Universitas Mercu Buana Fakultas Teknologi Industri Jurusan

Universitas Mercu Buana
Fakultas Teknologi Industri
Jurusan Teknik Elektro
Modul I
Sistim Transmisi Telekomunikasi
Dasar transmisi Informasi
Oleh:
Nacep Suryana, MSc.
1
1.1.Pendahuluan
Pada umumnya suatu sistem yang lengkap akan mengandung suatu pemancar (transmitter), suatu medium pentransmisi di mana informasi ditransmisi, dan suatu.penerima (receiver)
yang menghasilkan suatu replika (salinan) informasi masukan (input) di keluaran (output)-nya.
Dalam kebanyakan pesawat komunikasi, pentransmisian informasi sangat berhubungan dengan
modulasi atau perubahan waktu suatu sinyal sinusoida tertentu, yang dinamakan pembawa
(carrier). Suatu.diagram sistem yang khas Nampak dalam Gambar 1-1. .
Pada umumnya pemancar mengandung sumber informasi yang ditransmisi (dalam alat
penyelidik ruang angkasa) dapat berupa sinyal-sinyal suara, sinyal Televisi, printout komputer,
data telemetri, atau mungkin data telemetri yang
ditransmisi dari suatu instalasi yang
dioperasikan secara otomatis dari jauh ke suatu stasiun kontrol sentral. Ketika sinyal-sinyal
melewati medium transmisi [atau yang sering disebut sebagai saluran (channel), sinyal
terdistorsi, noise/bising dan sinyal-sinyal penginterferensi (pengganggu ) ditambahkan, dan ini
menjadi salah satu tugas utama kita untuk menafsirkan secara benar sinyal-sinyal yang akhirnya
diterima di tujuan yang diinginkan.
Salah satu bahasan pada mata kuliah ini adalah membahas secara terperinci efek
pentransmisian sinyal bermacam-macam tipe pada saluran-saluran pendistorsi-baik mereka
berupa kabel-Kabel maupun kawat-kawat untuk komunikasi telepon, ruang untuk transmisi
radio, maupun saluran-saluran yang lebih eksotik seperti air (komunikasi bawah air) atau bumi
(kommunikasi seismik). Kita akan meninjau batasan-batasan pada transmisi informasi yang
disebabkan oleh distorsi transmisi dan Noise, dengan mempergunakan model-model sederhana
untuk efek-efek tersebut.
2
Kita akan rnernbandingkan bermacarn-macarn cara pentransmisian informasi yang
diinginkan, rnaupun bermacam-rnacam teknik yang dipergunakan di penerirna, untuk rnelihat
bagaimana kita dapat rnemperbaiki transrnisi sinyal di bawah pengaruh-pengaruh penganggu
yang ada.
1-2. PERENCANAAN SISTEM TRANSMISI DIGITAL
Untuk rnengernbangkan pernbahasan selayang-pandang pada masalah umurn transmisi
inforrnasi dan rnengarahkan secara lebih spesifik beberapa perrnasalahan yang dijurnpai dalam
komunikasi, dalam bagian ini kita akan rnembahas secara terperinci persoalan pentransrnisian
suatu pesan data digital tak tertentu dari suatu titik ke titik lain. Kita meninjau pesan data digital
(binary atau biner) karena data semacam ini secara cepat rnenjadi bentuk yang paling umum data
transmisi, baik pesan secara langsung berbentuk digital, seperti dalam kasus printout kornputer,
maupun pesan yang diubah ke dalam format digital, seperti yang terjadi pada data yang
ditelemetri dan pada banyak komunikasi suara telepon. Pesan data biner kita perkenalkan dalam
bagian ini untuk kemudian akan dipergunakan, sebagai suatu bentuk sinyal sederhana.
,
Yang kita rnaksudkan dengan sinyal atau pesan biner adalah urutan dua jenis pulsa yang
bentuknya diketahui, yang terjadi pada selang-selang jarak yang teratur, seperti yang ditunjukkan
dalam Gambar 1-2. Meskipun bentuk pulsa diandaikan diketahui sebelumnya, terjadinya satu
atau lainnya, katakanlah 1 atau 0 dalam Gambar 1-2, tak diketahui sebelumnya, dan informasi
sebetulnya yang dibawa diberikan oleh urutan tertentu binari 1 dan 0 yang datang. Untuk
mudahnya dalam modul ini kita biasanya mempergunakan pulsa berbentuk segi empat Gambar
1-2a dan b, meskipun bentuk sinyal tipe-tipe lain juga dapat dipergunakan dengan baik.
