TRANSMISSION IMPAIRMENTS&CHANNEL CAPACITY

KOMUNIKASI DATA

Oleh:Kelompok 3

1. Ach. Ali Asfahani120505140232. Saiful Nidzom120505140283. Sambudi120505140314. Chita Riska Handini12050514204

Elektronika Komunikasi B 2012Rabu / 4-6 ( 09.40 12.20)

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTROJURUSAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS NEGERI SURABAYA2015GANGGUAN TRANSMISIDalam system komunikasi apapun sinyal yang diterima pasti berbeda dengan yang dikirimkan. Hal ini terjadi dikarenakan adanya gangguan baik dalam pengiriman maupun pada saat pentransmisian sinyal. Gangguan-gangguan ini dapat menurunkan kualitas sinyal. Pada saat pentransmisian sinyal terjadi gangguan-gangguan yang menyebabkan perbedaan antara sinyal asli dengan sinyal yang diterima. Gangguan-gangguan ini berupa:1. Atenuasi dan distorsi atenuasi2. Distorsi tunda3. Noise.

a) AtenuasiKekuatan dari sinyal akan sangat jauh berkurang apabila jarak yang dituju oleh sinyal informasi berada sangat jauh dari sumber. Untuk komunikasi dengan menggunakan kabel, penurunan kekuatan atau atennuasi biasanya bersifat eksponensial sehingga umumnya dinyatakan dalam satuan desibel (db). Untuk media tanpa kabel (wireless) atenuasi yang terjadi mempunyai fungsi yang lebih rumit dibandingkan dengan komunikasi dengan kabel. Untuk membangun sebuah system transmisi yang baik, maka diperlukan pertimbangan terhadap tiga factor. Tiga factor tersebut adalah, (1) Sinyal yang diterima harus cukup kuat sehingga rangkaian penerima dapat mendeteksi sinyal, (2) Sinyal tersebut harus mempertahankan tingkat yang lebih tinggi dari noise sehingga dapat diterima tanpa kesalahan, (3) atenuasi berfariasi mengikuti frekuensi.Masalah pertama dan kedua dapat diselesaikan dengan penggunaan amplifier dan repeater. Sedangkan untuk permasalahan ketiga tampak jelas pada pentransmisian sinyal analog. Oleh karena atenuasi berubah-ubah sesuai dengan fungsi frekuensi, sinyal yang diterima terdistorsi sehingga mengurangi tingkat kejelasan. Untuk mengatasi hal ini, salah satunya dapat dilakukan dengan menggunakan loading coil (gulungan muatan) yang biasa diletakkan pada saluran telepon yang nantinya akan mengubah sifat elektrik dari salulran tersebut., hasilnya akan meratakan efek-efek dari atenuasinya. Pendekatan lainnya adalah dengan menggunakan amplifier yang memperkuat frekuensi tinggi, bahkan mampu memperkuat frekuensi yang berada di bawahnya.

b) Distorsi TundaDistorsi terjadi dikarenakan kecepatan penyebaran sinyal melalui suatu media (kabel) bervariasi mengikuti frekuensi. Untuk sinyal, kecepatan cenderung paling tinggi ketika berada didekat pusat frekuensi (sumber) sedangkan akan menurun pada saat menjauhi pusat frekuensi (sumber). Jadi, berbagai komponen frekuensi dari suatu sinyal akan tiba pada penerima pada waktu-waktu yang berbeda-beda menghasilkan perubahan fase antara frekuensi-frekuensi yang berbeda.Distorsi tunda sangat penting bagi penstransmisian data digital. Mengingat bahwa urutan bit yang ditransmisikan, baik dengan menggunakan sinyal analog maupun digital akan mengalami penundaan sehingga memungkinkan satu bit akan berpindah ke bit yang lain. Hal ini akan menimbulkan gangguan yang disebut dengan gangguan intersimbol, yang merupakan batasan utama terhadap kecepatan bit maksimum sepanjang kanal transmisi.Contoh gambar delay distortion

c) NoiseUntuk pentransmisian data apapun, sinyal yang diterima akan berupa sinyal informasi yang dikirimkan, dimodifikasi oleh berbegai distorsi yang ada dan terdapat tambahan sinyal-sinyal yang tidak diinginkan. Sinyal-sinyal tambahan yang tidak diinginkan tersebut disebut dengan noise. Beberapa macam noise antara lain sebagai berikut:

