Makalah Data Communication
Attenuation and Distortion
Oleh : 1. Ahmad Hidayat
(2204.100.101)
2. Yuni Almaadin Yuni Almaadin
(2206.100.035)
3. Wahyu Puja Pradinta
(2206.100.112)
4. Robby Hartanto Robby Hartanto
(2206.100.174)
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
[email protected]
PENDAHULUAN
1. Latar belakang Pada setiap system telekomunikasi, selalu memiliki kelemahan-kelemahan. Salah satu kelemahan dalam system telekomunikasi adalah kelemahan dalam proses transmisinya. Beberapa hal yang sering menjadi masalah dalam proses transmisi data maupun voice adalah attenuasi dan distorsi. Attenuasi adalah gejala pelemahan sinyal yang terjadi pada pada proses transmisi sinyal informasi. Sedangkan distorsi adalah sebuah perubahan suara yang terjadi ketika amplitudo sinyal melebihi range yang tersedia. Hasilnya adalah timbulnya artifact harmonis tambahan seiring bentuk waveform berubah. Untuk mengatasi kelemahankelemahan itu, maka transmisi dirancang dengan memperhatikan beberapa hal. Yang pertama sinyal yang diterima harus mempunyai kekuatan yang cukup sehingga penerima dapat mendeteksi dan mengartikan sinyal tersebut. Yang kedua sinyal harus mencapai suatu level yang cukup tinggi daripada noise agar diterima tanpa error. Dan juga attenuation adalah suatu fungsi dari frekuensi sehingga diperlukan suatu penguat frekuensi.
2. Pembatasan masalah Dalam penulisan makalah ini kami membatasi pokok bahasan agar tidak keluar dari masalah yang kita bahas. Masalah-masalah yang akan kita bahas adalah attenuasi dan distorsi yang mencakup pengertian, perhitungan, cara mengatasi, dan beberapa hal yang berkaitan dengan kedua hal tersebut.
3. Tujuan Tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk mengetahui kelemahankelemahan dalam system transmisi data dan cara mengatasinya.
[email protected]
PEMBAHASAN
Pada sistem komunikasi manapun, sinyal yang diterima akan selalu berbeda dari sinyal yang dikirim. Pada sinyal analog, hal ini berarti dihasilkan variasi modifikasi random yang menurunkan kualitas sinyal. Pada sinyal digital, yaitu terjadinya bit error artinya binary '1' akan menjadi binary '0' dan sebaliknya. Kelemahan yang paling signifikan yaitu : • Attenuation dan attenuation distorsi (pelemahan dan distorsi oleh pelemahan). • Delay distorsi (distorsi oleh delay).
Attentuation
Attenuation mengacu pada pelemahan sinyal selama ia berjalan melalui kabel. Ia kadang disebut sebagai roll off. Selama sinyal mengalir melalui kawat, gelombang kotaknya berubah bentuk sejauh ia mengalir. Jadi, attenuasi sebenarnya adalah fungsi dari panjang kabel. Jika sinyal mengalir terlalu jauh,ia bisa menurun kualitasnya sehingga stasiun penerimanya tidak mampu lagi menginterpretasikannya menginterpretasikannya dan komunikasi akan gagal. Dalam arti lain atenuasi adalah melemahnya sinyal yang diakibatkan oleh adanya jarak yang semakin jauh yang harus ditempuh oleh suatu sinyal dan juga oleh karena makin tingginya frekuensi sinyal tersebut Apabila sebuah sinyal dilewatkan suatu medium seringkali mengalami berbagai perlakuan dari medium (kanal) yang dilaluinya. Ada satu mekanisme dimana sinyal yang melewati suatu medium mengalami pelemahan energi yang selanjutnya dikenal sebagai atenuasi (pelemahan atau redaman) sinyal.
