Komunikasi Data Kuliah 4 Media Transmisi

What is Telecommunication ? In the Wild Wild West ...... How far can you see the sign? ...

Telekomunikasi adalah teknologi yang digunakan untuk berkomunikasi jarak jauh

Sejarah

Standardisasi Jaringan telekomunikasi dirancang untuk melayani beragam pengguna yang menggunakan berbagai macam perangkat yang berasal dari vendor yang berbeda Untuk merencanakan dan membangun suatu jaringan secara efektif, diperlukan suatu standard yang menjamin interoperability, compatibility, dan kinerja yang dipersyaratkan secara ekonomis Suatu standard yang terbuka (open standard) diperlukan untuk memungkinkan interkoneksi sistem, perangkat maupun jaringan yang berasal dari vendor maupun operator yang berbeda

Organisasi-organisasi Standard Otoritas standard nasional Menetapkan standard resmi suatu negara tertentu Indonesia : Menkominfo Inggris : British Standard Institute (BSI) Jerman : Deutsche Industrie-Normen (DIN) Amerika : American National Standard Institute (ANSI)

Badan Standard Indonesia BRT : Badan Regulasi Telekomunikasi

Badan Standard Eropa ETSI: European Telecommunications Standards Institute Suatu badan independent yang menetapkan standard untuk komunitas Eropa Contoh : standard GSM CEN/CENELEC: European Committee for Electrotechnical Standardization/European Committee for Standardization Badan standardisasi teknologi informasi CEPT: Conférence Européenne des Administrations des Postes et des Telecommunications Sebelum ada ETSI, melakukan pekerjaan yang dilakukan ETSI

Badan Standard Amerika IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers Asosiasi engineer elektro internasional Contoh standard : LAN EIA: Electronic Industries Association Organisasi pabrik perangkat elektronika Amerika Contoh standar: RS232 FCC: Federal Communications Commission Badan regulasi pemerintah Amerika TIA: Telecommunications Industry Association Bertugas mengadaptasi standard dunia ke dalam lingkungan Amerika

Organisasi Global ITU : International Telecommunication Union Badan khusus PBB yang bertanggung jawab di dalam bidang telekomunikasi Dibagi ke dalam dua badan standard: ITU-T (huruf T berasal dari kata telekomunikasi) Berasal dari CCITT (Comité Consultatif International de Télégraphique et Téléphonique, atau International Telegraph and Telephone Consultative Committee) Mempublikasikan rekomendasi untuk jaringan telekomunikasi publik ITU-R (huruf R berasal dari kata radio) Berasal dari CCIR (Comité Consultatif International des Radiocommunications atau International Radio Consultative Committee) Mempublikasikan rekomendasi yang berhubungan dengan aspek-aspek radio seperti penggunaan frekunsi di seleuruh dunia

ISO/IEC : The International Standards Organization/International Electrotechnical Commission Organisasi standard bidang teknologi informasi ISO berperan dalam standard dan protokol komunikasi data IEC berperan di dalam standard yang meliputi aspek electromechanical (seperti konektor), lingkungan dan keselamatan

Organisasi Standard yang lain IETF: Internet Engineering Task Force Bertanggung jawab terhadap arsitektur Internet Mengatu standardisasi protokol TCP/IP untuk Internet

Jaringan Telekomunikasi Dasar

Tujuan dasar dari adanya suatu jaringan telekomunikasi adalah untuk mengirimkan informasi dari suatu user ke user lain yang ada di dalam jaringan User dari suatu jaringan publik disebut subscriber Informasi yang berasal dari user dapat beragam (bisa voice, data maupun gambar) Subscriber dapat mengakses jaringan menggunakan jaringan akses yang beragam (cellular, fixed dsb.)

Tiga teknologi yang yang diperlukan untuk berkomunikasi melalui jaringan telekomunikasi: Transmisi Switching Signaling

Teknologi Transmisi Transmisi adalah proses membawa informasi antar end points di dalam sistem atau jaringan Sistem transmisi yang sekarang menggunakan empat buah medium transmisi berikut : Kabel tembaga Kabel serat optik Gelombang radio Cahaya pada ruang bebas (misalnya infra merah) Dalam suatu jaringan telekomunikasi, sistem transmisi digunakan untuk saling menghubungkan sentral (router) Keseluruhan sistem transmisi ini disebut jaringan transmisi atau jaringan transport (transport network)

Teknologi Switching Suatu teknologi yang digunakan pada switch untuk menghubungkan (men-switch) panggilan (pada jaringan telepon) atau Mengarahkan/memforward paket dari suatu link ke link yang lain Kita akan pelajari ini lebih detail

