Transcript ET2080 JARINGAN TELEKOMUNIKASI

ET2080 JARINGAN TELEKOMUNIKASI
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
Metoda modulasi CW
3



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
Amplitude Modulation (AM)
5


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
Spektrum AM
(untuk message yang berupa sinyal sinusoidal tunggal)
carrier
0
fm
fc - fm
Spektrum message pemodulasi
fc
fc + fm
Spektrum sinyal termodulasi
ET2080 Jaringan Telekomunikasi
Frequency/Hz
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
0
W
Spektrum message pemodulasi

fc - W
fc
fc + W
Frequency/Hz
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
Suppressed carrier double-sideband (SCDSB)
12

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
SSB Modulation
13


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
VSB Modulation
14



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
Frequency Modulation (FM)
17

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 1.200bps menggunakan dua frekuensi yaitu 1.300 Hz
untuk binary 0 dan 2,100 Hz untuk binary 1
ET2080 Jaringan Telekomunikasi
PM Modulation
20


Pada PM, fasa sesaat sinyal pembawa diubah-ubah
sesuai dengan sinyal pemodulasi (message)
Karakteristik spektral hampir sama dengan FM
Digital PMs
21


Binary phase shift keying (BPSK)
Quadrature phase shift keying (QPSK)
ET2080 Jaringan Telekomunikasi
Binary phase shift keying (BPSK)
22


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
Quadrature phase shift keying (QPSK)
23

Pada QPSK kita menggunakan empat fasa pada sinyal pembawa

Setiap fasa membawa dua bit binary
Constellation diagram
24



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
Mari kita amati diagram konstelasi QPSK
25


Kita lihat bahwa pada QPSK, berdasarkan diagram konstelasinya, 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

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 8PSK
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
Quadrature amplitude modulation (QAM)
33


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 64QAM
ET2080 Jaringan Telekomunikasi
Alokasi dan aplikasi
spektrum
elektromagnetik
36
Dari gambar alokasi ini
kita akan bahas beberapa
istilah yang baru
Mode propagasi (Propagation Modes)
37


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
Ground wave
38

Pada mode propagasi ini gelombang radio
mengikuti permukaan bumi yang memungkinkan
komunikasi over the horizon
ET2080 Jaringan Telekomunikasi
Skywave
39



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
Line of sight
40



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
Free-Space Loss
41



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

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 = 69.55 + 26.16 log f − 13.82 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