1) Noise ThermalThermal noise ini terdapat di semua media transmisi dan pada semua peralatan komunikasi. Disebabkan oleh panas elektron dalam konduktor (agitasi termal elektron), sehingga tidak dapat dihapus / dilenyapkan. Thermal noise memiliki distribusi energi yang uniform pada spektrum frekuensi dan memiliki distribusi level yang normal (Gaussian).Thermal noise merupakan faktor penentu batas bawah sensitivitas sistem penerima. Thermal noise tidak terlalu berpengaruh untuk transmisi voice, tetapi akan sangat berpengaruh pada komunikasi data. Dalam komunikasi data impuls noise dapat membuat cacat sinyal yang diterima, sehingga data atau informasi yang dibawa dapat berubah artinya.Thermal noise dapat didekati oleh suatu white noise yang memiliki rapat spektral daya yang uniform pada spektrum frekuensi. Semua peralatan dan media transmisi mempunyai saham dalam timbulnya thermal noise jika temperaturnya di atas 0o (derajat Kelvin).Jumah noise thermal yang dapat ditemukan dalam sebuah bandwidth 1 Hz dalam perangkat atau konduktor appaun adlaah :

(W/Hz)

Dimana N0= kerapatan daya noise dalam watt per 1Hz bandwidthk= Konstanta Boltzman 1,38 x 10-23 J/K

Noise tersebut diasumsikan tidak bergantung pada frekuensi. Jadi, noise thermal dalam watt yang diitampilkan dalam bandwidth B Hertz dapat dinyatakan sebagai:

N = k . T . B

Atau, dalam desibel-watt

N= 10 log k + 10 log T + 10 log B = -228,6 dBW + 10 log T + 10 log B2) Noise IntermodulasiApabila sinyal-sinyal dengan frekuensi berbeda bersamaan memakai medium transmisi yang sama, sehingga menghasilkan sinyal-sinyal pada suatu frekuensi yang merupakan penjumlahan atau pengalian dari dua frekuensi asalnya. Sebagai contoh sinyal dengan frekuensi f1 dan f2 maka akan mengganggu sinyal dengan frekuensi f1 dan f2, hal ini timbul karena ketidak linearan dari transmitter, receiver atau sistim transmisi.Intermodulation noise biasanya muncul ketika kita melewatkan dua sinyal masing-masing dengan frekuensi misalkan f1 danf2 melalui suatu medium atau perangkat non-linier, maka akan dihasilkan frekuensi-frekuensi spurious yang berasal dari frekuensi harmonisa sinyal. Frekuensi-frekuensi spurious ini bisa terletak di dalam atau di luar pita frekuensi kerja yang diinginkan.Intermodulasi ini dapat terbentuk dari frekuensi harmonisa suatu sinyal. Untuk contoh di atas maka intermodulasi yang terjadi akan mempunyai frekuensi-frekuensi sebagai berikut ini : harmonic yang pertama : F1 F2 harmonic yang kedua : 2 F1 FR ; F1 2 F2 ; dst harmonic yang ketiga : 2 F1 2 F2 ; 3 F1 F2 ; dstIntermodulation Noise dapat timbul karena berbagai macam hal, antara lain: Level input terlalu tinggi sehingga perangkat berkerja daerah non-linier Kesalahan penalaan perangkat sehingga perangkat bekerja secara non-linier. Level setting yang tidak baik. Jika level dari input dari suatu peralatan terlalu tinggi, maka peralatan akan bekerja pada suatu daerah kerja yang non linier. Hal ini yang disebut sebagai over drive. Penempatan komponen yang kurang benar yang menyebabkan peralatan bekerja pada daerah kerja yang non linier. Kerusakan perangkatMeskipun penyebab dari intermodulation noise ini berbeda dengan penyebab dari thermal noise, akan tetapi dampak serta bentuknya sama. Salah satu cara untuk menanggulangi intermodulation noise ini adalah dengan pengaturan penggunaan frekuensi.

3) CrosstalkDitimbulkan oleh kopel elektrik antara kabel yang diletakkan berdekatan, misalnya antara twisted pair / kabel coaxial yang membawa multiple sinyal,yang merupakan penghubung antar sinyal yang tidak diinginkan. Bicara Silang (Cross Talk) akan semakin jelas atau bertambah apabila jarak yang ditempuh semakin jauh, sinyal yang ditransmisikan semakin kuat/besar atau semakin besar frekuensinya.Misalnya pada percakapan telepon mendengar suara lainnya, sinyal pemancar yang ditangkap antena.Ada 3 (tiga) hal penting yang menyebabkan timbulnya crosstalk. Hal tersebut adalah : Electrical coupling diantara media transmisi, misalnya antara pasangan-pasangan kawat pada sistem komunikasi yang menggunakan kabel sebagai media transmisinya. Pengendalian yang kurang baik dari frekuensi respons misalnya design filter yang kurang baik. Non linearity pada analog multiplex system (FDM).