Teknologi Signaling Signaling adalah mekanisme yang memungkinkan entitas yang berada di dalam jaringan (misalnya perangkat di pelanggan, switch dsb.) untuk membentuk, mempertahankan, dan memutuskan suatu sesi di dalam jaringan Proses signaling dilaksanakan menggunakan suatu sinyal atau pesan tertentu Contoh: ketika kita mengangkat handset telepon untuk melakukan panggilan akan terdengar nada panggil (dial tone) Dial tone mengindikasikan bahwa sentral telepon siap menerima informasi nomor yang dituju Signaling akan kita pelajari lebih detail lagi

Medium Transmisi

Tipe-tipe Media Transmisi Guided transmission media Kabel tembaga Open Wires Coaxial Twisted Pair Kabel serat optik Unguided transmission media infra merah gelombang radio microwave: terrestrial maupun satellite

Source: Stallings, Data & Computer Communications, Figure 4.1 ELF = Extremely low frequency VF = Voice frequency VLF = Very low frequency LF = Low frequency MF = Medium frequency HF = High frequency VHF = Very high frequency UHF = Ultra high frequency SHF = Super high frequency EHF = Extremely high frequency

Guided Transmission Media

Kabel Tembaga Paling lama dan sudah biasa digunakan Kelemahan: redaman tinggi dan sensitif terhadap interferensi Redaman pada suatu kabel tembaga akan meningkat bila frekuensi dinaikkan Kecepatan rambat sinyal di dalam kabel tembaga mendekati 200.000 km/detik Tiga jenis kabel tembaga yang biasa digunakan: Open wire Coaxial Twisted Pair

Open wire Sudah jarang digunakan Kelemahan: Terpengaruh kondisi cuaca dan lingkungan Kapasitas terbatas (hanya sekitar 12 kanal voice)

RG58 coax and BNC Connector Coaxial Bandwidth tinggi dan lebih kebal terhadap interferensi Contoh penggunaan : pada antena TV, LAN dsb. (D) (C) (B) (A) RG58 coax and BNC Connector

Twisted pair Kabel dipilin untuk mengeliminasi crosstalk Menggunakan “balance signaling” untuk mengeliminasi pengaruh interferensi (noise)

Twist length kabel telepon: 5-15 cm Twist length Cat-3 UTP : 7.5-10cm Twist length Cat-5 : 2-4 cm Pada suatu bundel twisted pair (lebih dari satu pasang), twist length masing-masing pasangan dibedakan untuk mencegah crosstalk antar pasangan

About crosstalk Penerima Sumber Sinyal Sinyal NEXT: Near-end crosstalk FEXT: Far-end crosstalk

Ada juga jenis kabel Shielded Twisted Pair (STP) Max Data Rate Attenuation NEXT Category-3 UTP 16 Mbps 13.1 db/100m 23db @16MHz 9.8 db/100m 26db @10MHz Category-4 UTP 20 Mbps 10.1 db/100m 36db @20MHz Category-5 UTP 100 Mbps 22db/100m 44db @100MHz Category-5e UTP 200 Mbps 32db/100m 40db @200MHz Category 5 Unshielded Twisted Pair (UTP) digunakan sebagai kabel standard untuk local area computer networks Ada juga jenis kabel Shielded Twisted Pair (STP)

Twisted Pair Connectors Kabel twisted pair untuk komputer menggunakan konektor RJ45 (8 pin) Kabel twisted pair untuk telepon menggunakan konektor RJ11

Serat Optik Kabel serat optik terdiri dari : Silinder dalam berbahan gelas yang disebut inti atau core Silinder luar terbuat dari bahan gelas atau plastik yang disebut cladding atau pembungkus inti Bahan pelidung serat yang membungkus cladding

Mengapa cahaya bisa bergerak sepanjang serat optik? Karena ada proses yang disebut Total Internal Reflection (TIR) TIR dimungkinkan dengan membedakan indeks bias (n) antara core dan clading Dalam hal ini ncore > ncladding Memanfaatkan hukum Snellius

ncore > ncladding Pantulan terjadi Bila sudut jatuh > sudut kritis ncore > ncladding Pembiasan

Apabila kabel serat optik dilengkungkan, dapat terjadi loss

θNA Cahaya yang dapat dimasukkan ke dalam serat optik harus disuntikkan pada sudut yang lebih kecil daripada θNA. Ini dipersyaratkan sebagai Numerical Apperture (NA)