[email protected]
Dalam bentuk operasi matematik sebagai pendekatannya, peristiwa ini dapat diberikan sebagai berikut:
y(t) = att x(t)
Dalam hal ini nilai att < 1, yang merupakan konstanta pelemahan yang terjadi. Kejadian ini sering muncul pada sistem transmisi, dan munculnya konstanta pelemahan ini dihasilkan oleh berbagai proses yang cukup komplek dalam suatu media transmisi.
Bentuk diagram blok dari sebuah operasi pernguatan sinyal dapat diberikan pada gambar berikut ini.
Sinyal masuk
Media transmisi (kanal)
Sinyal keluar
Gambar Operasi Pelemahan suatu sinyal
Besarnya nilai konstanta sinyal amp >1, dan penguatan sinyal seringkali dinyataklan dalam besaran deci Bell, yang didefinisikan sebagai: amp_dB = 10 log(output input) / input)
Dalam domain waktu, bentuk sinyal asli dan setelah mengalami penguatan adalah seperti gambar berikut.
[email protected]
Gambar Pelemahan Sinyal
Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa proses penguatan dan pelemahan sinyal merupakan dua hal yang hampir sama. Dalam pengatan sinyal amplitudo sinyal output lebih tinggi disbanding sinyal input, sementara pada pelemahan sinyal amplitudo sinyal output lebih rendah disbanding sinyal input. Tetapi pada kedua proses operasi ini bentuk dasar sinyal tidak mengalami perubahan. Sinyal optic dan sinyal radio, keduanya mengalami atenuasi yang cukup besar ketika ditransmisikan melalui atmosfer. Sinyal optic mengalami atenuasi yang rendah ketika ditransmisikan melalui kabel serat optic. Atenuasi sebanding dengan panjang dari medium. melipat gandakan panjang meduium maka akan melipatgandakan juga total atenuasi yang terjadi.
[email protected]
Kekuatan sinyal akan melemah karena jarak yang jauh melalui medium transmisi apapun. Tiga pertimbangan untuk perancangan transmisi :
1. Sinyal yang diterima harus mempunyai kekuatan yang cukup sehingga penerima dapat mendeteksi dan mengartikan sinyal tersebut. 2.
Sinyal harus mencapai suatu level yang cukup tinggi daripada noise agar diterima tanpa error.
3. Attenuation adalah suatu fungsi dari frekuensi.
Masalah pertama dan kedua dapat diatasi dengan menggunakan sinyal dengan kekuatan yang mencukupi dan amplifier-amplifier atau repeater-repeater. Masalah ketiga, digunakan teknik untuk meratakan attenuation melalui suatu band frekuensi dan amplifier yang memperkuat frekuensi tinggi daripada frekuesi rendah.
Contoh
attenuation
dapat
dilihat
gambar
2.14a.
Grafik
no.1
menggambarkan attenuation tanpa equalisasi (perataan) dimana terlihat frekuensifrekuensi tinggi mengalami pelemahan yang lebih besar daripada frekuensifrekuensi rendah. Pada
gelombang
elektromagnet,
atenuasi
merupakan
berkurangnya
intensitas radiasi radiasi gelombang elektromagnet akibat akibat absorpsi dan scattering oleh photons. Energi untuk merambat akan berkurang akibat absorbsi dan scattering sehingga daya jangkaunya akan berkurang. Gelombang dalam perambatannya akan mengalami penurunan intensitas (atenuasi) karena penyebaran dan karena absorbs. Penyebaran gelombang juga mengakibatkan intensitas berkurang karena pertambahan luasannya, terkait dengan bentuk muka gelombang. Suatu gelombang menjalar sejauh dx dalam suatu medium yang mempunyai koefisien absorbsi α maka besarnya penurunan intensitas atau atenuasi adalah : I = I 0 e
x
−α
atau I = I 010
-
α
x
10
[email protected]
Atenuasi pada fiber optik disebabkan oleh absorbs, hamburan atau scattering, dan bending. Ada dua macam bending yaitu macro bending dan micro bending.
Scattering Atenuasi pada transmisi menggunakan kabel disebabkan oleh tahanan kabel. Kita tahu bahwa tahanan dari suatu bahan bergantung pada panjang, luas penampang, dan jenis bahan tersebut. Hubungan ini dapat diformulasikan sebagai berikut :
[email protected]
Delay Distortion
Terjadi akibat kecepatan sinyal yang melalui medium berbeda-beda sehingga tiba pada penerima dengan waktu yang berbeda. Hal ini merupakan hal yang kritis bagi data digital yang dibentuk dari sinyal-sinyal dengan frekuensifrekuensi yang berbeda-beda sehingga menyebabkan intersymbol interference.
Distorsi
Penerimaan sinyal dalam suatu sistem komunikasi dapat dirusak oleh adanya kontaminasi sinyal transmisi. transmisi. Sinyal ini akan mengakibatkan rusaknya sinyal yang diterima tidak sesuai dengan yang dikirim. Atau dengan kata lain perubahan yang tak diinginkan didalam bentuk gelombang yang terjadi diantara dua titik dalam sistem transmisi.
Distorsi adalah sebuah perubahan suara yang terjadi ketika amplitudo sinyal melebihi range yang tersedia. Hasilnya adalah timbulnya artifact harmonis tambahan seiring bentuk waveform berubah. Contoh distorsi adalah suara berisik yang dikeluarkan oleh speaker yang rusak. Distorsi biasanya ingin dihindari, namun untuk beberapa tujuan, distorsi justru diinginkan, terutama dalam bidang musik. Suara gitar cenderung bersih, menambah efek distorsi menghasilkan suara yang lebih menarik Penggunaan efek ini tentu saja tidak harus untuk keperluan musik, untuk game pun, efek ini bisa menghasikan suasana tertentu, misal suara radio yang agak rusak.
Sinyal Distorsi pada Transmisi
Suatu sinyal yang terkontaminasi distorsi adalah sinyal yang diterima mengalami kecacatan. Gelombang sinyal akan mengalami distorsi berasal dari sumber transmisi yang diakibatkan adanya komponen-komponen sinyal yang
[email protected]
tidak diharapkan ikut serta diterima pada pesawat penerima. Distorsi bisa diakibatkan dari adanya cacat amplitudo dan cacat harmonik Prototipe yang untuk memperbaiki distorsi ini dikenal dengan filter. Terdapat tiga kalsifikasi distorsi yaitu : 1. Distorsi Frekuensi (Frequency Distortion) •
Bertindak sebagai peredam yang selektif terhadap berbagai macam frekuensi.
•
Terlihat jelas pada komunikasi voice.
•
Jika frekuensi rendah diredam maka suara akan terdengar lembut.
•
Jika frekuensi tinggi diredam maka suara kana terdengar keras.
2. Distorsi Phase (Delay Distortion) •
Distorsi phase atau lebih dikenal dengan delay distortion merupakan distorsi yang terjadi akibat kecepatan sinyal yang melalui medium berbeda-beda sehingga tiba pada penerima dengan waktu yang berbeda.
•
Tidak begitu berpengaruh pada komunikasi voice tapi merugikan pada komunikasi data.
3. Distorsi Non Linear (Amplitude Distortion) •
Disebabkan oleh ketidaklinearan rangkaian.
•
Ditandai oleh pemunculan harmonis (timbulnya frekuensi lain yang besarnya kelipatan dari frekuensi semula) yang y ang memperbanyak frekuensi pembicaraan yang dikirim.
•
Bisa muncul sebagai crosstalk, bergantung di mana ketidaklinearan itu muncul.
Walaupun telah memakai peralatan tambahan, seperti amplifier, repeter dan switch, medium transmisi itu sendiri merupakan sumber utama dari distorsi, bahan peralatan–peralatan itu yang akan mungkin dapat mengahasilkan distorsi bagi sinyal. Resonansi dalam medium transmisi dapat menguatkan beberpa bagian sinyal kompleks.
[email protected]
Noise
Noise adalah gangguan-gangguan dalam proses
komunikasi yang
bercampur dengan pesan yang sedang dikirim. Gangguan ini bersifat mengacau pesan yang sedang dikirim. Noise ( gangguan ) dibedakan menjadi dua, yaitu : •
White Noise
: oleh alam dan lingkungan
•
Black Noise
: oleh kesengajaan manusia
Black noise disebabkan oleh perbuatan manusia. Contohnya adalah sistem pengapian, sistem saklar, dan relai. Macam-macam white noise antara lain : 1. Thermal Noise •
Dihasilkan oleh pergerakan partikel bermuatan (elektron) secara random dalam media konduktif dan terdapat pada semua media transmisi dan peralatan komunikasi.
•
Mempunyai distribusi energi yang seragam pada seluruh spektrum frekuensi.
•
Penanggulangan a. Jauhkan media transmisi dari sumber noise b. Jacket Kabel
2. Impulse Noise •
Disebabkan adanya medan listrik yang mengenai media transmisi
•
Derau sesaat yang berbentuk pulsa-pulsa sempit. Jadi hanya terjadi pada waktu singkat akan tetapi biasanya dengan amplitudo yang cukup besar.
•
Untuk transmisi voice tidak terlalu berpengaruh
•
Pengaruh besar pada komunikasi data, impulse noise akan membuat cacat sinyal yang diterima sehingga informasi yang dibawa dapat berubah artinya.
•
Penanggulangan : a. Menjauhkan media transmisi dari medan listrik b. Menaikkan SNR c. Menggunakan Kabel Terisolasi
[email protected]
3. Intermodulation Noise •
Disebabkan adanya intermodulasi antara sinyal yang satu dengan sinyal yang lainnya.
•
Penanggulangan dengan pengaturan penggunaan frekuensi
4. Crosstalk •
Pembicaraan silang adalah suatu sambungan
(coupling) yang tidak
diinginkan yang terjadi pada saluran pembicaraan •
Disebabkan penempatan kabel-kabel yang saling berdekatan
•
Penanggulangan
a. Beri jarak antar kabel b. Pergunakan kabel terisolasi
[email protected]
KESIMPULAN Dalam dunia pertelekomunikasian, hal-hal yang menjadi masalah dalam proses transmisi data dan voice adalah attenuasi dan distorsi serta delay distorsi. Attenuation mengacu pada pelemahan sinyal selama ia berjalan melalui kabel. Ia kadang disebut sebagai roll off. Selama sinyal mengalir melalui kawat, gelombang kotaknya berubah bentuk sejauh ia mengalir. Jadi, attenuasi sebenarnya adalah fungsi dari panjang kabel. Jika sinyal mengalir terlalu jauh,ia bisa menurun kualitasnya sehingga stasiun penerimanya tidak mampu lagi menginterpretasikannya menginterpretasikannya dan komunikasi akan gagal. Dalam arti lain atenuasi adalah melemahnya sinyal yang diakibatkan oleh adanya jarak yang semakin jauh yang harus ditempuh oleh suatu sinyal dan juga oleh karena makin tingginya frekuensi sinyal tersebut. Distorsi adalah sebuah perubahan suara yang terjadi ketika amplitudo sinyal melebihi range yang tersedia. Hasilnya adalah timbulnya artifact harmonis tambahan seiring bentuk waveform berubah. Contoh distorsi adalah suara berisik yang dikeluarkan oleh speaker yang rusak. Distorsi biasanya ingin dihindari, namun untuk beberapa tujuan, distorsi justru diinginkan, terutama dalam bidang musik. Suara gitar cenderung bersih, menambah efek distorsi menghasilkan suara yang lebih menarik Penggunaan efek ini tentu saja tidak harus untuk keperluan musik, untuk game pun, efek ini bisa menghasikan suasana tertentu, misal suara radio yang agak rusak. Delay distorsi terjadi akibat kecepatan sinyal yang melalui medium berbedabeda sehingga tiba pada penerima dengan waktu yang berbeda. Hal ini merupakan hal yang kritis bagi data digital yang dibentuk dari sinyal-sinyal dengan frekuensifrekuensi yang berbeda-beda sehingga menyebabkan intersymbol interference.
[email protected]
Pertanyaan dan Jawaban Presentasi 1. Apakah ada kemungkinan distorsi dan atenuasi pada transmitter? Jawab : •
Atenuasi tidak terjadi pada transmitter. Atenuasi terjadi pada media transmisi. Atenuasi merupakan fungsi jarak. Semakin besar jaraknya maka akan semakin besar pula atenuasinya.
•
Distorsi bisa terjadi pada transmitter. Misalnya distorsi amplitude. Distorsi ini terjadi karena ketidaklinearan dari rangkaian. Distorsi ini bisa menimbulkan adanya harmonisa yang berakibat memperbanyak frekuensi yang dikirim. Harmonisa adalah timbulnya frekuensi lain yang besarnya sama dengan frekuensi semula. Harmonisa bisa muncul sebagai crosstalk pada percakapan telepon.
2. Apa keuntungan atenuasi? Jawab : Atenuasi merupakan pelemahan sinyal akibat adanya pentransmisian. Sejauh ini kami belum menemukan keuntungan dari atenuasi. Yang kami temukan hanyalah kerugian transmisi dengan adanya atenuasi ini.
3. Mengapa jarak mempengaruhi atenuasi? Jawab : Pada saat transmisi, gelombang merambat melalui medium transmisi. Sebagian dari energy gelombang sinyal yang ditransmisikan diserap oleh media transmisi. Misalkan pada media transmisi kabel tembaga, energy yang diserap oleh tembaga diubah menjadi energy panas. Semakin besar jarak yang ditempuh oleh sinyal yang ditransmisikan maka akan semakin besar pula energy yang diserap oleh medium transmisi sehingga atenuasi juga akan semakin besar.
[email protected]
4. Jika amplitude ditinggikan maka energy dari sinyal akan menjadi lebih besar (pada pentransmisian) . Bagaimana efisiensinya? Jawab : Efisiensi dalam hal konsumsi daya tentu akan berkurang tapi dalam hal pentransmisian akan lebih menguntungkan karena jangkauannya kan bertambah.
5. Bagaimana cara mengatasi atenuasi? Jawab : Untuk mengatasi atenuasi, pada setiap jarak tertentu dipasang suatu repeater untuk menguatkan sinyal yang telah melemah.
6. Apa penyebab dropcall dan crosstalk? Jawab : Crosstalk bisa terjadi bila komunikasi yang kita lakukan menggunakan lebih dari satu channel melalui lintasan yang sama. Pada suatu ketika, pengaruh crosstalk ini tidak begitu mengganggu sehingga percakapan masih bisa dipahami (intelligible) tetapi pada waktu yang lain gangguan ini begitu terasa sehingga percakapan yang kita lakukan ini menjadi tidak bisa kita pahami. a. Pada komunikasi menggunakan kabel tembaga, crosstalk bisa terjadi akibat adanya kebocoran kecil pada isolasi kabel tembaga. Karena itu kecermatan dan ketelitian dalam perancangan dan pembuatan komponen yang dipakai dalam media transmisi akan dapat mengurangi gangguan ini. b. Crosstalk lebih banyak terjadi pada sirkuit yang terdiri dari kawat terbuka (open wire) atau kabel multipair, baik atas tanah maupun bawah tanah. Bila suatu sinyal listrik melewati konduktor dalam ruang sekitar konduktor itu akan muncul suatu medan elektromagnetik dan elektrostatik. Medan-medan ini akan menimbulkan interferensi dan terjadilah crosstalk.
[email protected]
c. Pada media transmisi gelombang radio, crosstalk bisa diakibatkan oleh adanya modulasi yang berlebihan atau tidak wajar. Hal ini dapat menimbulkan sinyal menyeberang ke channel yang lain. Dalam system multiplexing, channel-channel dipisahkan oleh filter sehingga satu channel hanya bisa menerima frekuensi tertentu. Bila level sinyal melampaui batas atau jika filter tidak bekerja cukup selektif maka beberapa sinyal dari jalur lain akan masuk ke channel yang lain. crosstalk demikian dapat kita hindari dengan perancangan filter yang memiliki factor kualitas yang baik.
Pada media trasnmisi wireline, crosstalk bisa diatasi dengan menggunakan kabel coaxial. Dari struktur kabel coaxial yang sedemikian maka interferensi yang menjadi penyebab crosstalk dapat diminimalisasi. Penggunaan kabel twited pair yang dipilin sedemikian rupa juga dapat meminimalisasi adanya interferensi yang dapat menyebabkan timbulnya crosstalk. Cara lain untuk mengatasi crosstalk adalah dengan memasang compandor (compress – expandor). Alat ini merupakan alat yang dapat mengurangi adanya crosstalk. Keuntungan dipakainya alat ini adalah selama percakapan berlangsung, gangguan crosstalk dapat diperkecil tetapi bila tidak ada percakapan maka gangguan akan muncul lagi. Compandor terdiri dari compressor percakapan pada terminal kirim dan expandor pada ujung terima.
Komunikasi melalui jaringan CDMA seharusnya justru jarang mengalami dorp call. Tapi kenyataannya drop call justru sering dialami oleh pengguna CDMA di tanah air. Jika dirujuk dari sifat umum CDMA, teknologi ini mengusung kinerja Soft Hand Off atau Softer Hand Off. Soft handoff merupakan suatu kondisi dimana panggilan
akan dilayani oleh lebih dari satu sel. Dalam kondisi ini, panggilan
[email protected]
akan ditambahkan pada sel target tanpa terlebih dahulu memutus panggilan tersebut dari sel asal. Drop call terjadi oleh kinerja CDMA itu sendiri yang mengacu pada soft hand offer dan pengaruh padatnya traffic. Drop call sering terjadi
pada lokasi perkotaan atau territorial yang sekitarnya nampak pemakai ponsel dengan mobilitas tinggi. Luas cakupan BTS pada CDMA sangat tergantung dari berapa pelanggan yang menggunakannya. Beda dengan GSM, berapa pun yang menggunakan, cakupannya tetap. Ini karena sifat CDMA memiliki ‘cell breathing’, seperti paru-paru yang akan mengecil saat bekerja keras meniupkan udara ke luar. Kalau penggunanya sedikit pada waktu bersamaan, cakupan BTS CDMA akan kembali meluas. Pada beberapa kasus pemasangan pengulang (repeater) tidak optimal karena malah mempersempit cakupan. Permasalahan dropcall ini dapat diatasi dengan penambahan coverage area dan pembangunan BTS di tempat-tempat yang memiliki traffic komunikasi yang padat. 7. Bagaimana sisi positif dari atenuasi dan distorsi pada komunikasi data? Jawab : Manfaat ditorsi Suara gitar cenderung bersih, menambah efek distorsi menghasilkan suara yang lebih menarik Penggunaan efek ini tentu saja tidak harus untuk keperluan musik, untuk game pun, efek ini bisa menghasikan suasana tertentu, misal suara radio yang agak rusak.
8. Bagaimana rangkaian untuk mengatasi distorsi? Jawab : Rangkaian untuk mengatasi distorsi adalah rangkaian repeater. Rangkaian ini pada prinsipnya adalah sebuah penguat.
[email protected]
9. Apa penyebab crosstalk? Bagaimana solusinya? Terjawab oleh pertanyaan no. 6 10. Penjelasan ulang mengenai atenuasi dan distorsi. Terjawab.
[email protected]
