapat mengatakan bahwa

1. Sebuah gelombang sinus dengan faseamplitudo nol.Amplitudo meningkat.

0

0 dimulai pada waktu 0 dengan

2. Sebuah gelombang sinus dengan fase 90amplitudo puncak.Amplitudo ini descreasing.

0

dimulai pada waktu 0 dengan

3.Sebuah gelombang sinus dengan fase 180amplitudo nol.Amplitudo ini descreasing.

0

dimulai pada waktu 0 dengan

Cara lain untuk melihat fase adalah dalam hal shift atau offset. Kita dapat mengatakan bahwa

1. Sebuah gelombang sinus dengan fase 0 0 tidak bergeser 2. Sebuah wace sinus dengan fase 90 0 digeser ke kiri oleh siklus.Namun, perludiketahui bahwa sinyal tidak benar-benar ada sebelum waktu 0.

3.Sebuah gelombang sinus dengan fase 180

digeser ke kiri oleh siklus.Namun, perlu diketahui bahwa sinyal tidak benar-benar ada sebelum waktu 0.

0

Contoh 3.6 Gelombang sinus adalah offset siklus terhadap waktu 0.Apakah fase dalam derajat dan radian?

Solusi Kita tahu bahwa 1 siklus complate adalah 360 0.Oleh karena itu, siklus adalah

1

x 360 = 60 0 = 60 x

rad = 1,046 rad

Panjang gelombang Panjang gelombang adalah karakteristik lain dari sinyal bepergian melalui media transmisi. Panjang gelombang mengikat periode atau frekuensi dari gelombang sinus sederhana dengan kecepatan propagasi medium (lihat Gambar 3.6). Gambar 3.6 Panjang gelombang dan periode

Sementara frekuensi sinyal tidak tergantung medium, panjang gelombang tergantung pada kedua frekuensi dan medium. Panjang gelombang adalah properti dari setiap jenis sinyal. Dalam komunikasi data, kita sering menggunakan panjang gelombang untuk menggambarkan transmisi ligth dalam serat optik. Panjang gelombang adalah jarak sinyal sederhana dapat melakukan perjalanan dalam satu periode. Panjang gelombang dapat dihitung jika seseorang diberi kecepatan propagasi (kecepatan cahaya) dan periode sinyal.Namun, karena periode dan frekuensi terkait satu sama r anothe, jika kami mewakili panjang gelombang dengan kecepatan , propagasi oleh c (kecepatan cahaya), dan frquency oleh f, kita mendapatkan.

= Kecepatan propagasi dari sinyal elektromagnetik tergantung pada media dan pada frekuensi dari sinyal. Sebagai contoh, saya vakum na, cahaya disebarkan dengan kecepatan 3x10 8 m / s.Yang kecepatannya lebih rendah di udara dan bahkan lebih rendah pada kabel. Panjang gelombang biasanya diukur dalam mikrometer (mikron) bukan meter.Sebagai contoh, panjang gelombang cahaya merah (frekuensi = 4 x 10 14) di udara adalah = = 0,75 x 10 -16 m = 0,75 pM

Dalam kabel koaksial atau serat optik, bagaimanapun, panjang gelombang adalah shoter (0,5 pM) karena kecepatan propagasi dalam kabel menurun.

Waktu dan Frekuensi Domain Gelombang sinus secara komprehensif didefinisikan oleh plitude am, frekuensi, dan fase.Kami telah menampilkan gelombang sinus dengan menggunakan apa yang disebut plot waktu-domain. Plot waktu-domain menunjukkan perubahan amplitudo sinyal terhadap waktu-domain plot. Untuk menunjukkan hubungan antara amplitudo dan frekuensi, kita dapat menggunakan apa yang disebut plot frekuensi-domain.Sebuah plot frekuensi-domain yang bersangkutan dengan hanya nilai puncak dan frekuensi. Perubahan amplitudo selama satu periode tidak akan ditampilkan. Gambar 3.7 menunjukkan sinyal pada kedua waktu dan domain frekuensi.

Gambar 3.7 Waktu-domain dan frekuensi-domain bidang gelombang sinus

Jelas bahwa frekuensi domain adalah Casy untuk plot dan menyampaikan informasi bahwa seseorang dapat menemukan dalam komplotan domain waktu. Keuntungan dari frekuensi domain adalah bahwa kita dapat langsung melihat nilai-nilai amplitudo frekuensi dan puncak. Sebuah wace sinus lengkap represensted oleh satu spike. Posisi spike menunjukkan frekuensi; acara puncaknya menunjukkan amplitudo puncak.

Contoh 3.7 Domain frekuensi lebih kompak dan berguna ketika kita berhadapan dengan lebih dari satu gelombang sinus. Sebagai contoh, Gambar 3.8 menunjukkan gelombang sinus tiga, masing-masing dengan amplitudo dan frekuensi berbeda. Semua bisa diwakili oleh tiga paku dalam domain frekuensi.

Gambar 3.8 domain waktu dan domain frekuensi tiga gelombang sinus

Komposit Sinyal Sejauh ini, kami telah berfokus pada gelombang sinus sederhana.Gelombang sinus sederhana memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan sehari-hari. Kami dapat mengirim gelombang sinus tunggal untuk membawa energi listrik dari satu tempat ke tempat lain. Sebagai contoh, perusahaan listrik mengirimkan gelombang sinus tunggal dengan frekuensi 60 Hz untuk mendistribusikan energi listrik ke rumah-rumah dan bisnis.Sebagai contoh lain, kita dapat menggunakan gelombang sinus tunggal untuk mengirim alarm ke pusat keamanan ketika pencuri membuka pintu atau jendela di rumah. Dalam kasus pertama, gelombang sinus adalah membawa energi; di kedua, gelombang sinus merupakan sinyal bahaya. Jika kita hanya memiliki satu gelombang sinus tunggal untuk menyampaikan percakapan melalui telepon, itu akan tidak masuk akal dan membawa informasi.Kami hanya akan mendengar buzz. Sebagaimana akan kita lihat di Bab 4 dan 5, kita perlu mengirim sinyal komposit untuk berkomunikasi data.Sebuah sinyal komposit terbuat dari banyak gelombang sinus sederhana. Pada awal 1900-an, ahli matematika Perancis Jean-Baptiste Fourier menunjukkan bahwa setiap sinyal komposit sebenarnya merupakan kombinasi dari gelombang sinus sederhana dengan frekuensi yang berbeda, amplitudo, dan fase.Fourier analisis ini dibahas dalam Lampiran C; Empat tujuan kita, kita hanya menyajikan konsep.

Sebuah dignal komposit dapat menjadi periodik atau nonperiodik. Sebuah sinyal komposit periodik dapat diuraikan ke dalam serangkaian gelombang sinus sederhana dengan frekuensi diskrit yang memiliki nilai integer (1,2,3, dan sebagainya). Sebuah sinyal komposit nonperiodik dapat diuraikan ke dalam kombinasi jumlah tak terbatas gelombang sinus sederhana dengan frekuensi terus menerus, frekuensi yang nilai nyata. Contoh 3.8 Gambar menunjukkan sinyal komposit periodik dengan frekuensi f. Jenis sinyal tidak khas yang ditemukan dalam komunikasi data. Kita bisa menganggapnya sebagai tiga sistem alrm, masing-masing dengan frekuensi yang berbeda. Analisis sinyal ini dapat memberi kita pemahaman yang baik tentang bagaimana membusuk sinyal. Gambar 3.9 Sebuah sinyal periodik komposit

