Gambar Konversi Analog-to-Didital
Metoda yang dipakai pada pendigitalan sinyal analog:
1. Pulse Amplitude Modulation (PAM)
2. Pulse Code Modulation (PCM)
PAM telah dipakai pada banyak aplikasi, namun tidak berdiri sendiri dalam pemakaiannya di komunikasi data. PAM sebagai langkah pertama sebelum menjadi metoda lainnya disebut PCM.
1. Pulse Amplitude Modulation (PAM)
Teknik ini mengambil sinyal analog, menculiknya (supling) dan membangkitkan sederetan pulsa. Pencuplikan berarti mengukur amplitude sinyal pada interval/level yang sama. Disini dipakai metode yang dinamakan sample and hold.
Mengubah sinyal PAM menjadi sinyal digital (A – D Converter).
Pada PCM-30 berlaku Hukum Companding-A :
a. Setiap pulsa PAM ditempatkan pada polaritas positif atau negatif; dan ditandai dengan huruf “S”:
- Untuk Polaritas Positif S = 1
- Untuk Polaritas Negatif S = 0
b. Setiap polaritas dibagi menjadi 8 segment; segment ke -0 s/d 7, dan ditandai dengan huruf “ABC”.
c. Setiap segment dibagi menjadi 16 sub- segment (interval); interval ke-0 s/d 15, dan ditandai dengan huruf “WXYZ”.
Sehingga setiap pulsa PAM akan diubah menjadi sinyal digital dengan susunan bit-bitnya sbb. :
Dalam kaitan dengan proses kuantisasi dan coding ini, dikenal adanya
hukum companding; dan didalam PCM-30 berlaku Hukum Companding
“A”, yang mempunyai aturan sbb. :
1. Meletakan sinyal kedalam 2 polaritas; yaitu polaritas positive, yang ditandai dengan satu digit “1”; atau polaritas negative yang ditandai dengan satu digit “0”.
2. Setiap Polaritas dibagi menjadi 8 segment; yang ditandai dengan tiga digit “0” dan/atau “1”, dengan no. mulai dari “0” s/d “7”.
3. Setiap segment dibagi lagi menjadi 16 subsegment, atau interval; dan ditandai dengan empat digit “0” dan/atau “1”, dengan no. mulai dari “0” s/d “15”.
PCM ( PULSE CODE MODULASI )
Principle of PAM; (1) original Signal, (2) PAM-Signal, (a) Amplitude of Signal, (b) Time
1.1 PCM
Rangkaian PCM
PCM atau Pulse Code Modulation adalah sebuah A/D converter yang dapat merubah snyal analog menjadi sinyal digital, proses perubahan sinyal analog menjadi sinyal digital dapat digambarkan sebagai berikut :
1.2 PCM 30
PULSE CODE MODULATION-30
( PLESIOCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY ORDER-1)
1.2.1 Fungsi PCM 30 :
1. Coder (Konverter A/D) :
Mengubah sinyal analog (dengan frekwensi suara 300 - 3400 Hz) menjadi sinyal digital 64 Kbit/s..
2. Multiplexing :
Menggabungkan 30 kanal sinyal digital 64 kbps paralel menjadi satu deretan sinyal unipolar 2048 Kbit/s NRZ.
3. Line Coding :
Mengubah sinyal unipolar 2048 Kbps NRZ menjadi sinyal bipolar 2048 Kbps HDB-3..
1.2.2 APPLIKASI PCM - 30
1. Menghubungkan Sentral Analog dengan Multiplex Digital Order Tinggi
2. Menghubungkan Sentral Analog dengan Sentral Analog
3. Menghubungkan Sentral dengan RK
4. Menghubungkan Sentral Digital dengan Perangkat Transmisi Analog
5. Menghubungkan Terminal Data dengan Perangkat Multiplex digital Order Tinggi
1.2.3 Konfigurasi PCM 30
1.2.4 PCM 30 Arah Kirim
1.2.4.1 Block Diagram PCM-30 (Arah Kirim)
1.2.4.2 Cara Kerja PCM – 30 (Arah Kirim)
1.2.4.1. Band Pass Filter :
1.2.4.2. Sampling
1.2.4.3. Kuantisasi.
a. Proses Pemberian harga terhadap sinyal PAM; yang besarnya sesuai dengan harga
tegangan pembanding terdekat.
b. Setiap pulsa akan diletakan kedalam polaritas positif atau polaritas negatif.
c. Setiap polaritas dibagi menjadi beberapa segment/sub segment(interval).
d. Kuantisasi ada 2 macam :
- Uniform (Linear)
- Non-uniform (Non-linear)
1.2.4.4 Coding
Lihat Gambar berikut.
1.2.4.4 Multiplexing
a. Prinsip : Time Division Multiplexing
b. Metode : “Word-by-Word Interleaving” atau “Byte-by-byte Interleaving”; atau “Cyclic Word Interleaving” atau “Cyclic Byte Interleaving
c. Menggabungkan :
- 30 kanal telepon 64 kbps,
- 1 kanal signalling 64 kbps
- 1 kanal FAS 64 kbps.