Salah satu cara untuk mengidenifikasi konstruksi kabel optik adalah dengan menggunakan perbandingan antara diameter core dan cladding. Sebagai contoh adalah tipe kabel 62.5/125. Artinya diamater core 62,5 micron dan diameter cladding 125 micron Contoh lain tipe kabel:50/125, 62.5/125 dan 8.3/125 Jumlah core di dalam satu kabel bisa antara 4 s.d. 144

Klasifikasi Serat Optik Berdasarkan mode gelombang cahaya yang berpropagasi pada serat optik Multimode Fibre Singlemode Fibre Berdasarkan perubahan indeks bias bahan Step index fibre Gradded index fibre

Step Index Fiber vs Gradded Index Fiber Pada step index fiber, perbedaan antara index bias inti dengan index bias cladding sangat drastis

Contoh profile gradded index: Pada gradded index fiber, perbedaan index bias bahan dari inti sampai cladding berlangsung secara gradual Contoh profile gradded index: Untuk 0 ≤r ≤ a r = jari-jari di dalam inti serat a = jari-jari maksimum inti serat

Jenis-jenis kabel serat optik Step-index multimode. Used with 850nm, 1300 nm source. Graded-index multimode. Used with 850nm, 1300 nm source. Single mode. Used with 1300 nm, 1550 nm source.

Available Bandwidth and Range Media Bandwidth Range Voice quality twisted pair 0 to 1 MHz 5 km Coax cable (broadband) 1k - 1GHz 1-100 km Category 5 twisted pair 1k - 100 MHz 0.1-2 km Fiber optic cable 180-370 THz 1-100 km

Unguided Transmission Media

Microwave Range frekuensi: 1 - 40 GHz Transmisi dilakukan secara line of sight (LOS) Tidak dapat menembus dinding (solid objects; contoh: bangunan) Digunakan untuk komunikasi terrestrial (earth-to-earth) dan satelit Di atas 8 GHz, diserap oleh partikel air Jadi hujan dapat menggagalkan transmisi

Satellite Microwave Range frekuensi optimal yang digunakan adalah:1 - 10 GHz Dibawah 1 GHz akan terpengaruh dari alam dan man-made sources Di atas 10 GHz akan teredam atmosfir Geosynchronous satellites have an orbital radius of 35,784 km.

Satellite Systems Sistem orbit Low dan medium memiliki delay yang lebih rendah Menawarkan kecepatan 2Mbps Iridium originally planned to use 77 satellites (from whence the name -- Iridium is element 77) in circumpolar orbits. As of 2000, the system had been unprofitable for several years and in the absence of any buyers, Motorola proposed to destroy it by sending the satellites into delaying orbits and let them burn up. In May 2000, a potential buyer offered $100M for the entire system -- about 1% of the original cost. Operating costs are around $30 - 50M per month.

Terrestrial Wireless Digunakan untuk keperluan telekomunikasi komersial, telepon seluler, serta LAN jarak pendek dan menengah Contoh: wireless LAN IEEE 802.11 yang bekerja pada band 2.4 The Advanced Mobile Phone System (AMPS) is an analog system developed in the U.S. It uses 30 kHz data channels but can pack 48.6 kbps into each. Channels are shared so that each user gets a data rate of only 13 kbps. GSM uses both FDM and TDM, divides the spectrum into 200 kHz bands, shared by multiple users. Encryption is used to prevent eavesdropping. Information on Lucent’s wireless products is at www.wavelan.com

Terrestrial communication (microwave)

So..you’ve heard about dB.. What is it?

Decibel, Gain, dan Loss Power loss : penurunan daya sinyal Power gain : penguatan daya sinyal Decibel : “satuan” untuk menyatakan power loss/gain Decibel merupakan satuan ukuran daya yang logaritmis Pertama kali digunakan oleh Alexander Graham Bell (satuan decibel digunakan untuk menghormati jasanya) Decibel : dB Alexander Graham Bell Born 1847 - Died 1922

Teknik Elektro – Kampus Duren tiga Decibel in Action Gain g = Pout/Pin Gain in dB gdB = 10 log (Pout/Pin) Loss L = Pin/Pout Loss in dB LdB = 10 log (Pin/Pout) Overall Gain g = g1*g2 Overall Gain in dB gdB = g1(dB) + g2(dB) Contoh: - Bila daya output 10 Watt dan daya input 1 Watt, maka Gain = 10 dB - Bila daya input 10 Watt dan daya output 1 Watt, maka Loss = 10 dB (atau Gain = -10 dB) Teknik Elektro – Kampus Duren tiga

Rumus dB menyatakan ukuran daya Jika kita lebih tertarik akan perubahan pada tegangan maka faktor impedansi harus dimasukkan pada perhitungan dB

Power Levels in dB Gunakan suatu daya referensi Sampai titik ini kita masih melihat penerapan dB untuk menyatakan perbandingan daya Bagaimana cara menyatakan level daya absolut menggunakan dB? Gunakan suatu daya referensi

Daya referensi yang banyak digunakan adalah 1 mW Satuan dB yang dihasilkan adalah dBm Contoh: suatu level daya 10 mW bila dinyatakan di dalam dB adalah 10 dBm Daya referensi lain yang dapat digunakan: 1 Watt (satuan dB yang digunakan dBW)

Contoh penggunaan dB Daya pancar P1 = 1W atau +30 dBm Gain antena = 30 dB Redaman link = 110 dB Daya diterima terima P2,dBm = +30 dBm + 30 dB –110 dB +30 dB = –20 dBm Bila dinyatakan di dalam Watt P2 = 10 μW.

Redaman serat optik = 0,5 dB/km, Daya pancar P1,dBm = 0 dBm Redaman serat optik = 0,5 dB/km, maka redaman total serat optik = 0,5*40 =20 dB Daya terima P2,dBm = 0 dBm – 20 dB = –20 dBm

John Napier or Neper nicknamed Marvellous Merchiston (1550, 1617) Penemu Logaritma Satuan lain yang biasa digunakan untuk menyatakan suatu perbadingan adalah Neper 1 Neper (Np) = 8,685889638 dB 1 dB = 0,115129254 Np

Derau suhu adalah suatu gejolak thermal elektron Derau suhu adalah suatu gejolak thermal elektron. Muncul di semua perangkat elektronik dan media transmisi serta merupakan fungsi temperatur. Derau suhu secara keseluruhan disebarkan sepanjang spektrum frekuensi dan sering juga disebut sebagai white noise. Derau suhu tidak dapat dihilangkan dan karena itu menempatkan suatu batas atas pada unjuk kerja sistem komunikasi. Jumlah derau suhu yang dapat ditemukan dalam suatu bandwidth sebesar 1 Hz untuk segala jenis perangkat atau konduktor adalah No = kT ( W / Hz) dimana ; No = kerapatan kekuatan derau dalam watt per 1 Hz bandwidth K = konstanta Boltzmann = 1.3803 x 10"23 J/°K T = Temperatur, derajat kelvin Contoh Pada temperatur kamar, T = 17°C, atau 290°K, dan kerapatan tenaga derau suhu-nya adalah No = (1.3803 x 10-23) x 290 = 4 x 10 -21 W /Hz = -204 dBW /Hz

Derau diasumsikan sebagai keleluasaan frekuensi, Sehingga derau suhu dalam watt yang ditampilkan dalam suatu bandwidth B hertz dapat dinyatakan sebagai N = kTB Atau, dalam desibel-watt, N = 10 log k + 10 log T + 10 log B = - 228,6 dBW + 10 log T + 10 log B Contoh Sebuah receiver tertentu dengan temperatur derau efektif sebesar 100°K dan bandwidth 10 MHz, tingkat derau suhu pada output receiver adalah N = -228,6 dBW + 10 log 10 2 + 10 log 10 7 = -228,6 + 20 + 70 = -138,6 dBW

Rumus Nyquist : Dengan multilevel pensinyalan, rumus Nyquistnya menjadi C = 2B log2 M Di mana M adalah jumlah signal yang berlainan atau level voltase. Sehingga, untuk M = 8, nilai yang dipergunakan dengan berbagai modem, C menjadi 18.600 bps.

Rumus Shanon Signal-to-Noise Ratio sangatlah penting dalam transmisi digital data karena menyusun batas atas terhadap rate data yang mampu dicapai. Yang dihasilkan Shannon adalah kapasitas canel maksimum, dalam bit per detik, sesuai dengan persamaan C = B log2 (1 + SNR)