Sangat sulit untuk secara manual membusuk sinyal ini menjadi serangkaian gelombang sinus sederhana. Namun, Ada alat, baik hardware dan software, yang dapat membantu kita melakukan pekerjaan. Kami tidak peduli bagaimana hal itu dilakukan, kita hanya tertarik pada hasil. Gambar 3.10 menunjukkan hasil dekomposisi sinyal di atas pada kedua waktu dan domain frekuensi. Amplitudo dari gelombang sinus dengan frekuensi f hampir sama dengan amplitudo puncak dari sinyal komposit.Amplitudo dari gelombang sinus dengan frekuensi 3f adalah sepertiga dari yang dari yang pertama, dan amplitudo dari gelombang sinus dengan frekuensi 9f adalah sepersembilan dari yang pertama. Frekuensi Gambar 3.10 Dekomposisi sinyal periodik komposit dalam waktu dan frekuensi domain

Dari gelombang sinus dengan frekuensi f adalah sama dengan frekuensi jika sinyal data komposit, akan tetapi disebut frekuensi dasar, atau pertama harmonis. Gelombang sinus dengan 3f frekuensi memiliki frekuensi 3 kali frekuensi dasar, hal itu disebut harmonik ketiga.Gelombang sinus dengan frekuensi thisrd 9f das frekuensi 9 kali frekuensi dasar, hal itu disebut harmonik kesembilan. Perhatikan bahwa dekomposisi frekuensi sinyal descrete, ia memiliki frekuensi f, 3f, dan 9f.Karena f adalah jumlah integral, 3f dan 9f juga jumlah integral. Tidak ada frekuensi seperti 1.2f atau 2.6f. domain frekuensi jika sinyal komposit periodik selalu terbuat dari paku diskrit. Contoh 3.9

Gambar 3.11 menunjukkan sinyal komposit nonperiodik. Hal ini dapat sinyal dibuat oleh mikrofon atau satu set telepon ketika aword dua diucapkan. Dalam hal ini, sinyal komposit tidak dapat periodik, karena itu berarti bahwa kita repcating kata yang sama atau kata-kata dengan nada yang sama persis. Gambar 3.11 Waktu dan domain frekuensi sinyal nonperidic

Dalam representasi waktu-domain ini signla komposit, ada jumlah tak terbatas frekuensi sinus sederhana. Meskipun jumlah frekuensi dengan suara manusia adalah tak terbatas, kisaran terbatas. Seorang manusia normal dapat membuat berbagai berkesinambungan frekuensi beteen 0 dan 4 kHz. Perhatikan Bahwa dekomposisi frekuensi signla menghasilkan kurva kontinu. Ada jumlah tak terbatas frekuensi antara 0,0 dan 4000.0 (nilai riil). Untuk menemukan amplitudo yang berhubungan dengan frekuensi f, kita menarik garis vertikal pada f interesect kurva amplop. Ketinggian dari garis vertikal adalah amplitudo frekuensi yang sesuai.

Bandwidth Kisaran frekuensi yang terkandung dalam sinyal acomposite adalah bandwidth nya. Bandwidth biasanya perbedaan antara dua nomor. Sebagai contoh, jika sinyal komposit berisi frekuensi antara 1000 dan 5000, bandwidth adalah 5000-1000, atau 4000.

Gambar 3.12 menunjukkan konsep bandwidth. Angka decipts dua sinyal komposit, satu nonperiodik periodik dan lainnya. Bandwidth dari sinyal periodik mengandung semua frekuensi integer antara 1000 dan 5000 (1000,1001,1002, ...). Bandwidth dari sinyal nonperiodik memiliki kisaran yang sama, tetapi frekuensi yang kontinu.

Gambar 3.12 nonperiodik

bandwidth

dari

sinyal

komposit

periodik

dan

Contoh 3.10 Jika sinyal periodik diurai menjadi lima gelombang sinus dengan frekuensi 100, 300 500, 700, dan 900 Hz, apa bandwidth? Menggambar spektrum, dengan asumsi semua komponen memiliki amplitudo maksimum 10 V. Solustion Kiri fh adalah frekuensi tertinggi, frekuensi fl adalah frekuensi terendah, dan B bandwidth.Lalu B = fh - fl = 900-100 = 800 Hz Spektrum hanya memiliki lima paku, di 100, 300, 500, 700, dan 900 Hz (lihat gambar 3.13).

Gambar 3.13 Bandwidth misalnya 3.10

Contoh 3.11 Sebuah sinyal periodik memiliki bandwidth 20 Hz. Frekuensi tertinggi adalah 60 Hz. Berapa frekuensi terendah? Menggambar spektrum jika sinyal berisi semua frekuensi amplitudo yang sama. Solusi Misalkan fh adalah bandwidth.Lalu frekuensi tertinggi, fl frekuensi terendah, dan B

B = fh - fl 20 = 60 - fl fl = 60-20 = 40 Hz Spektrum ini berisi semua frekuensi integer. Kami menunjukkan hal ini dengan serangkaian paku (lihat gambar 3.14) Gambar 3.14 bandwidth misalnya 3,11

Contoh 3.12 Sebuah sinyal komposit nonperiodik memiliki bandwidth 200 kHz, dengan frekuensi tengah 140 kHz dan amplitudo puncak 20 V. dua frekuensi ekstrim memiliki amplitudo 0. Gambarkan domain frekuensi dari sinyal. Solusi

Frekuensi terendah harus pada 40 kHz dan tertinggi pada 240 kHz. Gambar 3.15 menunjukkan domain frekuensi dan bandwidth. Gambar 3.15 bandwidth misalnya 3.12

Contoh 3.13 Contoh dari sinyal komposit nonperiodik adalah sinyal yang disebarkan oleh sebuah stasiun radio Am.Di negara Serikat, setiap stasiun radio AM ditugaskan bandwidth 10-kHz. Total bandwidth yang didedikasikan untuk AM rentang radio dari 530 sampai 1700 kHz. Kami akan menunjukkan alasan di balik ini bandwidth yang 10-kHz dalam bab 5. Contoh 3.14 Contoh lain dari sinyal komposit nonperiodik adalah sinyal yang disebarkan oleh sebuah stasiun radio FM. Di Amerika Serikat, setiap stasiun radio FM diberikan bandwidth 200-kHz. Total bandwidth yang didedikasikan untuk radio FM berkisar 88-108 MHz. Kami akan menunjukkan alasan di balik ini bandwith 200-kHz dalam bab 5. Contoh 3.15 Contoh lain dari sinyal komposit nonperiodik adalah sinyal yang diterima oleh sebuah TV kuno hitam putih analog. ATV layar terdiri dari piksel (elemen gambar) dengan masing-masing pixel menjadi putih atau hitam. Layar dipindai 30 IMES t per detik. (Scanning sebenarnya 60 kali per detik, tetapi garis-garis aneh di-scan dalam satu putaran dan bahkan baris di depan dan kemudian disisipkan.)Jika kita mengasumsikan resolusi 525 x 700 (525 garis vertikal dan 700 garis horizontal), yang merupakan rasio 3:4, kita memiliki 367.500 pixel per layar. Jika kita memindai layar 30 kali per detik, ini adalah 367.500 x 30 = 11.025.000 piksel per detik. Skenario terburuk adalah bolak-balik piksel hitam dan putih,. Dalam hal ini, kita perlu untuk mewakili satu warna dengan amplitudo minimum dan warna lain dengan amplitudo maksimal. Kita bisa

mengirim 2 pixel per siklus. Oleh karena itu, kita perlu 11.025.000 / 2 = 5.512.500 siklus per detik, atau Hz. Bandwidth yang dibutuhkan adalah 5,5124 MHz. Ini skenario terburuk telah seperti probabilitiy rendah kejadian bahwa asumsi adalah bahwa kita hanya perlu 70 persen dari bandwidth ini, yang merupakan 3,85 MHz. Karena sinyal audio dan sinkronisasi juga diperlukan.Sebuah bandwidth 4-MHz telah disisihkan untuk setiap saluran TV hitam dan putih. Saluran warna analog TV memiliki bandwidth 6-MHz.

