Informasi, Sinyal dan Modulasi SISTEM TELEKOMUNIKASI (EL 2031) Informasi, Sinyal dan Modulasi SOFYAN BASUKI, ST, MT sofmae4@gmail.com 085724677888 085320900567

REFERENSI Roger L.Freeman, Fundamentals of Telecommunication, IEEE, Press, 2005. Tarmo Anttalainen, Introduction to Telecommunications Network Engineering, Artech House, 2003. Hsiao-Hwa Chen & Mohsen Guizani, Next Generation Wireless System and Networks, John Wiley & Sons, 2006 Martin Sauter, Communication System for the Mobile Information Society, John Wiley & Sons, 2006 Lee Dryburgh, Jeff Hewett, Signaling System No. 7 (SS7/C7): Protocol, Architecture, and Services, Cisco Press, 2005

Informasi dan Sinyal Informasi : bahan-bahan yang mengandung unsur-unsur yang dapat dikomunikasikan, fakta- fakta, data atau segala sesuatu yang dapat menerangkan suatu hal dengan sendirinya atau melalui segala sesuatu yang telah diatur melalui bentuk dokumen, file, laporan, buku, diagram, peta, gambar, foto, film, visual, rekaman suara, rekaman melalui komputer atau metode lain yang dapat ditampilkan. Sinyal : Presentasi dari data atau informasi yang berbentuk simbol tertentu atau dikodekan dengan metoda atau besaran fisika tertentu disesuaikan dengan media yang digunakan dalam komunikasinya.

Klasifikasi Sinyal Sinyal deterministik dan random Signal deterministik : Tidak ada ketidak pastian terhadap nilai sinyal di setiap waktu Signal random : Beberapa derajat tingkat ketidak-pastian dari nilai-nilai sinyal sebelum benar-benar terjadi. Thermal noise dalam rangkaian elektronik akibat pergerakan elektron secara random Pantulan gelombang radio oleh lapisan-2 ionosfer yang berbeda.

Klasifikasi Sinyal Sinyal periodik dan non-periodik Sinyal analog dan diskret A non-periodic signal A periodic signal A discrete signal Analog signals

Penyajian Informasi Sistem komunikasi bertugas mengkonversi informasi kedalam bentuk yang sesuai untuk ditransmisikan. Sistem analog  Sinyal analog dimodulasi (AM, FM radio) Sinyal digital menghasilkan bit-2 memancarkan sinyal digital (komputer) Sinyal analog dapat diubah menjadi sinyal digital.

DATA & SINYAL

Noise (derau) Fluktuasi amplituda sinyal bersifat random / acak, dan tidak diinginkan Thermal (Johnson) Noise Amplituda vs. waktu: Model Gaussian PDF Mengetahui berapa besar daya noise per Hz – mengapa ?

Derau dalam Sistem Komunikasi Thermal noise dapat dijelaskan dengan sebuah proses acak Gaussian dengan zero-mean, n(t). Jika memiliki PSD datar disebut “white noise”. [w/Hz] Power spectral density Autocorrelation function Probability density function

Bandwidth (Lebar pita) sinyal Baseband vs bandpass: Dilema BW : Sinyal yang bandlimited tidak dapat direalisasikan ! Sinyal-2 yang dapat direalisasikan mempunyai bandwidth terbatas! Baseband signal Bandpass Local oscillator

Bandwidth (Lebar pita) sinyal Beberapa definisi berbeda tentang bandwidth: Half-power bandwidth Noise equivalent bandwidth Null-to-null bandwidth Fractional power containment BW Bounded power spectral density Absolute bandwidth g(x) (a) (b) (c) (d) (e)50dB

Sistem Komunikasi Analog Model Baseband Baseband Output (Signal+ Noise) + Message Signal m(t) S LPF + Noise n(t) Model Penerima terganggu derau + Output (Signal+ Noise) Modulated Signal s(t) BPF Demodulator S + Noise n(t)

Sistem Komunikasi Digital Model penerima berderau + Sample & Hold Threshold Modulated Signal s(t) Processing S + Noise w(t) Digital Output

Kinerja Sistem Komunikasi yang terganggu / dirusak oleh Derau Parameter Kinerja Kinerja Sistem Komunikasi yang terganggu / dirusak oleh Derau Digital Bit Error Rate (BER) Analog Output SNR

Ukuran Kinerja Dalam komunikasi analog, Kita ingin informasi yang diterima dapat dimengerti / jelas. Kapasitas kanal tergantung SNR (Teorema Shannon) Dalam sistem komunikasi digital : Data rate (R bps) yang dibatasi kapasitas kanal. Probability of error (Pe) Tanpa derau, tidak terjadi bit salah (eror) Bit Error Rate (BER): Jumlah bit salah yang terjadi dari sejumlah bit yang ditransmisikan. Berapa BER jika Pe=10-6 dan 107 bit ditransmisikan ? Berapa Kapasitas kanal telephone utk SNR 30 dB ?