Ada dua tipe crosstalk: Intelligible crosstalkBila crosstalk menyebabkan paling tidak ada empat kata yang dapat didengar (dari sumber yang tidak diinginkan) selama percakapan 7 detik Unintelligible crosstalkSetiap bentuk gangguan akibat crosstalk lainnya

4) Noise ImpulsTerjadi karena adanya pulsa-pulsa yang tidak beraturan atau terputusnya bunyi yang relative pendek dan mempunyai amplitude yang relative tinggi. Hal tersebut dapat terjadi karena berbagai macam sebab, termasuk gangguan elektromagnetik eksternal, seperti hallintar dan kesalahan serta kerusakan dalam system komunikasi.Noise impuls umumnya hanya merupakan gangguan kecil pada data analog. Contohnya, transmisi suara dapat diganggu oleh bunyi klik dan gemerisik yang dapat mengurangi kejelasannya. Bagaimanapun juga, noise impuls adalah sumber terjadinya kesalahan dalam komunikasi data digital. Sebagai contoh, penurunan energy tajam dari durasi 0,01 detik tidak akan merusak data suara, namun akan mengurangi kira-kira sebanyak 560 bit data digital yang ditransmisikan pada 56 kbps.

Efek Noise Pada Sinyal Digital :

KAPASITAS KANALKapasitas kanal adalah rerata maksimum pada informasi yang bisa dikirim tanpa ada kesalahan dan untuk transmisi data diukur dalam satuan bit per second (bps). Rata-rata yang dapat dikirim dalam suatu kanal sebanding dengan bandwidth kanal tersebut. Di sini, terdapat empat konsep yang coba kita hubungkan satu sama lain, yaitu sebagai berikut. Data rate: Kecepatan dalam bit per second (bps) dimana data bisa berkomunikasi. Bandwidth: Bandwidth dari sinyal yang ditransmisikan oleh transmitter dan sifat dasar media transmisi dinyatakan dalam siklus perdetik atau Hertz. Noise: Level noise rata-rata yang melewati jalur transmisi. Laju kesalahan: Laju ketika kesalahan terjadi, dimana suatu kesalahan diterima sebesar 1 ketika 0 ditransmisikan atau diterima sebuah 0 ketika 1 ditransmisikan.Permasalahan yang sedang kita bahas adalah fasilitas-fasilitas komunikasi yang mahal dan umumnya semakin besar bandwidth fasilitas, maka seamakin besar biayanya. Selanjutnya, semua kanal transmisi dari kepentingan tertentu apa pun terbatasnya oleh bandwidth. Batasan-batasan tersebut muncul dari sifat-sifat fisik dari media transmisi atau dari pembatasan-pembatasan yang disengaja pada transmitter terhadap bandwidth untuk mencegah gangguan dari sumber-sumber lain. Oleh karena itu, kita menggunakan bandwidth yang ada seefisien mungkin. Untuk data digital, hal ini berarti bahwa kita akan mendapatkan kecepatan data setinggi mungkin dalam batas laju kesalahan untuk bandwidth yang ada. Penghalang utama untuk mencapai efesiensi tersebut adalah noise.