3.3 DIGITAL SINYAL Selain diwakili oleh sebuah sinyal analog, informasi juga dapat direpresentasikan oleh sinyal digital. Misalnya, 1 dapat dikodekan sebagai tegangan positif dan 0 sebagai tegangan nol. Sinyal digital dapat memiliki lebih dari dua tingkat. Dalam hal ini, kita dapat mengirim lebih dari 1 bit untuk setiap tingkat. Gambar 3.16 menunjukkan dua sinyal, satu dengan dua tingkat dan yang lainnya dengan dua tingkat dan yang lainnya dengan empat. Gambar 3.16 dua sinyal digital: satu dengan dua tingkat sinyal dan yang lainnya dengan empat tingkat sinyal

Kami mengirim 1 bit per tingkat sebagian merupakan tokoh dan 2 bit per tingkat di b bagian dari gambar. Secara umum, jika sinyal memiliki kadar L, tingkat kebutuhan masing-masing log2 bit L.

Contoh 3.16 Sinyal digital memiliki delapan tingkat. Berapa banyak bit yang diperlukan per tingkat? kami menghitung jumlah bit dari rumus Jumlah bit per level = log2 8 = 3 Setiap tingkat sinyal diwakili oleh 3 bit. Contoh 3.17 Sinyal digital ini memiliki sembilan tingkat. Berapa banyak bit yang diperlukan per tingkat? kami menghitung jumlah bit dengan menggunakan formula. Setiap tingkat sinyal diwakili oleh 3,17 bit. Namun, jawaban ini tidak realistis. Jumlah bit yang dikirim per tingkat harus integer serta kekuatan 2. Untuk contoh ini, 4 bit dapat mewakili satu tingkat. Bit Rate Kebanyakan sinyal digital nonperiodik, dan dengan demikian periode dan frekuensi tidak karakteristik yang sesuai. Lain tingkat jangka-bit (bukan frekuensi)-digunakan untuk menggambarkan sinyal digital. Bit rate adalah jumlah bit dikirim dalam 1s, dinyatakan dalam bit per detik (bps). Gambar 3.16 menunjukkan tingkat bit untuk dua sinyal. Contoh 3.18 Asumsikan kita perlu men-download dokumen teks dengan kecepatan 100 halaman per menit. Berapakah tarif diperlukan sedikit saluran? Solusi Halaman adalah rata-rata 24 baris dengan 80 karakter dalam setiap baris. Jika kita mengasumsikan bahwa satu requirers karakter 8 bit, kecepatan bit adalah 100 x 24 x 80 x 8 = 1.636.000 bps = 1.636 Mbps

Contoh 3.19 Sebuah kanal suara digital, seperti akan kita lihat dalam bab 4, dibuat oleh digitalisasi sinyal 4-kHz bandwidth yang suara analog. Kita perlu untuk sampel sinyal pada dua kali frekuensi tertinggi (dua sampel per hertz). Kita berasumsi bahwa sampel masing-masing membutuhkan 8 bit. Apakah bit rate yang dibutuhkan? Solusi Bit rate dapat dihitung sebagai 2 x 4000 x 8 = 64.000 bps = 64 kbps Contoh 3.20 Bagaimana tingkat bit untuk high-definition TV (HDTV)? Solusi HDTV menggunakan sinyal digital untuk menyiarkan sinyal video berkualitas tinggi. Layar HDTV biasanya rasio 16:9 (berbeda dengan 4:3 untuk TV biasa), yang berarti layar lebih lebar.Ada 1920 oleh 1080 piksel per layar, dan layar diperbarui 30 kali per detik. Dua puluh empat bit mewakili satu pixel warna. Kita dapat menghitung laju bit. 1920 x 1080 x 30 x 24 = 1492992000 atau 1,5 Gbps Stasiun TV mengurangi tingkat ini untuk 20 sampai 40 Mbps melalui kompresi. Bit Panjang Kami membahas konsep dari panjang gelombang untuk sinyal analog: sedikit satu disctance menempati pada media transmisi. Bit panjang = kecepatan propagasi x durasi bit

Digital Signal sebagai Sinyal Analog Komposit Berdasarkan analisis Fourier, sinyal digital adalah komposit analog digital. Bandwidth tak terbatas, karena Anda mungkin telah menduga. Kami secara

intuitif dapat datang dengan konsep ini ketika kita mempertimbangkan sinyal digital. Sebuah sinyal digital, dalam domain waktu, terdiri terhubung segmen garis vertikal dan horisontal. Sebuah garis vertikal dalam domain waktu berarti frekuensi tak terhingga (perubahan mendadak dalam waktu); garis horizontal dalam domain waktu berarti frquency dari nol (tidak ada perubahan dalam waktu).Pergi dari frekuensi nol untuk frekuensi tak terhingga (dan sebaliknya) berarti semua frekuensi di antara adalah bagian dari domain. Analisis Fourier dapat digunakan untuk menguraikan sinyal digital. Jika sinyal digital adalah periodik, yang jarang dalam komunikasi data, didekomposisi menulis sinyal memiliki representasi frekuensi-domain dengan bandwidth yang infinitie dan frekuensi diskrit. Jika sinyal digital adalah nonperiodik, sinyal pengomposan masih memiliki bandwidth yang tak terbatas tetapi frekuensi yang kontinu. Gambar 3.17 menunjukkan periodik dan sinyal digital nonperiodik dan bandwidth mereka Gambar 3.17 domain waktu dan frekuensi sinyal digital periodik dan nonperiodik

Perhatikan bahwa kedua bandwidth yang tak terbatas, tapi sinyal periodik memiliki frekuensi diskrit sementara sinyal nonperiodik memiliki frekuensi yang kontinu. Pengiriman sinyal digital

Uraian di atas menegaskan bahwa sinyal digital, periodik atau nonperiodik, adalah sinyal komposit analog dengan frekuensi antara nol dan tak terhingga. Untuk sisa diskusi, mari kita perhatikan kasus ti digital nonperiodik, sinyal serupa yang kita hadapi dalam data communicatio ns.Pertanyaan mendasar adalah, bagaimana kita bisa mengirim sinyal digital dari titik A ke titik B? kami dapat mengirimkan sinyal digital dengan menggunakan salah satu dari dua pendekatan yang berbeda: baseband transmisi atau transmisi broadband (menggunakan modulasi).

Baseband transmisi Transmisi Baseband berarti mengirimkan sinyal digital melalui saluran tanpa mengubah sinyal digital ke sinyal analog. Gambar 3.18 menunjukkan transmisi baseband.

Transmisi Baseband mengharuskan kita memiliki saluran low-pass, sebuah saluran dengan bandwidth yang dimulai dari nol.Ini adalah kasus jika kita memiliki media khusus dengan bandwidth merupakan onlu satu saluran. Sebagai contoh, seluruh bandwidth kabel yang menghubungkan dua komputer adalah salah satu saluran tunggal. Sebagai contoh lain, kita dapat menghubungkan beberapa komputer ke bus, tapi tidak memungkinkan lebih dari dua stasiun untuk berkomunikasi pada satu waktu. Sekali lagi kita memiliki saluran low-pass, dan kita dapat menggunakannya untuk komunikasi baseband. Gambar 3.19 menunjukkan dua low-pass saluran: satu dengan bandwidth yang sempit dan yang lainnya dengan bandwidth yang lebar.Kita perlu ingat bahwa saluran low-pass dengan bandwidth tak terbatas adalah

kesepakatan, buth kita tidak dapat memiliki saluran adalah kehidupan nyata. Namun, kami bisa mendekati. Gambar 3.19 bandwidth dari dua low-pass saluran

