MATERI KULIAH ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI

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 pulsa2. Menjelaskan dan menganalisa proses mudulasi pulsa3. Menjelaskan serta menggambarkan tahapan-tahapan dalam modulasi pulsa3. Manfaat Pembelajaran

Dengan demikian maka di akhir perkuliahan mahasiswa diharapkan telah mampu menganalisa proses modulasi pulsa.B. ISI1. 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 bitMisalkan untuk sistem digital telepon, jumlah digit biner-nya adalah n = 8 bit, maka jumlah level kuantisasi yang diperlukan adalah :

M = 28 = 256Sinyal 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 SamplingUntuk 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 ( frekuensi tertinggi 3.4KHz, dilakukan pembulatan 4KHz, ( Sinyal bicara pada kanal telepon

Sehingga frekuensi sampling : 2 x 4KHz = 8000 Hz ( 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 PCMSinyal 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

Amplitudo pada level m1, menjadi kode biner 001

Amplitudo pada level m2, menjadi kode biner 010

Amplitudo pada level m3, menjadi kode biner 111

Amplitudo pada level m4, menjadi kode biner 100

Amplitudo pada level m5, menjadi kode biner 101

Amplitudo pada level m6, menjadi kode biner 110

Amplitudo pada level m7, menjadi kode biner 111

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) fmaxFrekuensi pencuplikan minimum fs = 2fmaxBit rate (n bit tiap cuplik)fb = nfs = 2nfmaksLebar band transmisi sinyal PCM B = fb = 2nfmaxBanyaknya 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 PCMPrinsip 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 30PCM 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 Hold5. 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.

EMBED Visio.Drawing.6

EMBED Equation.3

EMBED Visio.Drawing.6

EMBED Visio.Drawing.6

PAGE PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Rummi SiraitSISTEM TRANSMISI TELKOMUNIKASI 9

_1304983257.vsdAnti-aliasingfilter

Sampleandhold

Quantizer

A/DConverter

Linewaveformgenerator

LPF

m(t)

Flat-topSamples

Binarydigitalsignal

Linewaveform

_1307531416.unknown

_1303690929.vsdt2

0

1

2

3

4

5

6

7

t1

t3

t4

t5

t6

t7

Bil.Desimal

Bil.Biner

Gel.Pulsa

Level Cuplikan

Sinyal informasi asli

7

6

5

4

3

2

1

0

111

110

101

100

011

010

001

000

_1303691021.vsd

6

6

s

s

2

s

2

s

1

s

4

s

6

s

_1303690872.vsdt

SinyalInformasi

SinyalSampling