Nyquist BnadwidthUntuk mengawalinya, kita membahas kasus sebuah kanal yang bebas noise. Di lingkungan ini, batasan kecepatan data hanyalah bandwidth sinyal. Rumusan dari batasan ini berdasarkan Nyquist, menyatakan bahwa jika kecepatan trasnmisi sinyal adalah 2B, maka sinyal dengan frekuensi tidak lebih dari dari B cukup menghasilkan kecepatan sinyal. Begitu pula sebaliknya, jika bandwidth B maka kecepatan sinyal yang dapat dibawa adalah 2B. Batasan ini adalah efek dari gangguan antarsimbol, seperti yang dihasilkan oleh distorsi tunda. Hasilnya berguna dalam perkembangan skema pengkodean digital-ke-analog dan pada intinya berdasarkan turunan yang sama dengan teorema sampling.Jika sinyal-sinyal yang ditrasmisikan adalah biner, maka kecepatan data yang dapat didukung oleh B Hz adalah 2B bps. Bagaimanapun juga sinyal-sinyal yang memiliki dua level atau lebih dapat dipergunakan; yaitu masing-masing elemen sinyal dapat merepresentasikan dua bit. Dengan pensinyalan multilevel, rumus Nyquist menjadi:C = 2B log2 Mdimana M adalah jumlah sinyal diskrit atau level tegangan.Jadi, untuk bandwidth yang ada, kecepatan data dapat ditingkatkan dengan menambah sejumlah elemen-elemen sinyal yang berbeda. Bagaimanapun juga, hal ini menambah beban pada penerima: dibandingkan dengan satu dari dua elemen-elemen sinyal khusus sepanjang masing-masing waktu sinyal, haruslah dibedakan satu dari sinyal-sinyal M. Noise dan gangguan-gangguan lain pada jalur transmisi akan membatasi nilai praktis M.

Rumus Kapasitas ShannonJika Nyquist menyatakan kanal tanpa noise, maka persamaan shannon adalah menyatakan hubungan kapasitas kanal dengan noise yang terjadi. Sekarang, pertimbangan keterkaitan antara kecepatan data, noise, dan laju kesalahan. Kehadiran noise dapat merusakan satu bit atau lebih. Jika kecepatan data meningkat, maka bit menjadi lebih pendek sehingga lebih banyak bit dapat dipengaruhi oleh pola noise yang ada.Seluruh konsep ini dapat disatukan bersama-sama dengan teratur dalam sebuah rumus yang dikembangkan oleh seorang matematikawan Claude Shannon. Pada tingkat noise tertentu, kita berharap kekuatan sinyal yang lebih besar akan meningkatkan kemampuan untuk menerima data dengan benar dalam kehadiran noise. Parameter kunci yang terlibat dalam penalaran ini adalah rasio sinyal-terhadap-derau (signal-to-noise ratio SNR, atau S/N), yang merupakan rasio daya dalam suatu sinyal terhadap daya yang ada dalam noise yang muncul pada titik tertentu dalam transmisi. Umumnya, rasio ini diukur pada sebuah penerima, karena rasio pada titik ini dimaksudkan untuk mengolah sinyal dan memulihkan data. Untuk mempermudah, rasio ini sering kali ditunjukkan dalam desibel:= Hal ini menyatakan jumlah dalam desibel dimana sinyal sinyal yang dimaksud melebihi tingkat noise. SNR yang tinggi berarti suatu sinyal berkualitas tinggi dan repeater perantara yang dibutuhkan jumlahnya sedikit.Rasio signal - to - noise sangatlah penting dalam transmisi data digital karena menentukan batas atas pada kecepatan data yang akan dicapai. Hasil yang diperoleh Shannon adalah kapasitas maksimum dalam bit per detik (bps) sesuai dengan persamaan:C = B dimana C adalah kapasitas kanal dalam bit per detik dan B adalah bandwidth kanal dalam Hertz. Rumus Shannon merepresentasikan nilai maksimum teoritis yang dapat dicapai. Bagaimanapun juga, dalam praktiknya hanya kecepatan yang jauh lebih rendah yang dapat dicapai.

Pernyataan Eb/N0Eb/N0 menyatakan rasio energy sinyal per bit terhadap kerapatan energi noise per Hertz. Pertimbangan sebuah sinyal digital atau analog yang mengandung data digital biner yang ditransmisikan pada kecepatan bit tertentu, R. Mengingat bahwa 1 Watt = 1/detik, energy per bit dalam sebuah sinyal dinyatakan dengan dimana S adalah kekuatan sinyal dan Tb adalah waktu yang dibutuhkan untuk mengirim satu bit. Kecepatan data R adalah . Dengan demikian,atau, dalam notasi desibel dimana S adalah tegangan sinyal dan Tb adalah waktu yang diperlukan untuk mengirim 1 bit.

Keuntungan Eb/E0 dibandingkan SNR adalah kuantitas SNR bergantung pada bandwidth. Hubungan antara Eb/E0 dengan SNR dapat dituliskan sebagai berikut:

Parameter N0 adalah kerapatan daya noise dalam Watt/Hertz. Oleh karena itu, noise dalam sebuah sinyal dengan bandwidth B adalah N = N0B. Setelah disubsitusikan kita dapatkan: