ET2080 JARINGAN TELEKOMUNIKASI

Presentasi berjudul: "ET2080 JARINGAN TELEKOMUNIKASI"— Transcript presentasi:

1 ET2080 JARINGAN TELEKOMUNIKASI
Dasar Transmisi Radio STEI - ITB Tutun Juhana – Program Studi Teknik Telekomunikasi

2 Pada transmisi radio kita harus “memindahkan” spektrum message kedalam pita frekuensi radio yang akan ditransmisikan Untuk keperluan ini kita menggunakan teknik continuous atau carrier wave (CW) modulation ET2080 Jaringan Telekomunikasi

3 Metoda modulasi CW Tujuan utama modulasi CW adalah untuk menghasilkan sinyal termodulasi yang sesuai dengan karakteristik kanal transmisi yang akan digunakan Modulasi diperlukan di dalam sistem transmisi untuk “memindahkan” spektrum message kedalam frekuensi radio tinggi (high radio frequencies) yang berpropagasi melalui kanal radio Modulasi CW juga digunakan pada voice-band modems (modem yang bekerja pada frekuensi voice) dimana data digital memodulasi frekuensi pembawa yang terletak pada pita frekuensi voice ET2080 Jaringan Telekomunikasi

4 Pada modulasi CW, message bisa mengubah-ubah amplituda, frekuensi, atau fasa sinyal berfrekuensi tinggi yang dimodulasi (lihat gambar) Perubahan ini dideteksi oleh demodulator di penerima sehingga message dapat direproduksi ET2080 Jaringan Telekomunikasi

5 Amplitude Modulation (AM)
Pada modulasi AM, sinyal pembawa asli (original carrier wave) memiliki amplituda yang konstan dengan frekuensi yang jauh lebih tinggi daripada sinyal pemodulasi (message) Pada modulasi AM, amplituda sinyal pembawa akan dibuat bervariasi sesuai dengan nilai amplituda sesaat sinyal pemodulasi sedangkan bentuk gelombang (outline wave shape) atau envelope sinyal termodulasi akan mengikuti bentuk sinyal pemodulasi ET2080 Jaringan Telekomunikasi

6 Envelope sinyal termodulasi yang mengikuti bentuk sinyal pemodulasi (message) merupakan ciri khas modulasi AM Ketika sebuah frekuensi pembawa sinusoidal dengan frekuensi fc Hz dimodulasi oleh sinyal pemodulasi sinusoidal pada frekuensi message fm Hz, maka gelombang termodulasi akan mengandung tiga frekuensi berikut: Frekuensi pembawa, fc Hz Frekuensi hasil penjumlahan frekuensi pembawa dan pemodulasi, (fc+fm) Hz Frekuensi hasil pengurangan frekuensi pembawa oleh frekuensi pemodulasi, (fc-fm) Hz ET2080 Jaringan Telekomunikasi

7 (untuk message yang berupa sinyal sinusoidal tunggal)
Spektrum AM (untuk message yang berupa sinyal sinusoidal tunggal) carrier fm fc - fm fc fc + fm Frequency/Hz Spektrum message pemodulasi Spektrum sinyal termodulasi ET2080 Jaringan Telekomunikasi

8 Frekuensi baru yang merupakan hasil penjumlahan dan pengurangan yang dihasilkan oleh proses AM disebut frekuensi sideband (sideband frequencies) Dari contoh kasus sebelumnya kita dapat menentukan bahwa bandwidth sinyal termodulasi adalah (fc+fm)-(fc-fm)=2fm ET2080 Jaringan Telekomunikasi

9 Jika sinyal pemodulasi mengandung banyak komponen frekuensi (seperti suara manusia atau musik), proses AM memindahkan seluruh spektrum message menggunakan frekuensi pembawa Setelah proses modulasi, spektrum message muncul di kedua sisi frekuensi pembawa dan memerlukan bandwidth dua kalilebih lebar ET2080 Jaringan Telekomunikasi