Mari kita belajar dua kasus komunikasi baseband, sebuah saluran low-pass dengan bandwidth yang lebar dan satu dengan bandwidth terbatas. Kasus 1: Low-Pass Channel dengan bandwith yang besar Jika kita ingin mempertahankan bentuk yang tepat dari sinyal digital nonperiodik dengan segmen vertikal segmen vertikal dan horizontal horizontal, kita perlu mengirim seluruh spektrum, kisaran berkesinambungan frekuensi antara nol dan infinty. Hal ini dimungkinkan jika kita memiliki media khusus dengan bandwidth yang tak terbatas antara pengirim dan penerima yang melindungi amplitudo yang tepat dari setiap komponen dari sinyal komposit.Meskipun ini mungkin menjadi mungkin di dalam komputer (misalnya, antara CPU dan memori), tidak mungkin antara dua perangkat.Untungnya, amplitudo dari frekuensi di perbatasan bandwidth sangat kecil bahwa mereka dapat diabaikan. Ini berarti bahwa jika kita memiliki media, seperti kabel koaksial atau serat optik, dengan bandwidth yang sangat lebar, dua stasiun dapat berkomunikasi dengan menggunakan sinyal digital dengan akurasi yang sangat baik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.20. Perhatikan bahwa f 1 adalah mendekati nol, dan f 2 adalah sangat tinggi. Gambar 3.20 transmisi Baseband menggunakan media khusus

Meskipun sinyal keluaran tidak replika yang tepat dari sinyal asli, data masih dapat disimpulkan dari sinyal yang diterima. Perhatikan bahwa meskipun beberapa frekuensi yang diblokir oleh media, mereka tidak kritis.

Contoh 3.21 Contoh saluran khusus di mana seluruh bandwidth medium digunakan sebagai salah satu saluran tunggal adalah LAN. Hampir setiap kabel LAN saat ini menggunakan saluran khusus untuk dua stasiun berkomunikasi satu sama lain.Pada bus topologi LAN dengan koneksi multipoint, hanya dua stasiun dapat berkomunikasi satu sama lain pada setiap saat dalam waktu (time sharing); stasiun lainnya perlu menahan diri dari mengirim data. Dalam topologi bintang LAN, seluruh saluran antara setiap stasiun dan hub digunakan untuk komunikasi antara dua enties. Kita mempelajari LAN dalam Bab 14. Kasus 2: Low-Pass Channel dengan bandwidth yang terbatas Dalam saluran low-pass dengan bandwidth terbatas, kami perkiraan sinyal digital dengan sinyal analog. Tingkat pendekatan tergantung pada bandwidth yang tersedia. Aproksimasi kasar mari kita asumsikan bahwa kita memiliki sinyal digital dari N bit rate. Jika kita ingin mengirim sinyal analog ke sekitar mensimulasikan sinyal ini, kita perlu mempertimbangkan kasus terburuk, anggota maksimum perubahan dalam sinyal digital.Hal ini terjadi ketika sinyal membawa urutan 01010101 ... atau urutan 10101010 ....Untuk mensimulasikan dua kasus, kita perlu sebuah sinyal analog frekuensi f = N / 2.Biarkan 1 menjadi nilai puncak positif dan 0 adalah nilai puncak negatif. Kami mengirim 2 bit dalam setiap siklus; frekuensi dari sinyal analog adalah setengah dari bit rate, atau N / 2. Namun, hanya frekuensi ini seseorang tidak bisa membuat semua pola, kita perlu lebih banyak komponen. Frekuensi maksimum adalah N / 2. Sebagai contoh dari konsep ini, mari kita lihat

bagaimana sinyal digital dengan pola 3-bit dapat disimulasikan dengan menggunakan sinyal analog. Gambar 3.21 menunjukkan ide. Dua kasus serupa (000 Dan 111) disimulasikan dengan sinyal dengan frekuensi f = 0 dan fase 180 0 untuk 000 dan fase 0 0 untuk 111.Dua kasus terburuk (010 dan 101) disimulasikan dengan sinyal analog dengan frekuensi f = N / 2 dan fase 180 0 dan 0 0.Empat kasus lainnya hanya dapat disimulasikan dengan sinyal analog dengan f = N / 4 dan fase 180 0, 270 0, 90 0, dan 0 0.Dengan kata lain, kita membutuhkan saluran yang dapat menangani frekuensi 0, N / 4, dan N / 2. Ini pendekatan kasar disebut sebagai menggunakan harmonik pertama (N / 2) frekuensi. Bandwidth yang dibutuhkan adalah Bandwidth =

Gambar 3.21 perkiraan kasar dari sinyal digital menggunakan harmonik pertama untuk kasus terburuk

Dipakai adalah pendekatan yang lebih baik Untuk membuat bentuk sinyal analog terlihat lebih seperti itu dari sinyal digital, kita perlu menambahkan harmonik lebih dari frekuensi. Kita perlu meningkatkan bandwidth. Kita dapat meningkatkan bandwidth untuk 3 N / 2, 5 N / 2, 7 N / 2, dan sebagainya.Gambar 3.22 menunjukkan efek dari peningkatan ini untuk salah satu kasus terburuk, pola 010. Gambar 3.22 simulasi sinyal digital dengan tiga harmonik pertama

Perhatikan bahwa kami telah menunjukkan hanya frekuensi tertinggi untuk setiap harmonis. Kami menggunakan, harmonik pertama ketiga, dan kelima. Bandwidth yang diperlukan dalam sekarang 5 N / 2.Seperti telah kita tekankan, sebelum kita perlu ingat bahwa bandwidth yang diperlukan sebanding dengan bit rate. Dengan menggunakan metode ini, Tabel 3.2 menunjukkan berapa banyak bandwidth kita perlu mengirim data pada tingkat yang berbeda.

Tabel 3.2 Bandwidth persyaratan Bit Harmonis Tinjauan 1 n = 1 kbps B = 500 Hz n = 10 kbps B = 5 kHz n = 100 B = 50 kHz kbps Contoh 3.22 Harmonis 1-3 B = 1,5 kHz B = 15 kHz B = 150 kHz Harmonik 1, 3, 5 B = 2,5 kHz B = 25 kHz B = 250 kHz

Apakah bandwidth yang diperlukan dari saluran low-pass jika kita perlu mengirim 1 Mbps dengan menggunakan base-band transmisi? Solusi Jawabannya tergantung pada keakuratan yang diinginkan. a. Bandwidth minimum, approximatetion kasar, adalah B = bit rate l 2, atau 500 kHz. Kita membutuhkan saluran low-pass dengan frquencies antara 0 dan 500 kHz b.Sebuah hasil yang lebih baik bisa kita dapatkan dengan menggunakan pertama dan harmonik ketiga dengan bandwidth yang dibutuhkan B = 3 x 500 kHz = 1,5 Mhz. c.Namun hasil yang lebih baik bisa kita dapatkan dengan usning itu, harmonik pertama ketiga, dan kelima dengan B = 5 x 500 kHz = 2,5 MHz.

Contoh 3.23 Kami memiliki saluran low-pass dengan bandwidth 100 kHz. Bagaimana tingkat bit maksimum dari saluran ini? Solusi Bit rate maksimum dapat kita dapatkan jika kita menggunakan harmonik pertama. Kecepatan bit adalah 2 kali bandwidth yang tersedia, atau 200 kbps.

Transmisi broadband (Menggunakan Modulation) Broadband transmisi atau modulasi berarti mengubah sinyal digital ke sinyal analog untuk transmisi. Modulasi alllows kita untuk menggunakan saluransaluran bandpass dengan bandwidth yang tidak dimulai dari nol. Jenis saluran lebih tersedia daripada saluran low-pass. Gambar 3.23 menunjukkan saluran bandpass. Gambar 3.23 Bandwidth saluran bandpass

Perhatikan bahwa saluran low-pass dapat dianggap sebagai saluran bandpass dengan frekuensi yang lebih rendah mulai dari nol. Gambar 3.24 menunjukkan modulasi dari sinyal digital.Dalam gambar, sinyal digital dikonversi menjadi sinyal analog komposit. Kami telah menggunakan sinyal frekuensi tunggal analog (disebut cariier a); amplitudo dari carrier telah chaged terlihat seperti sinyal digital. Hasilnya, bagaimanapun, tidak sinyal frekuensi tunggal, yang merupakan sinyal komposit, seperti akan kita lihat dalam bab 5. Pada penerima, sinyal analog yang diterima diubah ke digital, dan hasilnya adalah replika dari apa yang telah dikirim.