Kriteria Kinerja Seberapa “baik” suatu sistem komunikasi dapat dibedakan dari sistem (sinyal) lain yg tidak rapi (pengganggu) ? Untuk komunikasi analog : Seberapa dekat kemiripan terhadap sumber asli ? Fidelity! SNR digunakan sbg ukuran kinerja Untuk komunikasi digital Data rate dan probability of error (Pe) Tidak ada kerusakan kanal (no error) Terhadap noise, Pe bergantung kpd datarate, daya sinyal dan daya derau, skema modulasi

SISTEM TELEKOMUNIKASI (EL 2031) Modulasi

Basic Types of Modulation 1. Continuous Wave (CW) Carrier Modulation Gelombang pembawa (carrier waveform) berupa gelombang kontinyu (biasanya sinusoidal) Salah satu parameter dari gelombang pembawa diubah sesuai bentuk sinyal informasi yang akan ditransmisikan 2. Pulse Modulation Gelombang pembawa (carrier waveform) berbentuk pulsa (biasanya pulsa persegi/rectangular) Salah satu parameter dari pulsa gelombang pembawa diubah sesuai bentuk sinyal informasi yang akan ditransmisikan

Amplitudo, Frekuensi, Phase cycle (T) +900 voltage A B C B A 1800 00 π 2π time (t) C Amplitude (V) -900 Amplitudo Nilai maksimum dari besaran elektrik (mis voltage) dari gelombang Frekuensi Jumlah cycle yang dihasilkan dalam satu detik (cycles per second atau Hertz) Phase Gelombang A dengan phase 00 Gelombang B dengan selisih phase -900 (lebih lambat) terhadap A Gelombang C dengan selisih phase +900 (lebih cepat) terhadap A

Modulasi Analog Modulation Theorem  Frequency Transalation Shifting atau pergeseran dari spektrum didalam frequency domain Merubah atau menempatkan frekwensi rendah menjadi frekwensi yang lebih tinggi agar dapat dikirimkan/ditransmisikan melalui media transmisi. carrier wave frekuensi 4 KHz fc Jenis-jenis modulasi analog : Amplitude modulation (AM) Frequency modulation (FM) Pulse Amplitude Modulation (PAM)

Amplitude Modulation (AM) Modulasi jenis ini adalah modulasi yang paling sederhana Gelombang pembawa (carrier wave) diubah amplitudonya sesuai dengan signal informasi yang akan dikirimkan Modulasi ini disebut juga linear modulation, artinya bahwa pergeseran frekwensinya bersifat linier mengikuti signal informasi yang akan ditransmisikan Modulation Message signal Carrier waveform Modulated signal time voltage Digambarkan dalam spektrum frekuensi carrier frekuensi 4 KHz fc Message signal Modulated signal

Frequency Modulation (FM) Frekwensi dari gelombang pembawa (carrier wave) diubah-ubah menurut besarnya amplitudo dari sinyal informasi Karena noise pada umumnya terjadi dalam bentuk perubahan amplitudo, FM lebih tahan terhadap noise dibandingkan dengan AM Modulation Message signal Carrier waveform Modulated signal time voltage

Pulse Amplitude Modulation (PAM) Konsep dasar PAM adalah mengubah amplitudo pembawa yang berupa deretan pulsa (diskrit) mengikuti bentuk amplitudo dari signal informasi yang akan dikirimkan Sinyal informasi yang dikirim tidak seluruhnya tapi hanya sampelnya saja (sampling signal) voltage voltage time Modulation time Message signal voltage Modulated signal time Carrier

Modulasi Digital Teknik modulasi digital pada prinsipnya merupakan variant dari metode modulasi analog Teknik modulasi digital : Teknik dasar : Amplitude shift keying (ASK) Frequency shift keying (FSK) Phase shift keying (PSK) Variant dari teknik dasar di atas : 4 Pulse Amplitude Modulation (4-PAM) Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

BASK, BFSK dan BPSK Binary Amplitude Shift Keying (BASK) Sinyal direpresentasikan dalam dua kondisi perubahan amplitudo gelombang pembawa Sinyal “1”  direpresentasikan dengan status “ON” (ada gelombang pembawa) Sinyal “0”  direpresentasikan dengan status “OFF” (tidak ada gelombang pembawa) Binary Frequency Shift Keying (BFSK) Sinyal direpresentasikan dalam perubahan frekuensi gelombang pembawa Sinyal “1”  direpresentasikan dengan frekuensi tinggi Sinyal “0”  direpresentasikan dengan frekuensi rendah Binary Phase Shift Keying (BPSK) Sinyal direpresentasikan dalam perubahan phase gelombang pembawa Sinyal “1”  Phase gelombang pembawa tidak bergeser (pergeseran phase 00) Sinyal “0”  Phase gelombang pembawa bergeser 1800 (berlawanan)

BASK, BFSK dan BPSK BASK BFSK BPSK Signal

4 Pulse Amplitude Modulation (4-PAM) Sinyal direpresentasikan dengan 4 nilai besaran amplitudo dari gelombang pembawa. Bit value Amplitude 00 -2 01 -1 10 +1 11 +2 -2 -1 +1 +2 00 01 10 11

Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) Sinyal direpresentasikan dengan 4 status pergeseran phase dari gelombang pembawa. 01 +900 Bit value Phase shift 00 01 +900 10 -900 11 1800 11 00 1800 00 -900 10

Quadrature Amplitude Modulation (QAM) Merupakan kombinasi amplitude modulation dan phase shift keying Sinyal direpresentasikan dalam kombinasi besaran amplitudo (2 besaran) dan pergeseran phase (4 status). Memungkinkan kecepatan yang lebih tinggi untuk bandwidth yang ditentukan Lebih tahan terhadap noise 00 900 1800 2700 1 2 000 001 010 011 100 101 110 111 Bit value Amplitude Phase shift 000 1 00 001 2 010 900 011 100 1800 101 110 2700 111

Quadrature Amplitude Modulation (QAM) Contoh : Bit stream sinyal sbb : 001010100011101000011110 Bagi dalam kelompok masing-masing 3 bit: 001-010-100-011-101-000-011-110 Perubahan amplitudo dan phase Bentuk gelombang modulasi Bit value Amplitude Phase shift 001 2 00 010 1 900 100 1800 011 101 000 110 2700