3
Gambar 1.2. Transmisi sinyal biner. (a). deretan on-off. (b). Deretan Polar. (c). Bentuk
gelombang sembarang.
Pulsa-pulsa tersebut ditunjukkan secara teratur setiap I/R detik, atau pada suatu laju R/detik.
Pada umumnya I/R dinamakan sebagai selang biner, dan sumber sinyal dikatakan menghasilkan
R digit biner atau bit per detik (bit berasal dari binary digit). Sebagai contah, jika l/R = 10-3 detik,
R adalah 1.000 bit/detik. Jika I/R = µdetik, maka R = 1O6 bit / detik.
Sekarang kita andaikan bahwa deretan simbal-simbal biner ini ditransmisi ke suatu tujuan
yang jauh. Suatu diagram blok sistem, yakni versi yang lebih terperinci Gambar 1-1. ditunjukkan
dalam Gambar 1-3. Dua filter (saringan) yang ditunjukkan, satu di pemancar dan lainnya di
penerima, menyatakan penyaringan sinyal-sinyal baik secara bawaan sudah ada dalam sistem
rangkaian maupun yang secara sengaja dimasukkan sebagai bagian dari rancangan.
Pendemodulasi di penerima berfungsi untuk menghilangkan modulasi gelombang sinus
berfrekuensi tinggi yang masuk di pemodulasi pemancar Proses modulasi perlu agar sinyal dapat
dipancarkan secara efektif ke ruang (atau medium apa saja yang di dalam gambar dinyatakan
oleh saluran). Tujuan pendeteksi penerima adalah menghasilkan kembali, "sebaik mungkin",
urutan sinyal semula yang menyatakan data digital yang ditransmisi.
4
Gambar 1.3. transmisi pesan digital
.'
Beberapa bentuk gelombang yang khas, yang sesuai dengan yang terjadi di titik titik yang
diberi nomor dalam Gambar 1-3, ditunjukkan di skets dalam Gambar 1-4. Perhatikan bahwa
filter-filter menyebabkan simbol-simbol bertumpang-tindih ke dalam celah waktu yang
bersebelahan, menyebabkan kekacauan dalam penafsiran simbol dan kesalahan-kesalahan yang
mungkin pada luaran (output) sistem. Interferensi antar simbol adalah persoalan yang penting
dalam banyak sistem komunikasi data, terutama menganggu dalam transmisi data melalui kawatkawat telepon.
Pemodulasi yang dipilih dalam contoh ini kebetulan bertipe modulasi-amplitudo
(amplitude-modulation (AM)), dimana suatu pengosilasi gelombang sinus menyesuaikan
amplitudonya pada sinyal yang datang. Kita dapat menggambarkan dengan cara yang sama
output suatu pemodulasi yang diselaraskan-geser-frekuensi [frequency-shiftkeyed (FSK)],
dimana frekuensi pembawa berganti-ganti antara dua frekuensi, bergantung pada simbol yang
datang (ini adalah versi digital suatu sinyal FM), atau output yang diselaraskan-geser-phasa
[phase-shift-keyed (PSK)] , dimana polaritas (±) gelombang sinus bergantung pada simbol yang
datang.
5
Gambar 1.4. Bentuk-bentuk gelombang dalam sistim digital
Dalam contoh ini output yang diperlihatkan telah memasukkan noise/bising selama
transmisi, sehingga output pendemodulasi menyatakan jumlah bentuk gelombang sinyal yang
ditambah noise/bising. Perhatikan bahwa bising yang ditimbulkan berkecenderungan
mengaburkan sinyal jika keduanya sebanding besarnya. Beberapa saluran (kawat telpon,
misalnya) juga menimbulkan distorsi sinyal (meskipun efek ini dapat dimodelkan dengan
memasukkan ini dalam filter setelah pendemodulasi). Saluran-saluran juga menimbulkan
pelemahan (fading) sinyal, dimana amplitudo sinyal yang diterima dijumpai berfluktuasi secara
acak, atau yang dinamakan efek multi lintasan (multi path), dimana energi pemancar yang
diradiasikan untuk satu simbol sinyal, mengikuti beberapa lintasan berganti-ganti ke penerima,
nampak di penerima sebagai sederetan simbol yang diterima. Contoh-contoh tipe saluran
pelemah acak yang terakhir ini termasuk transmisi radio gelombang-pendek melalui ionosfir,
maupun komunikasi-komunikasi bawah air dan seismik. Untuk mudahnya, kita akan
menekankan efek-efek noise/bising tambahan dalam pembahasan berikutnya.