10 Gambar di bawah ini menunjukkan contoh dimana original message dengan baseband bandwidth W memodulasi sebuah frekuensi pembawa fc carrier Upper sideband Lower sideband W fc - W fc fc + W Frequency/Hz Spektrum message pemodulasi Spektrum sinyal termodulasi Jika message merupakan message digital maka teknik ini disebut digital AM atau amplitude shift keying (ASK) ET2080 Jaringan Telekomunikasi

11 Teknik modulasi AM terbagi ke dalam tiga tipe:
Suppressed carrier double-sideband (SCDSB) Single-sideband (SSB) Vestigal-sideband (VSB) ET2080 Jaringan Telekomunikasi

12 Suppressed carrier double-sideband (SCDSB)
Pada AM, sinyal pembawa selalu dikirimkan meskipun tidak ada informasi yang dikirimkan Paling tidak 50% daya transmisi total adalah untuk membawa frekuensi pembawa Ini merupakan pemborosan daya Pada SCDSB, atau disebut DSB saja, gelombang pembawa ditekan (suppressed) sehingga seluruh daya digunakan untuk transmisi sidebands yang membawa informasi Kerumitan transmitter dan receiver meningkat tetapi bukan merupakan kesulitan dengan teknologi sekarang Contoh penggunaan SCDSB : dalam proses infromasi stereo pada analog FM radio broadcasting systems

13 SSB Modulation Selain pemborosan daya, AM konvensional membutuhkan bandwidth sebesar dua kali bandwidth sinyal pemodulasi Menekan (suppressing) salah satu sidebands akan mengurangi bandwidth transmisi dan teknik untuk melakukan ini disebut modulasi SSB modulation Modulasi SSB digunakan dalam sistem transmisi analog dan dirancang untuk mengirimkan sebanyak mungkin kanal telepon melalui kanal yang bandwidth-nya terbatas Modulasi SSB menggandakan kapasitas transmisi dibandingkan AM maupun SCDSB. ET2080 Jaringan Telekomunikasi

14 VSB Modulation Modulasi VSB dilakukan dengan cara memfilter signal SCDSB (atau AM; VSB sering menggunakan pembawa) sedemikian hingga satu sideband dilewatkan secara utuh dan hanya sebagian (vestige) sideband lain dilewatkan Pada rangkaian pendeteksi di penerima, sebagian (vestige) lower sideband ditambahkan kepada upper sideband VSB digunakan pada transmisi video TV analog ET2080 Jaringan Telekomunikasi

15 Seluruh teknik modulasi yang sudah kita bahas termasuk ke dalam kelas modulasi CW linier yang memiliki sifat-sifat berikut: Bandwidth signal termodulasi tidak pernah melebihi dua kali spektrum message Spektrum transmisi pada dasarnya adalah spektrum message yang digeser S/N di tujuan tidak lebih baik dibandingkan transmisi baseband (tanpa modulasi). Artinya daya sinyal noise yang terbawa ketika sinyal ditransmisikan akan terdeteksi oleh penerima bersama-sama dengan sinyal termodulasi dan S/N tidak meningkat dalam proses deteksi Selanjutnya kita akan membahas teknik modulasi exponensial yang meliputi frequency modulation (FM) dan phase modulation (PM) ET2080 Jaringan Telekomunikasi

16 Berbeda dengan modulasi linier, modulasi exponential bersifat nonlinear artinya spektrum sinyal termodulasi tidak related secara sederhana kepada spektrum message Gelombang sinyal termodulasi setelah melewati modulasi exponensial dapat dinyatakan oleh persamaan berikut φ(t) menyatakan perubahan fasa atau frekuensi yang mengandung message Ac adalah amplituda yang konstan ωc = 2πfc adalah frekuensi sudut (angular frequency) gelombang pembawa Re artinya kita hanya mengambil bagian real dari fungsi eksponensial yang berada di dalam kurung kurawal Seperti dapat kita lihat, message disisipkan kedalam sudut gelombang pembawa atau di dalam fungsi exponensial gelombang cosinus Inilah yang menyebabkan teknik modulasi ini sering disebut juga angle atau exponential modulation ET2080 Jaringan Telekomunikasi

17 Frequency Modulation (FM)
Pada FM, frekuensi sesaat gelombang pembawa diubah-ubah oleh pemodulasi (message) sedangkan amplitudanya tetap Kinerja FM didalam menanggulangi noise sangat baik Jika amplituda terdistorsi maka receiver dapat mengembalikannya ke nilai konstarn yang seharusnya Detektor di penerima hanya akan mendeteksi saat-saat dimana kurva sinyal bernilai nol (zero crossing) Gangguan terhadap amplituda hanya memiliki sedikit efek terhadap crossing points

18 Bandwidth transmisi FM lebih lebar daripada AM
Sebagai contoh, siaran FM komersial memerlukan bandwidth lebih lebar dari 200kHz untuk mentransmisikan message selebar 15-kHz ET2080 Jaringan Telekomunikasi

19 Pada digital FM (disebut frequency shift keying atau FSK) hanya digunakan satu frekuensi pembawa untuk setiap simbol digital Pada kasus biner, kita dapat gunakan frekuensi pembawa rendah untuk membawa bit ‘0’ dan frekuensi pembawa tinggi untuk membawa ‘1’ Sebagi contoh, modem V.23 berkecepatan bps menggunakan dua frekuensi yaitu Hz untuk binary 0 dan 2,100 Hz untuk binary 1 ET2080 Jaringan Telekomunikasi

20 PM Modulation Pada PM, fasa sesaat sinyal pembawa diubah-ubah sesuai dengan sinyal pemodulasi (message) Karakteristik spektral hampir sama dengan FM

21 Digital PMs Binary phase shift keying (BPSK)
Quadrature phase shift keying (QPSK) ET2080 Jaringan Telekomunikasi

22 Binary phase shift keying (BPSK)
Pada BPSK, fasa gelombang pembawa berubah-ubah sesuai dengan signal digital yang dikirimkan (1 atau 0) Pada binary phase modulation kita hanya perlu dua fasa sinyal pembawa, yaitu 0° untuk binary 0 dan 180° untuk binary 1 ET2080 Jaringan Telekomunikasi

23 Quadrature phase shift keying (QPSK)
Pada QPSK kita menggunakan empat fasa pada sinyal pembawa Setiap fasa membawa dua bit binary

24 Constellation diagram
Pada constellation diagram, sumbu I mengacu pada in-phase carrier wave sedangkan sumbu Q menyatakan quadrature carrier, yaitu, gelombang pembawa yang digeser fasa-nya sebesar 90° Setiap titik sinyal di dalam diagram konstelasi menyatakan satu kemungkinan simbol atau gelombang yang dikirimkan yang mewakili sinyal binary yang dikirimkan Jarak titik sinyal dari titik tengah menunjukkan amplituda gelombang pembawa ET2080 Jaringan Telekomunikasi

25 Mari kita amati diagram konstelasi QPSK
Kita lihat bahwa pada QPSK, berdasarkan diagram konstelasi- nya, kombinasi bit 01 dikirimkan menggunakan gelombang bawa dengan pergeseran fasa +90° Pada QPSK, amplituda gelombang pembawa yang digunakan adalah sama (jarak semua titik sinyal terhadap titik tengah sama) ET2080 Jaringan Telekomunikasi

26 Lebar spektralnya tergantung pada durasi simbol yaitu T
Untuk memahami kebutuhan spektral digital phase modulation, kita amati sebuah pembawa BPSK yang mewakili (sebagai contoh saja) satu bit ‘0’ seperti pada gambar di bawah Lebar spektralnya tergantung pada durasi simbol yaitu T ET2080 Jaringan Telekomunikasi

27 Symbol rate atau modulation rate yaitu sebesar1/T dinyatakan dalam bauds
Kebanyakan spektrum sinyal terletak pada rentang fc-1/T sampai fc+1/T seperti ditunjukkan pada gambar Binary 1 hanya dibedakan oleh fasa gelombang pembawa sedangkan amplituda spektrumnya sama Jika kita naikkan data rate BPSK menjadi dua kalinya, maka durasi simbol T tinggal setengahnya, konsekuensinya bandwidth sinyal menjadi dua kali Di sisi lain, kita bisa menggandakan data rate tanpa menaikkan bandwidth bila memakai QPSK (setiap simbol membawa dua bit) Jika durasi simbol sama dengan durasi simbol yang digunakan pada BPSKmaka lebar spektral akan sama juga ET2080 Jaringan Telekomunikasi

28 Dengan demikian bandwidth transmisi QPSK sama dengan bandwidth transmisi yang dibutuhkan BPSK tetapi dengan bit rate yang lebih tinggi Baud rate QPSK = Baudrate BPSK Bitrate QPSK = 2 bitrate BPSK

29 Kita dapat menaikkan data rate lebih tinggi dengan memakai 8 fasa gelombang pembawa yang berbeda seperti pada teknik 8- PSK Jika modulation rate sama dengan yang digunakan pada BPSK, 8-PSK memiliki bit rate 3 kali lebih tinggi daripada BPSK tetapi menempati pita frekuensi yang sama dengan BPSK (bandwidthnya sama dengan yang digunakan BPSK)

30 Selain keuntungan memperoleh data rate lebih tinggi, ada resiko yang harus dihadapi pada 8-PSK yaitu toleransi terhadap noise menjadi lebih rendah Jika daya transmisi yang digunakan pada BPSK dan 8-PSK sama maka jarak titik sinyal dari titik tengah pada kedua sistem adalah sama Tetapi, jarak antar titik sinyal pada 8-PSK jauh lebih berdekatan dibandingkan dengan BPSK sehingga noise yang jauh lebih rendahpun akan dapat menyebabkan error di penerima ET2080 Jaringan Telekomunikasi

31 Jarak antar kedua titik sinyal lebih
berdekatan, dengan intensitas noise tertentu sinyal 000 lebih mudah berubah menjadi 100 (atau sebaliknya) ET2080 Jaringan Telekomunikasi

32 8-PSK digunakan pada jaringan seluler untuk menaikkan data rate pada lingkungan yang rendah interferensi (low-interference environments) Jika interferensi naik maka modulasi dirubah menjadi BPSK yang lebih toleran terhadap noise Penggunaan fasa lebih dari 8 biasanya sudah tidak memungkinkan akibat menurunnya toleransi terhadap noise Tapi kita masih bisa menggunakan teknik yang mengkombinasikan AM dengan PM ET2080 Jaringan Telekomunikasi

33 Quadrature amplitude modulation (QAM)
Teknik kombinasi ini disebut quadrature amplitude modulation (QAM) Sebagai contoh mari kita lihat teknik 16-QAM dengan diagram konstelasi seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah 16-QAM menggunakan 3 amplituda dan 12 fasa untuk menghasilkan 16 gelombang pembawa yang berbeda yang masing-masing mewakili kombinasi 4 bit ET2080 Jaringan Telekomunikasi

34 Jika modulation rate pada 16-QAM sama dengan pada BPSK, lebar spektral sinyal radio-nya akan sama tetapi bit rate-nya empat kali lebih cepat ET2080 Jaringan Telekomunikasi

