ET2080 JARINGAN TELEKOMUNIKASI

ET2080 JARINGAN TELEKOMUNIKASI DasarTransmisi Radio TutunJuhana – Program StudiTeknik Telekomunikasi STEI - ITB

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 • 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

Padamodulasi CW, message bisamengubah-ubahamplituda, frekuensi, ataufasasinyalberfrekuensitinggi yang dimodulasi (lihatgambar) • Perubahaninidideteksioleh demodulator dipenerimasehingga message dapatdireproduksi ET2080 Jaringan Telekomunikasi

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

Envelope sinyaltermodulasi yang mengikutibentuksinyalpemodulasi (message) merupakancirikhasmodulasi AM • Ketikasebuahfrekuensipembawa sinusoidal denganfrekuensifc Hz dimodulasiolehsinyalpemodulasi sinusoidal padafrekuensi message fm Hz, makagelombangtermodulasiakanmengandungtigafrekuensiberikut: • Frekuensipembawa, fc Hz • Frekuensihasilpenjumlahanfrekuensipembawadanpemodulasi, (fc+fm) Hz • Frekuensihasilpenguranganfrekuensipembawaolehfrekuensipemodulasi, (fc-fm) Hz ET2080 Jaringan Telekomunikasi

Spektrum AM (untuk message yang berupa sinyal sinusoidal tunggal) carrier 0 fm fc - fm fc fc + fm Frequency/Hz Spektrum message pemodulasi Spektrum sinyal termodulasi ET2080 Jaringan Telekomunikasi

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

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

Gambar di bawah ini menunjukkan contoh dimana original message dengan baseband bandwidth W memodulasi sebuah frekuensi pembawa fc carrier Upper sideband Lower sideband 0 fc - W 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

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) • Pada AM, sinyalpembawaselaludikirimkanmeskipuntidakadainformasi yang dikirimkan • Paling tidak 50% dayatransmisi total adalahuntukmembawafrekuensipembawa • Inimerupakanpemborosandaya • Pada SCDSB, ataudisebut DSB saja, gelombangpembawaditekan (suppressed) sehinggaseluruhdayadigunakanuntuktransmisisidebands yang membawainformasi • Kerumitan transmitter dan receiver meningkattetapibukanmerupakankesulitandenganteknologisekarang • Contohpenggunaan SCDSB : dalamprosesinfromasi stereo padaanalog FM radio broadcasting systems

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 digunakandalamsistemtransmisi analog dandirancanguntukmengirimkansebanyakmungkinkanalteleponmelaluikanal yang bandwidth-nyaterbatas • Modulasi SSB menggandakankapasitastransmisidibandingkan AM maupun SCDSB. ET2080 Jaringan Telekomunikasi

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

Seluruhteknikmodulasi yang sudahkitabahastermasukkedalamkelasmodulasi CW linier yang memilikisifat-sifatberikut: • Bandwidth signal termodulasitidakpernahmelebihidua kali spektrum message • Spektrumtransmisipadadasarnyaadalahspektrum message yang digeser • S/N ditujuantidaklebihbaikdibandingkantransmisi baseband (tanpamodulasi). • Artinyadayasinyal noise yang terbawaketikasinyalditransmisikanakanterdeteksiolehpenerimabersama-samadengansinyaltermodulasidan S/N tidakmeningkatdalamprosesdeteksi • Selanjutnyakitaakanmembahasteknikmodulasiexponensial yang meliputifrequency modulation (FM) danphase modulation (PM) ET2080 Jaringan Telekomunikasi

Berbedadenganmodulasi linier, modulasi exponential bersifat nonlinear artinyaspektrumsinyaltermodulasitidak related secarasederhanakepadaspektrum message • Gelombangsinyaltermodulasisetelahmelewatimodulasiexponensialdapatdinyatakanolehpersamaanberikut • φ(t) menyatakanperubahanfasaataufrekuensi yang mengandung message • Acadalahamplituda yang konstan • ωc = 2πfc adalahfrekuensisudut (angular frequency) gelombangpembawa • Re artinyakitahanyamengambilbagian real darifungsieksponensial yang beradadidalamkurungkurawal • Sepertidapatkitalihat, message disisipkankedalamsudutgelombangpembawaataudidalamfungsiexponensialgelombangcosinus • Inilah yang menyebabkanteknikmodulasiiniseringdisebutjugaangle atauexponential modulation ET2080 Jaringan Telekomunikasi

Frequency Modulation (FM) • Pada FM, frekuensi sesaat gelombang pembawa diubah-ubah oleh pemodulasi (message) sedangkan amplitudanya tetap • Kinerja FM didalammenanggulangi noise sangatbaik • Jikaamplitudaterdistorsimaka receiver dapatmengembalikannyakenilaikonstarn yang seharusnya • Detektordipenerimahanyaakanmendeteksisaat-saatdimanakurvasinyalbernilainol (zero crossing) • Gangguanterhadapamplitudahanyamemilikisedikitefekterhadap crossing points

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

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 1.200-bps menggunakan dua frekuensi yaitu 1.300 Hz untuk binary 0 dan 2,100 Hz untuk binary 1 ET2080 Jaringan Telekomunikasi

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

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

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

Quadrature phase shift keying (QPSK) • Pada QPSK kitamenggunakanempatfasapadasinyalpembawa • Setiapfasamembawadua bit binary

Constellation diagram • Pada constellation diagram, sumbu I mengacu pada in-phasecarrier 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 kitaamati diagram konstelasi QPSK • Kita lihatbahwapada QPSK, berdasarkan diagram konstelasi-nya, kombinasi bit 01 dikirimkanmenggunakangelombangbawadenganpergeseranfasa +90° • Pada QPSK, amplitudagelombangpembawa yang digunakanadalahsama (jaraksemuatitiksinyalterhadaptitiktengahsama) ET2080 Jaringan Telekomunikasi

Untukmemahamikebutuhanspektraldigital phase modulation, kitaamatisebuahpembawa BPSK yang mewakili (sebagaicontohsaja) satu bit ‘0’ sepertipadagambardibawah • Lebarspektralnyatergantungpadadurasisimbolyaitu T ET2080 Jaringan Telekomunikasi

Symbol rateataumodulation rateyaitu sebesar1/T dinyatakandalam bauds • Kebanyakanspektrumsinyalterletakpadarentang fc-1/T sampai fc+1/T sepertiditunjukkanpadagambar • Binary 1 hanyadibedakanolehfasagelombangpembawasedangkanamplitudaspektrumnyasama • Jikakitanaikkan data rate BPSK menjadiduakalinya, makadurasisimbol T tinggalsetengahnya, konsekuensinya bandwidth sinyalmenjadidua kali • Di sisi lain, kitabisamenggandakan data rate tanpamenaikkan bandwidth bilamemakai QPSK (setiapsimbolmembawadua bit) • Jikadurasisimbolsamadengandurasisimbol yang digunakanpadaBPSKmakalebarspektralakansamajuga ET2080 Jaringan Telekomunikasi

Dengandemikian bandwidth transmisi QPSK samadengan bandwidth transmisi yang dibutuhkan BPSK tetapidengan bit rate yang lebihtinggi • Baud rate QPSK = Baudrate BPSK • Bitrate QPSK = 2 bitrate BPSK

Kita dapatmenaikkan data rate lebihtinggidenganmemakai 8 fasagelombangpembawa yang berbedasepertipadateknik 8-PSK • Jikamodulation ratesamadengan yang digunakanpada BPSK, 8-PSK memiliki bit rate 3 kali lebihtinggidaripada BPSK tetapimenempati pita frekuensi yang samadengan BPSK (bandwidthnyasamadengan yang digunakan BPSK)

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

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

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) • Teknikkombinasiinidisebutquadrature amplitude modulation (QAM) • Sebagaicontohmarikitalihatteknik 16-QAM dengan diagram konstelasiseperti yang diperlihatkanpadagambardibawah • 16-QAM menggunakan 3 amplitudadan 12 fasauntukmenghasilkan 16 gelombangpembawa yang berbeda yang masing-masingmewakilikombinasi 4 bit ET2080 Jaringan Telekomunikasi

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

Metodamodulasi yang optimum akantergantungpadakualitaskanaltransmisi • Padavoice-band modems, yang menggunakankanalbicara yang rendah noise, penggunaankonstelasi yang sangatbanyakhasilkombinasibanyakfasadanamplitudadapatdilakukan • Tetapidisisi lain, padakanaldengankualitasrendahsepertipadajaringanseluler, penggunaanmodulasi binary mungkinmerupakanpilihanterbaik • Kombinasi PM dengan AM digunakanpadabanyaksistemtransmisi digital modern sepertipadavoice-band modems, dandigital video broadcasting (DVB) systems yang menggunakan 64-QAM ET2080 Jaringan Telekomunikasi

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

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

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

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

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

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

Angkaredaman yang dihasilkanrumusfree-space lossbisadikatakanterlaluoptimis 30 dB untukkondisisebenarnya • Tambahanredamanbisadiakibatkanolehperbukitan, bangunanataudinding yang berdekatandenganjalurtransmisiantarapengirimdanpenerima • Kondisiini paling banyakditemukanpadakomunikasibergerakdimanaredamansebenarnyalebihtinggi 30 dB dibandingkandengan free-space loss • Untukmemperkirakantambahanpengaruhlingkunganinitelahdibuatbeberapa model propagasiuntukkeperluanperencanaanjaringan ET2080 Jaringan Telekomunikasi

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

ET2080 JARINGAN TELEKOMUNIKASI