6
Filter penerima berfungsi untuk menghilangkan beberapa noise, tetapi kadang-kadang
menyebabkan pendistorsian lebih lanjut pada sinyal yang ditransmisi. Hal ini ditunjukkan dalam
Gambar 1-4, garis-garis yang diputus dalam bagian-bagian (4) dan (5) menyatakan bagian
noise/bising, sedangkan garis-garis penuh menyatakan jumlah gabungan sinyal dan bising.
Akhirnya untuk menghasilkan kembali pesan sinyal semula, pendeteksi harus mengambil
sampel output filter penerima sekali setiap selang bit dan menentukan "sebaik mungkin" apakah
itu suatu 1 atau 0 yang ditransmisikan. Jelaslah dari bagian (5) Gambar 1-4, bahwa waktu
pencuplikan yang tepat, dalam contoh ini, terjadi pada akhir setiap selang bit, karena pada saat
itu sinyal-sinyal yang disampel mencapai amplitudo maksimumnya. Tetapi kesalahan-kesalahan
dapat terjadi sehingga noise/bising mengaburkan simbol yang tepat. Contoh suatu kesalahan
yang terjadi ditunjukkan dalam bagian (6) Gambar 1-4.
Kita dengan sengaja mempergunakan kata-kata "sebaik mungkin" dua kali dalam pembahasan di
atas karena istilah itu memegang peranan penting dalam perencanaan secara keseluruhan setiap
sistem komunikasi. Dalam konteks sistem komunikasi digital sederhana yang telah kita
kemukakan, kata-kafa tersebut mempunyai arti agak persis. Jelaslah bahwa kita ingin
mentransmisi sembarang deretan simbol data dengan sekecil mungkin kesalahan atau kerugian
terjadi. Kenyataan bahwa kesalahan-kesalahan akan terjadi adalah jelas. Noise / Bising selalu
timbul dalam suatu sistem pentransmisi fisis yang mempunyai batasan-batasan daya sehingga
kita pada umumnya tak dapat menambah kekuatan sinyal sebanyak yang diperlukan agar
menanggulangi noise/bising, interferensi antar simbol yang seeara umum adalah persoalan yang
harus diperhatikan, fluktuasi-fluktuasi sinyal selama transmisi yang menimbulkan kesalahankesalahan yang mungkin terjadi, dan seterusnya.
Suatu perencanaan teknis yang lengkap dari suatu sistem data semacam ini harus
memperhatikan semua sumber kesalahan yang mungkin dan berusaha memperkecil efeknya. Hal
ini termasuk perencanaan yang tepat sinyal-sinyal pada sistim pentransrnisi. Yaitu: Bagaimana
kita membentuk sinyal-sinyal atau merencanakan filter pentransmisi? Misalkan kita diberikan
bermacam-macam cara mentransmisi simbol-simbol biner pada frekuensi tinggi yang
diperlukan-teknik AM, FSK, PSK, dan seterusnya yang ditunjukkan dalam Gambar 1-4, cara
mana yang paling tepat untuk persoalan yang ada, termasuk saluran tertentu di mana transmisi
akan berlangsung? Kita akan dapatkan, dari pembahasan pertanyaan tersebut kemudian, bahwa
ada memang untung-rugi (trade-off) yang biasa muncul di antara bermacam-macam teknik
7
modulasi. Jadi PSK, meskipun seeara umum paling efektif dari segi penghematan daya atau
memperkecil kesalahan, adalah sulit untuk dipergunakan pada saluran-saluran yang mengalami
pelemahan, dan penggunaannya menimbulkan persoalan-persoalan kontrol phasa yang berat.