Gambar 3.24 Modulasi dari sinyal digital untuk ditransmisikan pada saluran bandpass

Contoh 3.24 Contoh dari transmisi broadband menggunakan modulasi adalah pengiriman data komputer melalui subscriber line telepon, garis yang menghubungkan penduduk ke kantor sentral telepon. Garis-garis ini, dipasang beberapa tahun yang lalu, dirancang untuk membawa suara (sinyal analog) dengan bandwidth terbatas (frekuensi antara 0 dan 4 kHz). Meskipun kusam ini dapat digunakan sebagai saluran low-pass, biasanya dianggap sebagai saluran bandpass. Salah satu alasannya adalah bahwa bandwidth yang begitu sempit (4kHz) bahwa jika kita memperlakukan saluran serendah-pass dan menggunakannya untuk transmisi baseband, bit rate maksimum dapat hanya 8 kbps. Solusinya adalah dengan mempertimbangkan saluran saluran bandpass, mengkonversi sinyal digital dari komputer menjadi sinyal analog, dan mengirimkan sinyal analog. Kita dapat menginstal dua konverter untuk mengubah sinyal digital ke analog dan sebaliknya di sisi penerima. Konverter, dalam hal ini, disebut modem (modullator / demodulator), yang kita bahas secara rinci dalam bab 5. Contoh 3.25 Contoh kedua adalah telepon selular digital. Untuk penerimaan yang lebih baik, telepon selular digital mengubah sinyal suara analog ke sinyal digital (lihat bab 16).Meskipun bandwidth yang dialokasikan ke perusahaan yang menyediakan layanan telepon digital selular sangat luas, kita masih tidak dapat mengirim sinyal digital tanpa konversi.Alasannya adalah bahwa kita hanya memiliki saluran bandpass tersedia antara Celler dan callee. Sebagai contoh, jika bandwidth yang tersedia adalah W dan kita membiarkan 1000 pasangan untuk berbicara secara bersamaan, ini berarti saluran yang tersedia adalah W/1000, hanya pasrt dari seluruh bandwidth. Kita perlu mengkonversi suara digital ke sinyal komposit analog sebelum pengiriman. Telepon seluler digital mengkonversi sinyal audio analog ke digital dan kemudian mengubahnya kembali ke analog untuk transmisi melalui saluran bandpass.

3.4 TRANSMISI PENURUNAN NILAI Sinyal perjalanan media transmisi thorugh, yang tidak sempurna. Ketidaksempurnaan tersebut menyebabkan gangguan sinyal. Ini berarti bahwa sinyal pada awal medium yang nit sama dengan sinyal pada akhir medium. Apa yang dikirim tidak apa yang dikirim adalah bukan apa yang diterima. Tiga penyebab penurunan adalah atenuasi, distorsi, dan kebisingan (lihat gambar 3.25).

Gambar 3.25 penyebab penurunan

Atenuasi Atenuasi berarti kehilangan energi. Ketika sinyal, sederhana atau komposit, bergerak melalui media, ia kehilangan sebagian energinya dalam mengatasi hambatan dari medium. Itulah sebabnya kawat yang membawa sinyal-sinyal listrik menjadi hangat, jika tidak panas, setelah beberapa saat. Beberapa energi listrik dalam sinyal diubah menjadi panas. Untuk mengkompensasi kerugian ini, amplifier digunakan untuk memperkuat sinyal. Gambar 3.26 menunjukkan efek atenuasi dan amplifikasi. Gambar 3.26 Atenuasi

Desibel Untuk menunjukkan bahwa sinyal telah hilang atau bertambah kekuatan, insinyur menggunakan satuan desibel tersebut. Desibel (dB) mengukur kekuatan relatif dari dua sinyal atau satu sinyal pada dua titik berbeda. Perhatikan bahwa desibel adalah negatif jika sinyal dilemahkan dan positif jika sinyal yang diperkuat. dB = 10 log10

Variabel P1 dan P2 adalah kekuatan sinyal pada poin 1 dan 2, respecticely.Perhatikan bahwa beberapa buku teknik mendefinisikan desibel dalam hal Volatage bukan kekuasaan. Dalam hal ini, karena daya propportional dengan kuadrat tegangan, rumusnya adalah dB = 20 log 10 (V2/V1).Dalam teks ini, kami menyatakan dB dalam hal kekuasaan. Contoh 3.26 Misalkan sinyal bergerak melalui media transmisi dan kekuatannya berkurang sampai setengah. Ini berarti bahwa P 2 = P 1.Dalam hal ini, atenuasi (kehilangan daya) dapat dihitung sebagai 10 log 10 P 2 / P 1 = 10Log 10 (0.5P 1 / P 1) = 10 log 10 0,5 = 10 (-0,3) = -3 dB Hilangnya 3 dB (-3 dB) adalah setara dengan kehilangan setengah daya.

Contoh 3.27 Sebuah sinyal perjalanan melalui amplifier, dan kekuatannya meningkat 10 kali. Ini berarti bahwa P 2 = 10P 1.Dalam hal ini, amplifikasi (keuntungan kekuasaan) dapat dihitung sebagai. 10 log 10 P 2 / P 1 = 10Log 10 (10P 1 / P 1) = 10 log 10 10 = 10 (1) = 10 dB Contoh 3.28 Salah satu alasan bahwa insinyur menggunakan desibel untuk mengukur perubahan kekuatan sinyal adalah bahwa nomor desibel dapat ditambahkan (atau dikurangi) ketika kita mengukur poin severals (cascading) bukan hanya dua. Dalam gambar 3.27 sinyal perjalanan dari titik 1 ke titik 4. Sinyal dilemahkan pada saat mencapai titik 2. Antara poin 2 dan 3, sinyal diperkuat. A gain, antara titik 3 dan 4, sinyal dilemahkan. Kita dapat menemukan nilai desibel yang dihasilkan untuk sinyal hanya dengan menambahkan pengukuran desibel antara setiap set poin.

Gambar 3.27 Decibel misalnya 3.28

Dalam hal ini, nilai desibel dapat dihitung sebagai dB = -3 + 7 - 3 = +1 Sinyal telah mendapatkan berkuasa. Contoh 3.29 Kadang-kadang desibel yang digunakan untuk mengukur kekuatan sinyal di miliwatts. Dalam hal ini, itu dirujuk sebagai dB m dan dihitung sebagai dB m = 10 m LOD 10 P dimana P m adalah daya dalam miliWats.Menghitung kekuatan sinyal jika dB nya m = -30. Solusi Kita dapat menghitung daya pada sinyal sebagai dB m = 10Log 10 P m = -30 log 10 P m = -3 m = P mW 10 -3 contoh 3.30 Kerugian kabel biasanya menentukan dalam desibel per kilometer (dB / km). Jika sinyal pada awal kabel dengan -0,3 dB / km memiliki kekuatan 2 mW, apa kekuatan sinyal pada 5 km? Solusi Kerugian di kabel di decibles adalah 5 x (-0.3) = -15 dB. Kita dapat dihitung daya sebagai dB m = 10Log 10 P2/P1 = -1.5 P2/P1 = 10 -0.15 = 0,71 P2 = 1 0.71P = 0,7 x 2 = 1,4 mW Penyimpangan

Distorsi berarti bahwa sinyal perubahan dari perusahaan atau bentuk. Distorsi dapat terjadi pada sinyal komposit yang terbuat dari frekuensi yang berbeda. Setiap komponen memiliki sinyal propagasi sendiri kecepatan (lihat bagian berikutnya) melalui media dan, karenanya, penundaan sendiri dalam mencapai tujuan akhir. Perbedaan penundaan dapat membuat perbedaan dalam fase penundaan itu tidak persis sama dengan durasi periode. Dengan kata lain, sinyal komponen pada penerima memiliki fase yang berbeda dari apa yang mereka miliki di pengirim. Bentuk dari sinyal komposit karena itu tidak sama. Gambar 3.28 menunjukkan efek distorsi pada sinyal komposit. Gambar 3.28 Distorsi

Kebisingan Kebisingan adalah penyebab lain dari penurunan nilai. Beberapa jenis kebisingan, seperti thermal noise, kebisingan yang disebabkan, crosstalk, dan noise impuls, mungkin sorrupt sinyal. Thermal noise adalah gerak acak elcetron dalam kawat yang menciptakan sinyal ekstra awalnya tidak dikirimkan oleh pemancar. Kebisingan yang disebabkan berasal dari sumber seperti motor dan peralatan. Perangkat ini bertindak sebagai antena pengirim, dan media transmisi bertindak sebagai antena penerima. Crosstalk adalah efek dari satu kawat di sisi lain. Satu kawat bertindak sebagai antena pengirim dan yang lain sebagai antena penerima. Impulse noise adalah lonjakan (sinyal dengan energi tinggi dalam waktu yang sangat pendek) yang berasal dari jaringan listrik, petir, dan sebagainya. Gambar 3.29 menunjukkan efek noise pada sinyal. Kami membahas kesalahan dalam Bab 10. Gambar 3.29 Kebisingan

Signal-to-Noise Ratio (SNR) Seperti yang akan kita lihat nanti, untuk menemukan menemukan batas bit rate teoritis, kita perlu tahu rasio dari daya sinyal dengan daya noise. Rasio sinyal-noise didefinisikan sebagai SNR =

Kita perlu mempertimbangkan daya sinyal rata-rata dan kekuatan suara rata-rata karena ini dapat berubah dengan waktu.Gambar 3.30 menunjukkan ide SNR. SNR sebenarnya rasio apa yang diinginkan (sinyal) untuk apa yang tidak diinginkan (noise).Sebuah SNR tinggi berarti sinyal kurang rusak oleh kebisingan; SNR yang rendah berarti sinyal lebih rusak oleh kebisingan. Karena SNR adalah rasio dari dua kekuatan, sering digambarkan dalam satuan desibel, SNR dB, yang didefinisikan sebagai SNR dB SNR = 10Log10 Contoh 3.31 Kekuatan sinyal adalah 10 mW dan kekuasaan jika kebisingan 1 W; apa nilai SNR dan SNR dB? Gambar 3.30 Dua kasus SNR, SNR yang tinggi SNR yang rendah

Solusi Nilai SNR dan SNR dB dapat dihitung sebagai berikut: SNR = SNR dB = 10Log 10 10.000 = 10 log 10 10 4 = 40 Contoh 3.32 Nilai SNR dan SNR dB untuk saluran bersuara adalah SNR =

SNR = 10 log 10 = Kami tidak pernah dapat mencapai rasio ini dalam kehidupan nyata, itu adalah ideal.

3.5 DATA RATE BATAS Sebuah pertimbangan yang sangat penting dalam komunikasi data adalah seberapa cepat kita dapat mengirim data, dalam bit per detik, lebih dari saluran. Data rate tergantung pada tiga faktor: 1. Bandwidth yang tersedia 2. Tingkat sinyal kita menggunakan 3.Kualitas saluran (tingkat kebisingan) Dua rumus teoritis dikembangkan untuk menghitung data rate: satu per Nyquist untuk saluran bersuara, lain dengan shannon untuk saluran berisik. Saluran tak bersuara; Nyquist Bit rate Untuk bersuara, bit Nyquist rumus tingkat mendefinisikan tingkat maksimum bit teoritis BitRate = 2 x bandwidth yang x log 2 L

Dalam rumus ini, bandwidth adalah bandwidth saluran, L adalah jumlah tingkat sinyal yang digunakan untuk mewakili data, dan BitRate adalah bit rate dalam bit per detik. Menurut rumus, kita mungkin berpikir bahwa, mengingat bandwidth tertentu, kita bisa memiliki bit rate yang kita inginkan dengan meningkatkan jumlah tingkat sinyal.Ide Altough secara teoritis benar, praktis ada batasnya.Ketika kita meningkatkan jumlah tingkat sinyal, kita memaksakan beban pada receiver. Jika jumlah tingkatan dalam sinyal hanya 2, penerima dapat dengan mudah membedakan antara 0 dan 1. Jika tingkat sinyal adalah 64, penerima harus sangat canggih untuk membedakan antara 64 tingkat yang berbeda. Dengan kata lain, meningkatkan tingkat sinyal mengurangi keandalan sistem. Contoh 3.33 Apakah teorema Nyquist bit rate setuju dengan bit rate intuitif menjelaskan secara tranmisi baseband? Solusi Mereka cocok ketika kita hanya memiliki dua tingkat. Kami mengatakan, dalam tranmisi baseband, kecepatan bit adalah 2 kali bandwidth jika kita hanya menggunakan harmonik pertama dalam kasus terburuk. Namun, rumus Nyquist lebih umum dari apa yang kita diperoleh secara intuitif, yang dapat diterapkan untuk transmisi baseband dan modulasi. Selain itu, dapat diterapkan ketika kita memiliki dua atau lebih tingkat sinyal. Contoh 3,34 Pertimbangkan saluran bersuara dengan bandwidth 3000 Hz transmisi sinyal dengan dua tingkat sinyal. Bit rate maksimum dapat dihitung sebagai BitRate = 2 x 3000 x log2 2 = 6000 bps Contoh 3,35 Pertimbangkan saluran bersuara sama transmisi sinyal dengan empat tingkat sinyal (untuk setiap tingkat, kami mengirimkan 2 bit). Bit rate maksimum dapat dihitung sebagai BitRate = 2 x 3000 x log2 4 = 12.000 bps Contoh 3,36

Kita perlu mengirim 265 kbps melalui saluran tanpa suara dengan bandwidth 20 kHz. Berapa banyak tingkat sinyal yang kita butuhkan?

Solusi Kita dapat menggunakan rumus Nyquist seperti yang ditunjukkan: 265.000 = 2 x 20.000 x log 2 L Log 2 L = 6,625 L = 6,625 = 98,7 2 tingkat Karena hasil ini bukan kekuatan 2, kita perlu baik meningkatkan jumlah level atau mengurangi bit rate. Jika kita memiliki 128 tingkat, kecepatan bit adalah 280 kbps. Jika kita memiliki 64 tingkat, kecepatan bit adalah 240 kbps.