Hubungan Rumus Nyquist dengan Rumus Shanon Contoh Sekarang kita lihat sebuah contoh yang mengaitkan rumus Nyquist dan rumus Shannon. Anggap saja spektrum sebuah channel berkisar antara 3 MHz dan 4 MHz serta SNR sebesar 24 dB. Maka B = 4 MHz -3 MHz = 1 MHz , SNR dB = 24 dB = 10 log10 (SNR) , jadi SNR = 251 Dengan menggunakan rumus Shannon, C = 106 x log2 (1+251) =106 x 8 = 8 Mbps Hal ini merupakan batas teoritis dan, sebagaimana yang telah kita katakan, nampaknya sulit dicapai. Namun anggap saja kita dapat mencapai batas tersebut. Berdasarkan atas rumus Nyquist, berapa banyak signalling level yang diperlukan? Kita dapatkan C = 2 B log2 M 8 x 10 6 = 2 x (10 6 ) x log2 M 4 = log M M = 16

Energi bit / kerapatan daya derau Terakhir, disebutkan sebuah parameter yang berkaitan dengan SNR yang lebih sesuai untuk menentukan rate data digital dan rate error. Parameter tersebut adalah perbandingan energi sinyal per bit terhadap kerapatan daya derau per hertz, Eb/No. Anggap saja sebuah sinyal, digital ataupun analog, yang berisikan biner data digital yang ditransmisikan pada suatu bit rate R tertentu. Ingat lagi bahwa 1 watt = 1 J/s, energi per bit dalam sebuah sinyal diperlihatkan melalui Eb = STb, dimana S adalah daya sinyal dan Tb adalah waktu yang diperlukan untuk mengirim satu bit. Data rate R, R = 1 /Tb. Maka : Eb / No = S/R : No = S / k T R = SdBW - 10 log R - 101og k - 10 logT = SdBW -10 log R + 228.6 dBW - 10 log T

Contoh Untuk pindahan fase biner (ditentukan dalam Bab 5), Eb/No = 8,4 dB diperlukan untuk suatu rate bit error sebesar 10 -4 = (satu bit error keluar setiap 10.000). Bila derau temperatur efektif besarnya 290 °K (temperatur kamar) dan data rate sebesar 2400 bps, berapa level sinyal yang diterima yang diperlukan? Kita dapatkan 8,4 = S (dBW) -10 log 2400 + 228,6 dBW -10 log 290 = S (dBW) - (10)(3,38) + 228,6 - (10)(2,46) S = -161,8 dBW

Amplifier dengan temperatur derau efektif sebesar 10 Amplifier dengan temperatur derau efektif sebesar 10.000°K dan bandwidth 10 MHz, berapa level derau thermal yang bisa diharapkan pada outputnya? Jawab : N = kTB N = 10 log k + 10 log T + 10 log B = -228.6 dBW + 10 log T + 10 log B = -228.6 dBW + 10 log 104 + 10 log 107 = -228.6 dBW + (10) (4) + (10) (7) = -228.6 dBW + 40 + 70 = -118.6 dBW

Suatu sistem pensinyalan digital diperlukan agar beroperasi pada 9600 bps. a. Bila suatu elemen sinyal memberi kode suatu kata kata 4 bit, berapa bandwidth minimum yang diperlukan channel-nya? b. B. Ulangi bagian (a) untuk 8 bit kata-kata. Jawab : a. C = 2 B log2 M 9600 = 2 B log2 4 4800 = 2 B B = 2400 b. C = 2 B log2 M 9600 = 2 B log2 8 4800 = 3 B B = 1600

Bila level sinyal yang diterima untuk suatu sistem digital khusus adalah -151 dBW dan temperatur derau efektif pada sistem receiver sebesar 1500° K, berapa Eb/ No untuk jalur yang mentransmisikan 2400 bps? Jawab : Eb / No = S/R : No = S / k T R = SdBW - 10 log R - 101og k - 10 logT = SdBW -10 log R + 228.6 dBW - 10 log T = - 151 dBW – 10 log 2400 + 228.6 – 10 log 1500 = - 151 dBW – (10) (3.38) + 228.6 – (10) ( ) =

Contoh Desibel bermanfaat dipergunakan untuk menentukan keuntungan dan kerugian terhadap serangkaian elemen-elemen transmisi. Dengan mempertimbangkan suatu rangkaian dimana input berada pada suatu level tenaga sebesar 4 mW, elemen pertamanya adalah suatu jalur transmisi dengan suatu kerugian sebesar 12 dB (-12 dB), elemen keduanya adalah amplifier dengan keuntungan sebesar 35 dB, sedangkan elemen ketiganya adalah jalur transmisi dengan kerugian sebesar 10 dB. Keuntungan dan kerugi an bersihnya adalah (-12 + 35 -10) = 13 dB. Untuk mengkalkulasikan output daya P2 , maka diperoleh ; 13 = 10 log ( P2 / 4 mW) P2 = 4 x 101,3 mW = 79,8 mW