Secara umum FSK kurang efektif karena adanya noise/bising dan memerlukan lebar pita sistem
yang lebih besar, tetapi lebih efektif pada saluran-saluran yg mengalami pelemahan.
Dengan pemilihan skema modulasi yang spesifik, bagaimana kita merancang penerima?
Bagaimana kita memperkecil interferensi antarsimbol dan bising? Bagaimana kita merancang
pendeteksi dan rangkaian pengambil-keputusan yang berhubungan dengan itu?
Di atas hanya beberapa pertanyaan perancangan yang timbul dalam pengembangan suatu
sistem digital. (Sebagai contoh kita telah mengabaikan persoalan pengaturan waktu yang
berhubungan dengan transmisi deretan 1 dan 0 setiap l/R detik. Hal ini terutama sangat penting
dalam merancang sistem dengan pemancar dan penerima yang berlokasi terpisah ribuan dan
bahkan jutaan mil, di mana bagaimanapun juga penerima harus selalu mempertahankan
pengaturan waktu yang sama seperti pemancar.).
Jika laju kesalahan sistem, yaitu banyak kesalahan rata-rata yang terjadi persatuan waktu
terlalu tinggi, maka sistem yang lebih kompleks konfigurasinya, dengan biaya yang juga
bertambah, harus dipergunakan. Termasuk dalam hal ini adalah teknik-teknik pengkodean sinyal,
pendeteksian kesalahan dan prosedur-prosedur pembetulan yang canggih, dan seterusnya.
Hal di atas menimbulkan pertanyaan yang sangat penting lainnya: Untuk suatu saluran tertentu
yang mana kita ingin berkomunikasi, apakah mungkin untuk tetap
- dapat memperbaiki
pelaksanaan tugas sistem, yaitu mengurangi laju kesalahannya, sebanyak yang kita inginkan,
dengan pertambahan kekomplekan/kecanggihan perencanaan sistem yang tepat? Ini dengan jelas
adalah suatu pertanyaan dasar dalam semua perencanaan komunikasi, karena jika jawabnya
"tidak", tak ada artinya babkan dalam berusaha merancang sistem yang lebih kompleks.
Untuk menjawab pertanyaan ini kita memilih mengemukakan persoalan dalam cara yang
agak lebih tepat. Sekarang pertanyaannya adalah: Dengan laju transmisi symbol-simbol biner, R
bit/detik yang tertentu, sesuai dengan daya yang ada dalam pemancar, apakah mungkin untuk
suatu saluran tertentu, mengurangi laju kesalahan sebanyak seperti yang kita inginkan (dengan
perencanaan dan kekompleksan sistem yang tepat)? Jawabnya, seperti yang pertama kali
dikemukakan oleh Claude Shannon dalam tahun 1948 hingga 1949 dalam suatu kerja yang
monumental adalah "ya", dengan suatu kualifikasi, yaitu, hasilnya dibatasi pada penelitian suatu
8
saluran yang hanya menimbulkan noise/bising (efek-efek interferensi antar simbol dan
pelemahan tak dimasukkan). Sejak itu oleh peneliti-peneliti lainnya hal di atas telah diperluas ke
beberapa saluran-saluran lainnya.
Shannon mendapatkan bahwa kemungkinan suatu kesalahan terjadi secara ideal dapat
dikurangi serendah seperti yang kita kehendaki dengan pengkodean yang tepat sinyal-sinyal
yang baru datang, asal laju pensinyalan biner R, dalam bit per detik, adalah kurang dari pada
suatu bilangan tertentu yang ditentukan oleh daya pemancar, noise/bising saluran, dan waktu
tanggap atau lebar pita saluran. Jika kita berusaha mendorong terlalu banyak bit per detik pada
saluran, kesalahan-kesalahan mulai akan naik dengan cepat. Laju maksimum transmisi sinyal
pada saluran dinamakan sebagai kapasitas saluran.
Karena jelas kapasitas saluran adalah konsep yang penting dalam perencanaan sistem, kita akan
mengkhususkan waktu kita untuk menyelidiki maknanya. Untuk menghindari kekacauan, kita
akan mempergunakan istilah kapasitas sistem, dan, seperti yang akan kita terangkan dalam seksi
berikutnya, semua bagian pemancar dan penerima, maupun saluran fisis, berperanan dalam
menentukan kapasitas.
9