Noise(berisik) Channel: Shannon Kapasitas Pada kenyataannya, kita tidak bisa memiliki saluran bersuara; kusam selalu berisik. Pada tahun 1994, Claude Shannon memperkenalkan formula, disebut kapasitas Shannon, untuk menentukan data rate teoritis tertinggi untuk untuk saluran bising: Kapasitas = bandwidth x log 2 (1 + SNR) Dalam rumus ini, bandwidth bandwidth yang kusam, SNR adalah sinyal-to noise rasio, dan kapasitas adalah kapasitas saluran dalam bit per detik.Perhatikan bahwa dalam rumus Shannon tidak ada indikasi tingkat sinyal, yang berarti bahwa tidak peduli berapa tingkat yang kita miliki, kita tidak bisa mencapai hal data rate lebih tinggi dari kapasitas saluran. Dengan kata lain, rumus mendefinisikan karakteristik cahnnel, bukan metode transmisi. Contoh 3,37 Pertimbangkan sebuah saluran yang sangat berisik di mana nilai dari rasio signal-to noise hampir nol. Dengan kata lain, suara begitu kuat sehingga sinyal pingsan. Untuk saluran ini C kapasitas dihitung sebagai C = B log 2 (1 + SNR) = B log 2 (1 + 0) = Blog 2 1 = B x 0 = 0

Ini berarti bahwa kapasitas saluran ini adalah nol terlepas dari bandwidth.Dengan kata lain, kita tidak dapat menerima data melalui saluran ini. Contoh 3,38 Kita bisa menghitung bit rate tertinggi teoritis saluran telepon biasa. Sebuah telepon biasanya memiliki bandwidth 3000 Hz (300-3300 Hz) yang ditugaskan untuk komunikasi data. Rasio sinyal-noise biasanya 3162. Untuk saluran ini kapasitas dihitung sebagai C = B log 3163 = 3000 x11.62 = 34.860 bps Ini berarti bahwa bit rate tertinggi untuk jalur telepon adalah 34,860 kbps. Jika kita ingin mengirim data lebih cepat dari ini, kita dapat meningkatkan bandwidth dari garis atau meningkatkan rasio signal-to-noise. Contoh 3,39 Rasio sinyal-noise sering diberikan dalam desibel. Asumsikan bahwa SNR = 36 dB dan bandwidth saluran adalah 2 MHz. Kapasitas saluran teoritis dapat dihitung sebagai SNR dB = 10 log 10 SNR SNR = 10 SNRdB/10 SNR = 10 3,6 = 3981 C = B log 2 (1 + SNR) = 2 x 10 6 x log 2 3982 = 24 Mbps Contoh 3,40 Untuk tujuan partical, ketika SNR sangat tinggi, kita dapat mengasumsikan bahwa SNR + 1 adalah hampir sama dengan SNR. Dalam kasus ini, kapasitas saluran teoritis dapat disederhanakan C = B x dB SNR / 3 Sebagai contoh, kita dapat menghitung kapasitas teoritis dari contoh sebelumnya sebagai C = 2 MHz x 36/3 = 24 Mbps2

(1 + SNR) = 300 log

2

(1 + 3162) = 3000 log

2

Menggunakan Kedua Batas

Dalam prakteknya, kita perlu menggunakan kedua methids untuk menemukan batas dan tingkat sinyal. Mari kita tunjukkan ini dengan sebuah contoh. Contoh 3.41 kita memiliki saluran dengan bandwidth 1-MHz. SNR untuk saluran ini adalah 63. Apa bit rate appropriete dan tingkat sinyal? Solusi Pertama, kita menggunakan rumus Shannon untuk menemukan batas atas C = B log 2 (1 + SNR) = 10 log 6 2 (1 + 63) = 10 6 2 log 64 = 6 Mbps Rumus shannon memberi kita 6 Mbps, batas atas.Untuk meningkatkan kinerja kita memilih sesuatu yang lebih rendah, 4 Mbps, misalnya. Kemudian kita menggunakan rumus Nyquist untuk menemukan jumlah tingkat sinyal. 4 Mbps = 2 x 1 MHz x log 2 L L = 4

3.6 KINERJA Sampai sekarang, kita telah membahas alat-alat transmisi data (sinyal) melalui jaringan dan bagaimana data berperilaku. Salah satu isu penting dalam jaringan adalah kinerja dari jaringan-bagaimana goog itu? Kami membahas berkualitas jika pelayanan, pengukuran keseluruhan kinerja jaringan, secara lebih rinci dalam bab 24. Pada bagian ini, kami memperkenalkan istilah yang kita butuhkan untuk bab-bab mendatang.

Bandwidth Salah satu karakteristik yang mengukur kinerja jaringan adalah bandwidth. Namun, istilah ini dapat digunakan dalam dua konteks yang berbeda dengan dua nilai pengukuran yang berbeda; bandwidth dalam hertz dan bandwidth dalam bit per detik.

Bandwidth dalam Hertz

Kita telah membahas konsep ini. Bandwidth dalam hertz adalah rentang frekuensi yang terkandung dalam sinyal komposit atau rentang frekuensi saluran bisa lewat. Sebagai contoh, kita dapat mengatakan bandwidth dari saluran telepon pelanggan adalah 4 kHz. Bandwidth di Bit per detik Bandwidth yang panjang juga dapat merujuk pada jumlah bit per detik yang saluran, link, atau bahkan jaringan dapat mengirimkan. Sebagai contoh, dapat dikatakan bandwidth jaringan Ethernet cepat (atau link dalam jaringan ini) adalah maksimal 100 Mbps. Ini berarti bahwa jaringan ini dapat mengirim 100 Mbps.

Hubungan : Ada hubungan eksplisit antara bandwidth dalam hertz dan bandwidth dalam bit per detik. Pada dasarnya, peningkatan bandwidth dalam hertz berarti peningkatan bandwidth dalam bit per detik. Hubungan ini tergantung pada apakah kita memiliki suami transmisi dengan modulasi. Kami membahas hubungan ini dalam Bab 4 dan 5. Dalam jaringan, kita menggunakan bandwidth yang panjang dalam dua konteks. Bandwidth, pertama dalam hertz, mengacu pada rentang frekuensi dalam sinyal komposit atau rentang frekuensi yang bisa lewat saluran Bandwidth, urutan kedua dalam bit per detik, mengacu pada kecepatan transmisi bit pada suatu saluran atau link. Contoh 3,42 Bandwidth dari sebuah saluran langganan adalah 4 kHz untuk suara atau data. Bandwidth dari baris ini untuk transmisi data bisa sampai 56.000 bps dengan menggunakan modem canggih untuk mengubah sinyal digital ke analog. Contoh 3,43 Jika perusahaan telepon meningkatkan kualitas garis dan meningkatkan bandwidth sampai 8 kHz, kita dapat mengirim 112.000 bps dengan menggunakan teknologi yang sama seperti yang disebutkan dalam Contoh 3.42

Throughput Throughput adalah jika diukur seberapa cepat kita dapat benar-benar mengirim data melalui jaringan. Altough, sekilas, bandwidth dalam bit per detik dan troughput tampak sama, mereka berbeda. Sebuah link mungkin memiliki bandwidth B bps, tapi kita hanya bisa mengirim 'l' bps melalui link ini dengan T selalu kurang dari B. Dengan kata lain, bandwidth adalah pengukuran potensi link; throughput merupakan ukuran sebenarnya dari seberapa cepat kita cant mengirim data.Sebagai contoh, kita mungkin memiliki link dengan bandwidth 1 Mbps, namun perangkat yang terhubung ke akhir link dapat menangani hanya 200 kbps. Ini berarti bahwa kita tidak bisa mengirim lebih dari 2000 kbps untuk transmist link ini. Bayangkan sebuah jalan raya yang dirancang untuk mengirimkan 1000 menit mobil eh dari satu titik ke titik lain.Namun, jika ada kemacetan di jalan, angka ini dapat dikurangi sampai 100 mobil per menit. Bandwidth adalah 1000 mobil per menit; troughput adalah 100 mobil per menit. Contoh 3.44 Sebuah jaringan dengan bandwidth 10 Mbps dapat lulus hanya rata-rata 12.000 frame per menit dengan setiap frame membawa rata-rata 10.000 bit. Apakah throuhput jaringan ini? Solusi Kita bisa menghitung troughput sebagai Troughput = Troughput ini hampir seperlima dari banwidth dalam kasus ini. Latency (delay) Latency atau delay atau keterlambatan mendefinisikan berapa lama untuk seluruh pesan untuk benar-benar sampai pada tujuan dari waktu sedikit fisrt dikirim keluar dari sumber. Kita dapat mengatakan latensi yang terbuat dari empat komponen; propagasi waktu, waktu transmisi, waktu antrian dan pengolahan penundaan. Latency = waktu propagasi + waktu transmisi + waktu antrian + pengolahan keterlambatan

Waktu Propagasi Waktu propagasi mengukur waktu yang diperlukan untuk sedikit untuk perjalanan dari sumber ke tujuan. Waktu propagasi dihitung dengan membagi jarak dengan kecepatan propagasi. Propagasi waktu Kecepatan propagasi dari sinyal elektromagnetik tergantung pada media dan dalam frekuensi sinyal.Sebagai contoh, dalam ruang hampa, cahaya disebarkan dengan kecepatan 3x108 m/s. Hal ini lebih rendah di udara, itu jauh lebih rendah dalam kabel. Contoh 3,45 Apakah waktu propagasi jika jarak antara dua titik adalah 12.000 km? Asumsikan kecepatan propagasi menjadi 2,4 x 10 8 m / s dalam kabel.