35 Metoda modulasi yang optimum akan tergantung pada kualitas kanal transmisi
Pada voice-band modems, yang menggunakan kanal bicara yang rendah noise, penggunaan konstelasi yang sangat banyak hasil kombinasi banyak fasa dan amplituda dapat dilakukan Tetapi di sisi lain, pada kanal dengan kualitas rendah seperti pada jaringan seluler, penggunaan modulasi binary mungkin merupakan pilihan terbaik Kombinasi PM dengan AM digunakan pada banyak sistem transmisi digital modern seperti pada voice-band modems, dan digital video broadcasting (DVB) systems yang menggunakan 64-QAM ET2080 Jaringan Telekomunikasi

36 Alokasi dan aplikasi spektrum elektromagnetik
Dari gambar alokasi ini kita akan bahas beberapa istilah yang baru

37 Mode propagasi (Propagation Modes)
Gelombang radio pada pita frekuensi yang berbeda akan merambat (berpropagasi) dengan mode propagasi yang berbeda pula Mode propagasi: Ground wave Skywave Line of sight ET2080 Jaringan Telekomunikasi

38 Ground wave Pada mode propagasi ini gelombang radio mengikuti permukaan bumi yang memungkinkan komunikasi over the horizon ET2080 Jaringan Telekomunikasi

39 Skywave Pada mode propagasi ini gelombang radio dipantulkan ionosfer kembali ke bumi lalu dipantantulkan lagi oleh permukaan bumi dan seterusnya Mode propagasi skywave memungkinkan komunikasi jarak jauh Kualitas komunikasi tidak stabil karena tergantung karakteristik ionosfer yang berubah-ubah dari waktu ke waktu ET2080 Jaringan Telekomunikasi

40 Line of sight Pada mode propagasi ini gelombang radio merambat lurus dari pemancar ke penerima Persyaratan umum agar komunikasi berlangsung dengan baik adalah antena penerima dapat terlihat dari sisi pemancar Frekuensi radio di atas 100 MHz yang merambat secara line-of-sight digunakan pada banyak sistem komunikasi modern ET2080 Jaringan Telekomunikasi

41 Free-Space Loss Daya sinyal radio akan berkurang seiring bertambahnya jarak transmisi Redaman terhadap gelombang radio (free-space loss) pada lintasan line-of-sight diakibatkan oleh dispersi permukaan (spherical dispersion) gelombang radio Free-space loss dalam satuan decibels dinyatakan oleh persamaan berikut ET2080 Jaringan Telekomunikasi

42 Angka redaman yang dihasilkan rumus free-space loss bisa dikatakan terlalu optimis 30 dB untuk kondisi sebenarnya Tambahan redaman bisa diakibatkan oleh perbukitan, bangunan atau dinding yang berdekatan dengan jalur transmisi antara pengirim dan penerima Kondisi ini paling banyak ditemukan pada komunikasi bergerak dimana redaman sebenarnya lebih tinggi 30 dB dibandingkan dengan free-space loss Untuk memperkirakan tambahan pengaruh lingkungan ini telah dibuat beberapa model propagasi untuk keperluan perencanaan jaringan ET2080 Jaringan Telekomunikasi

43 Persamaan model loss Okumura/Hata adalah sebagai berikut
Salah satu model loss yang paling banyak digunakan untuk perencanaan komunikasi seluler adalah model Okumura/Hata Persamaan model loss Okumura/Hata adalah sebagai berikut LdB = log f − log ht − A(hr) + (44.9 − 6.55 log ht) log d Dimana r antara 150 MHz dan 1500 MHz, ht antara 30 m dan 300 m, dan d adalah jarak lintasan antara 1 km dan 20 km A(hr) adalah faktor koreksi untuk tinggi antena mobile dan dihitung dengan cara berikut: Untuk kota kecil dan menengah: A(hr) = (1.1 logf − 0.7)hr − (1.56 log f − 0.8)(dB) Dimana hr 1 m dan 10 m Untuk kota besar: A(hr) = 3.2[log(11.75hr)]2 − 4.97(dB), Dimana f ≥ 400 MHz