pulse code modulation

Pertemuan

12

MODULASI PULSA PCM (Pulse Code Modulation)

A. PEMBUKA 1. Deskripsi Dalam perkuliahan ini mahasiswa akan mempelajari modulasi yang tidak kontinu (diskrit), atau modulasi pulsa. Dimana pada bagian ini akan dibahas mengenai proses modulasi pulsa serta jenis-jenis modulasi pulsa.

2. Tujuan Pembelajaran Pada akhir pertemuan mahasiswa diharapkan mampu : 1. Menyebutkan jenis-jenis modulasi pulsa 2. Menjelaskan dan menganalisa proses mudulasi pulsa 3. Menjelaskan serta menggambarkan tahapan-tahapan dalam modulasi pulsa

3. Manfaat Pembelajaran Dengan demikian maka di akhir perkuliahan mahasiswa diharapkan telah mampu menganalisa proses modulasi pulsa.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Rummi Sirait

SISTEM TRANSMISI TELKOMUNIKASI

1

B. ISI 1. Pendahuluan Amplitudo, frekuensi atau fase suatu carrier sinusoidal dapat dimodulasi dengan sinyal informasi. Demikian juga amplitudo, frekuensi atau fase (atau posisi) pulsa-pulsa dari sebuah pulse train (rentetan pulsa) dapat juga dimodulasi. Modulasi pulsa adalah modulasi yang tidak kontinyu (diskrit). Pada sinyal input yang merupakan sinyal analog dilakukan sampling secara periodik. Besarnya waktu (periodik) sampling sangat berpengaruh terhadap kualitas modulasi atau signal to noise (S/N)-nya, yang tentunya mempunyai dampak pada sisi penerima. Untuk memperoleh sinyal output yang baik disisi penerima, dapat direproduksi kembali menjadi sinyal analog yang sesuai dengan sinyal input maka harus dipenuhi persyaratan minimum, yang dikenal sebagai Nyquist rate pada proses sampling, yaitu teorema yang menyatakan bahwa :

fS ≥ 2B (Hz) 2.

........................ (1)

Modulasi Sandi Pulsa (Pulse Code Modulation - PCM) Pulse-code modulasi (PCM) merupakan suatu metode untuk mengubah sinyal

analog menjadi sinyal digital, dimana sinyal suara atau gambar yang masih berupa sinyal listrik analog diubah menjadi sinyal listrik digital.

Gambar 1. Rangkaian PCM (Pulse Code Modulation)


Rummi Sirait


2

Dasar pembentukan modulasi Sandi Pulsa (Pulse Code Modulation – PCM) terdiri dari 4 proses, yaitu : 1. Sampling 2. Kuantisasi (Quantizing) 3. Pengkodean (Encoding) 4. Sinkronisasi (Sincronizing)

2.1. Sampling : Proses sampling yang dilakukan pada PCM adalah Flat-top sampling. Setelah proses sampling dilakukan kuantisasi, yaitu membagi sinyal hasil sampling atas levellevel tertentu, dimana tiap level kuantisasi mempunyai kode biner tertentu. Hubungan antara jumlah level pada kuantisasi dan jumlah digit biner (binary digit = bit) pada tahap encoding dinyatakan dengan persamaan 2.

M = 2n Dimana :

................................................................... (2)

M = jumlah level kuantisasi N = jumlah bit

Misalkan untuk sistem digital telepon, jumlah digit biner-nya adalah n = 8 bit, maka jumlah level kuantisasi yang diperlukan adalah :

M = 28 = 256 Sinyal analog dicuplik (sampled) pada selang yang teratur sehingga menghasilkan gelombang dengan amplitudo termodulasi pulsa (PAM). Sampling merupakan proses pencuplikan sinyal analog oleh pulsa digital dengan selang waktu yang teratur. Dengan proses sampling diperoleh jajaran pulsa yang levelnya sesuai dengan level aslinya. Sinyal Informasi Sinyal Sampling

t

Gambar 1. Proses Sampling


Rummi Sirait


3

Untuk

mengirimkan

informasi

dalam

suatu

sinyal,

tidak

perlu

seluruh

sinyalditransmisikan, tetapi cukup diambil sampel-nya saja. Berdasarkan Teorema Nyquist, sampling-frequency lebih besar = 2 kali frekuensi tertinggi sinyal tersebut. ⇒ frekuensi tertinggi 3.4KHz, dilakukan

Contoh sinyal bicara : 300 s.d 3400Hz

pembulatan 4KHz, ≈ Sinyal bicara pada kanal telepon Sehingga frekuensi sampling : 2 x 4KHz = 8000 Hz Ü 8000 samples per detik = 1 sample per 125 microsecond Sampling voice .

2.2.

Kuantisasi (Quantizing ) Kuantisasi (quantization) merupakan suatu proses pembulatan nilai sampel flat-

top ke tingkat tertentu yang telah ditentukan sebelumnya untuk membuat sejumlah tingkat yang berhingga dan dapat dikelola tersedia bagi converter A/D. Tahapan dasar dalam pembangkitan PCM ditunjukkan pada gambar 2. Dalam kuantisasi, seluruh jangkauan sinyal dibagi menjadi sejumlah subrange. Masingmasing subrange mempunyai nilai tengah yang ditetapkan sebagai tingkat standart atau tingkat sandi untuk jangkauan tersebut. Komparator digunakan untuk menentukan subrange yang mana adanya amplitudo pulsa yang telah ditetapkan berada, sandi untuk subrange tersebut dibangkitkan.

Gambar 2. Tahapan dasar dalam pembangkitan PCM Sinyal PAM yang amplitudonya berubah-ubah tersebut dibandingkan dengan level-level yang dinamakan selang kuantisasi, lalu ditentukan dalam

selang mana amplitudo

Bil. Bil. Gel. tersebut berada. Nomor selang dikodekan menjadi bilangan yg memberikan Desimal biner Biner 8 bit Pulsa

kemungkinan 28 atau 256 level, 128 level diatas nol, dan 128 dibawah nol. 7 111 Setiap kode yg7 melambangkan level Sinyal amplitudo cuplikan disebut satu kata PCM (PCM word).

informasi asli

6

6

110

5

101

4

100

3

011

2

010

Level Cuplikan

Kecepatan cuplikan 8000 kali perdetik dan setiap cuplikan diwakili 8 bit, maka untuk 5 saluran PCM tunggal terdapat 64.000 bit per detik. 4 3 2

1 Rummi Sirait 0

1 PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB 0

t1

t2

t3

t4

t5

t6

t7

001 SISTEM TRANSMISI TELKOMUNIKASI 000

4

Gambar 3. Level sample analog (ditunjukan dengan bintik-bintik) dan level terkuantisasi kaitannya.

Pada proses kuantisasi diadakan pendekatan-pendekatan besarnya level

terhadap

level-level yang sudah ditentukan sebelumnya, sehingga adanya kemungkinan terjadi sedikit perbedaan level hasil quantisasi dgn level aslinya. Amplitudo dari sinyal hasil sampling dibagi ke dalam level-level kuantisasi, dimana amplitudo dari masing-masing sample dinyatakan dengan harga integer dari

level

kuantisasi yang terdekat. Adanya pendekatan/pembulatan tersebut menimbulkan “derau kuantisasi” 2 Teknik Kuantisasi : §

Kuantisasi Linier, selang level kuantisasi sama untuk seluruh level kuantisasi; besarnya noise kuantisasi sama untuk seluruh level, tetapi noise relatifnya tidak sama antara level yang satu dengan yang lainnya.

§

Kuantisasi tidak Linier,

merupakan perbaikan dari kuantisasi linier pada level

rendah. Ada 2 cara kuantisasi tidak linier : (a) langsung menggunakan kuantisasi tidak linier (b) companding, kemudian dikuantisasi secara linier


Rummi Sirait


5

Companding

merupakan

proses mempersingkat rentang intensitas sebuah sinyal

dengan penambahan lebih banyak penguat untuk sinyal-sinyal yang lemah dibanding terhadap sinyal yang kuat pada input . Aturan Companding : ♦ Aturan A (A-law) : PCM 30 (Eropa) ; 32 time slot/frame ♦ Aturan m (m-law) : PCM 24 (USA& Jepang) ; 24 time slot/frame Dalam satu frame berisi satu sinyal sampling, dan tiap satu sampling berupa 8 bit encoding menduduki satu tempat yang disebut time slot. Sampling rate merupakan jarak (waktu) antara satu sampling dan sampling berikutnya. PCM 30 :

1 1 = = 125 μdetik TS 8000 Hz

2.3. Pengkodean (Encoding) Proses Encoding merupakan proses mengubah sinyal PAM menjadi sinyal digital, proses penamaan nilai-nilai analog hasil quantizing dinyatakan dalam bilangan biner. Kemudian unit encoder membangkitkan pulsa-pulsa sesuai dengan informasi bit tersebut. Misalnya telah dipilih sebanyak delapan bagian yang menghasilkan delapan buah level kuantisasi, maka jumlah digit kode binernya sebanyak tiga buah (23 = 8). Akhirnya diperoleh kode-kode biner dari sinyal m(f) yang tercuplik seperti tersebut dibawah : Amplitudo pada level m0, menjadi kode biner 000 Amplitudo pada level m1, menjadi kode biner 001 Amplitudo pada level m2, menjadi kode biner 010 Amplitudo pada level m3, menjadi kode biner 111 Amplitudo pada level m4, menjadi kode biner 100 Amplitudo pada level m5, menjadi kode biner 101 Amplitudo pada level m6, menjadi kode biner 110 Amplitudo pada level m7, menjadi kode biner 111 Hasil berupa deretan kode-kode biner inilah yang disebut sinyal PCM yang hendak dikirim. Lebar band yang diperlukan oleh sinyal PCM tentu saja menjadi jauh lebih besar dibanding lebar band sinyal baseband yang dihitung seperti : Frekuensi maksimum sinyal baseband (lebar band) fmax


Rummi Sirait


6

Frekuensi pencuplikan minimum fs = 2fmax Bit rate (n bit tiap cuplik)fb = nfs = 2nfmaks Lebar band transmisi sinyal PCM B = fb = 2nfmax Banyaknya pada kode-kode ini tergantung pada banyaknya level yang ada. Dimana banyaknya level-level ini akan menentukan halus tidaknya proses kuantisasi. Makin banyak levelnya, makin halus kuantisasinya, dengan demikian makin baik mutu digitalnya. Makin banyak digit untuk kodenya, memerlukan peralatan yang lebih baik dan akan lebih mahal harganya. Dalam perencanaan PCM, harus diperhitungkan dari segi ekonomisnya dibandingkan segi teknisnya pada penerima peralatan yang dipakai adalah kebalikan dari pengirimnya yaitu decoder untuk membangkitkan kembali pulsa-pulsa dari kodekode yang diterima, kemudian pulsa-pulsa tersebut akan dikembalikan lagi ke bentuk asliya, yaitu sinyal analog. 2.3.

Syncronizing : Syncronizing merupakan proses penyisipan selang pulsa 0 antara masing-

masing word structure tersebut. Hal ini diperlukan agar tidak terjadi tumpang tindih antara masing-masing word structure tersebut sebelum

ditransmisikan/dikirimkan

melalui media transimisi yang digunakan. Deretan pulsa biner yang mewakili sinyal kuantisasi :

6

s

6

s

2

s

2

s

1

s

4

s

6

s

3. Sistem Transmisi dengan Metode PCM Prinsip sistem transmisi menggunakan metode PCM :

sinyal informasi baseband (analog) pertama kali dicuplik dengan menggunakan metode sample and hold,

kemudian dilakukan proses konversi analog ke digital menggunakan rangkaian ADC yang di dalamnya dilakukan proses kuantisasi dan pengkodean. Shift


Rummi Sirait


7

register paralel in serial out dan serial in paralel out diperlukan karena biasanya rangkaian ADC & DAC lebih dari satu keluaran (simultan) delapan digit biner.

Setelah ditransmisikan sinyal PCM

tersebut diubah kembali menjadi sinyal

informasi asli (analog) sebuah decoder atau DAC & sebuah rangkaian low Pass Filter.

Gambar 4. Diagram blok sistem transmisi dengan metode PCM

4. PCM 30 PCM 30 adalah sejenis teknologi digital dalam menggandakan kanal percakapan yang memungkinkan satu jalur fisik disaluri 30 percakapan sekaligus tanpa mengganggu satu sama lain. Metode Pulse Code Mudulation (PCM) berbeda dengan Pulse Amplitude Modulation (PAM), Pulse Width Modulation (PWM), Pulse Position Modulation (PPM) sekalipun menggunakan teknik pencuplikan (sampling), tetapi pada PCM diterapkan suatu proses digitalisasi. Pembangkit PCM akan menghasilkan sederetan simbol atau digit, dengan setiap slot waktu digit menyatakan pendekatan harga amplitudo sesaat sinyal hasil pencuplikan dari sinyal informasi analog.


Rummi Sirait


8

Sample and Hold Tujuan dari proses sample and hold adalah untuk mencuplik secara berkala sinyal informasi analog dan mengkonversikannya menjadi deretan pulsa-pulsa PAM dengan amplitudo konstan (rata). Amplitudo konstan atau rata diperlukan untuk mendapatkan konversi yang akurat bila hendak diubah ke bentuk kode digital oleh rangkaian ADC. Secara sederhana blok rangkaian sample and hold ditunjukkan pada gambar 5.

Gambar 5. Blok Rangkaian Sample and Hold

5. Sentral Digital Sentral digital adalah sejenis sentral yang dalam menghubungkan percakapan dua orang pelanggan atau lebih melakukan proses pengubahan sinyal analog dari pesawat telepon pelanggan analog, atau sinyal digital dari pesawat telepon digital kemudian di proses dengan kode digital (8 bit PCM word) pada jalur percakapan, dan bagian terima diubah lagi ke sinyal analog supaya dapat didengar oleh penerima dengan pesawat analog. Sedangkan pelanggan yang memiliki pesawat telepon digital, maka yang melakukan pengubahan sinyal menjadi analog adalah pesawat telepon digital tersebut. Salah satu penerapan sentral digital adalah sentral otomat full electronic SPC (Store Programmed Control) digital, yang proses penyambunganya dikendalikan oleh satu program yang disimpan dalam prosesor SPC, serta bagian lintas percakapan antar pelanggan sudah bekerja secara digital. Kelebihan sistem SPC digital adalah kecepatan proses penyambungnya. Kalau dalam sentral otomat elektromekanik satuan waktunya adalah mili detik, maka dalam sentral SPC digital proses penyambungnya dalam mikro detik. Kelebihan lain sentral digital adalah tidak adanya gesekan atau gerakan mekanik sehingga usia pakai peralatan lebih tahan lama. Kelemahan mendasar dari sentral


Rummi Sirait


9

digital adalah komponen elektronika yang peka terhadap perubahan suhu sehingga untuk sentral digital memerlukan ruang ber-AC full time.


Rummi Sirait


10

pulse code modulation

Recommend Documents