Solusi Kita dapat menghitung waktu propagasi sebagai Propagasi waktu = 50 ms

Contoh ini menunjukkan bahwa sedikit dapat pergi di atas Samudera Atlantik di hanya 50 ms jika ada kabel langsung antara sumber dan tujuan. Transmisi Waktu Dalam komunikasi data kita tidak mengirim hanya 1 bit, kita mengirim pesan. Bit pertama mungkin memerlukan waktu yang sama untuk waktu propagasi untuk mencapai destionation tersebut; bit terakhir juga dapat mengambil jumlah waktu yang sama. Namun, ada waktu antara bit pertama meninggalkan pengirim dan bagian terakhir yang tiba di penerima. Bit pertama daun sebelumnya dan datang lebih awal; bagian terakhir daun kemudian dan tiba kemudian. Door waktu transmisi yang diperlukan dari pesan tergantung pada ukuran pesan dan bandwidth kusam itu. Waktu Transmisi

Contoh 3.46 Apa waktu propagasi dan waktu transmisi untuk pesan 2,5 kbyte (email) jika bandwidth jaringan adalah 1 Gbps? Asumsikan bahwa jarak antara pengirim dan penerima adalah 12.000 km dan cahaya yang bergerak pada 2.4x10 8 m / s. Solusi Kita dapat menghitung waktu propagasi dan transmisi sebagai Propagasi waktu Waktu Transmisi Catatan bahwa dalam kasus ini, karena pesan singkat dan bandwidth tinggi, faktor dominan adalah waktu propagasi, bukan waktu transmisi. Waktu transmisi dapat diabaikan. = 50 ms

Contoh 3.47 Apa waktu propagasi dan waktu transmisi untuk pesan 5-Mbyte (foto) jika bandwidth jika jaringan adalah 1 Mbps?Asumsikan bahwa jarak antara pengirim dan penerima adalah 12.000 km dan ditempuh cahaya pada 2,4 x 10 8 m / s. Solusi Kita bisa menghitung propagasi dan transmisi kali sebagai Propagasi waktu Waktu Transmisi = 50 ms

Catatan bahwa dalam kasus ini, karena pesan tersebut sangat panjang dan bandwidth tidak terlalu tinggi, faktor dominan adalah waktu transmisi, bukan waktu propagasi. Waktu propagasi dapat diabaikan.

Antrian Waktu Komponen ketiga dalam latency adalah waktu antrian, waktu yang dibutuhkan untuk setiap perangkat menengah atau akhir untuk hols pesan sebelum dapat diproses. Waktu antrian bukan merupakan faktor perbaikan; berubah dengan beban yang dikenakan pada jaringan. Ketika ada lalu lintas yang padat pada jaringan, waktu antrian meningkat. Sebuah perangkat menengah, banyak pesan seperti itu, setiap pesan harus menunggu. Bandwidth-tunda Produk Bandwidth dan delay adalah metrik kinerja dua jika link. Namun, seperti akan kita lihat dalam bab bab ini dan masa depan, apa yang sangat penting dalam komunikasi data adalah produk dari dua, produk bandwidth-delay. Mari kita claborate dalam kasus ini, menggunakan dua kasus hipotetis sebagai contoh.

case 1: Gambar 3,31 Menunjukkan kasus 1. Sosok 3.31 mengisi link dengan hits untuk kasus 1

Mari kita asumsikan bahwa kita memiliki link dengan bandwidth 1 bps (realistis, tetapi baik untuk tujuan demonstrasi). Kami juga menganggap

bahwa penundaan dari link adalah 5 detik (juga tidak realistis). Kami ingin melihat apa produk bandwidth-delay berarti dalam kasus ini. Melihat gambar, kita dapat mengatakan bahwa ini prodict 1 x 5 adalah jumlah bit maksimum yang dapat mengisi link. Tidak mungkin ada lebih dari 5 bit setiap saat di link. Kasus 2.Sekarang asumsikan kita memiliki bandwidth 4 bps. Gambar 3.23 menunjukkan bahwa ada bisa maksimal 4 x 5 = 20 bit di telepon. Alasannya adalah bahwa, pada setiap detik, ada 4 bit pada baris; durasi setiap bit adalah 0,25 s. Gambar 3.32 mengisi link dengan bit dalam kasus 2

Dua kasus di atas menunjukkan bahwa priduct bandwidth dan delay adalah jumlah bit yang dapat mengisi link. Pengukuran ini importan jika kita perlu untuk mengirimkan data dalam burs ts dan menunggu pengakuan meledak setiap sebelum mengirim berikutnya.Untuk menggunakan capacibility maksimum link, kita perlu membuat ukuran meledak 2 kali kami produk dari bandwidth dan delay, kita perlu mengisi saluran full-duplex (dua arah).Pengirim harus mengirimkan ledakan data (2 x bandwidth yang x delay) bit. Pengirim kemudian menunggu acknowledment penerima untuk bagian dari ledakan sebelum mengirim ledakan lain. Jumlah bandwidth yang 2 x x delay adalah jumlah bit yang dapat dalam transisi setiap saat.

Contoh 3.48 Kita bisa berpikir di atas hubungan antara dua titik sebagai pipa. Penampang pipa merupakan bandwidth, dan panjang pipa merupakan penundaan. Kita dapat mengatakan volume o pipa mendefinisikan produk bandwidth-delay, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.33. Gambar 3.33 konsep bandwidth-delay produk

Naik opelet Satu masalah kinerja yang berhubungan dengan menunda adalah jitter. Kami kira-kira bisa mengatakan jitter yang merupakan id masalah paket data yang berbeda menghadapi penundaan yang berbeda dan aplikasi dengan menggunakan data pada sute penerima adalah waktu-sensitives (audio dan data video, misalnya). Jika penundaan untuk paket pertama adalah 20 ms, untuk yang kedua adalah 45 ms, dan untuk yang ketiga adalah 40 ms, maka aplikasi real-time yang menggunakan paket bertahan jitter. Kami membahas jitter. Kami membahas jitter secara lebih rinci dalam Bab 29. 3.7 RECOMMENDED READING Untuk rincian lebih lanjut tentang sibject dibahas dalam bab ini, kita dianjurkan buku-buku berikut. Item dalam kurung [...] lihat daftar referensi di akhir teks. Buku Data dan sinyal dengan elegan dibahas dalam Bab 1 sampai 6 dari [Pea92]. [Cou01] memberikan cakupan excelent tentang sinyal dalam bab 2. Bahan lebih canggih dapat ditemukan di [Ber96]. [Hsu03] memberikan pendekatan matematika yang baik untuk sinyal. Cakupan yang lengkap dari Analisis Fourier dapat ditemukan di [Spi74]. Data dan sinyal discaussed dalam Bab 3 dari [Stat04] dan 2,1 dari [Tan03].