Menjadi satu deretan sinyal serial 2048 Kbps.
d. Setiap kanal menempati satu “Time Slot” (TS) :
- TS-0 untuk FAS/Alarm
- TS-1 s/d TS-15 untuk kanal telepon 1 s/d 15
- TS-16 untuk Signalling
- TS-17 s/d TS-31 untuk kanal telepon 16 s/d 30 .
1.2.4.5 Frame PCM – 30
1.2.4.6 Struktur Frame PCM-30.
- Satu Multi Frame, dengan panjang waktu 1 Multi Frame 2 mS
- Enam belas Frame, dengan panjang waktu 1 Frame 125 μS
- 32 TS/Frame, dengan panjang waktu 1 TS 3,9 μ S
- 8 Bit/TS, dengan panjang waktu 1 bit 488 nS
- Jumlah bit/Frame 256 bit
- Jumlah bit/Multi Frame 4096 bit
- Bit FAS sebanyak 7 bit ( 0011011); bit-2 s/d 8 TS-0, Frame-frame genap (frame- 0, 2, 4, dstnya.)
- Bit MFAS sebanyak 4 bit, dengan susunan 0000; terletak pada bit-1 s/d 4 TS- 16, Frame-0.
- Bit Signalling (4 bit/kanal); pada bit-1 s/d 4, dan bit-5 s/d 8 TS-16, Frame-1 s/d Frame-15.
- Bit Alarm (A1) sinyal 2 Mbit/s terletak pada bit-3 TS-0, Frame-frame ganjil (1, 3,5 dstnya).
- Bit Alarm (A2) sinyal 64 Kbit/s (Signalling) terletak pada bit-6 TS - 16, Frame-0.
1.2.4.7 Gambar Struktur Frame PCM 30
1.2.4.9 Line Coding
Konversi sinyal unipolar NRZ 2048 Kbps menjadi sinyal HDB-3 :
a. Digit “1” dikodekan menjadi tegangan positif atau negatif bergantian, yang polaritasnya selalu berlawan dengan digit “1” sebelumnya.
b.Digit-0 dikodekan menjadi tegangan 0 volt.
c.Deretan digit “0” berturutan maksimum 3 buah.
d. Jika digit “0” berturutan > 3; maka digit “0” ke-4 atau kelipatannya harus diubah menjadi bit “VIOLASI”, yang polaritasnya sama dengan polaritas bit “1” sebelumnya.
e. Jika sebelum bit-V ada bit-1 genap, atau tidak ada bit-1 nya; maka bit-0 pertama dari setiap 4 bit-0 harus diubah menjadi bit-1 tambahan, yang polaritasnya berlawanan dengan bit “1” sebelumnya.
1.2.4.10 Generator Timing Clock.
Generator Timing Clock berfungsi untuk membangkitkan timing clock yang dibutuhkan untuk seluruh proses pada PCM-30 arah kirim.
Untuk arah kirim sumber dari generator clock tersebut bisa x-tall oscillator internal, atau bisa juga frekwensi yang berasal dari luar.
1.2.5 PCM - 30 Arah Terima
1) Fungsi Line Coding :
Konversi sinyal 2048 Kbit/s HDB-3 menjadi sinyal 2048 Kbit/s NRZ.
2) Fungsi Demultiplexing :
Memisah sinyal serial 2048 Kbit/s NRZ menjadi 30 kanal sinyal digital 64 kbps paralel.
3) Fungsi Decoder (Konverter D/A) :
Konversi sinyal digital 64 Kbit/s menjadi sinyal analog (frekwensi suara 300 - 3400 Hz).
1.2.5.2 Cara Kerja PCM – 30 Arah Terima
1.2.5.2.1 Line Coding.
Mengubah sinyal 2048 Kbit/s HDB-3 menjadi sinyal 2048 Kbit/s unipolar NRZ :
a. Setiap deretan bit 1+0 0 1+ atau 1-0 0 1- akan dikonversi menjadi deretan bit 0 0 0 0.
b. Setiap deretan bit 1+0 0 0 1+ atau 1-0 0 0 1- akan dikonversi menjadi deretan bit 1 0 0 0 0.
1.2.5.2.2 Demultiplexing.
Memisah satu sinyal serial 2048 Kbit/s NRZ menjadi 32 kanal sinyal digital 64 kbps paralel :
a. 30 kanal telepon 64 kbps,
b. 1 kanal signalling 64 kbps
c. 1 kanal FAS 64 kbps.
1.2.5.2.3. Decoder (Konverter D/A) :
Konversi sinyal digital 64 Kbit/s menjadi sinyal analog dalam bentuk PAM.
4. Filtering.
Low Pass Filter (LPF) akan membangun kembali dari bentuk sinyal PAM menjadi bentuk sinyal sinusoidal murni.
LPF ini hanya melewatkan komponen frekwensi 3400 Hz kebawah.
1.2.5.2.3.5. Generator Timing Clock.
Generator Timing Clock berfungsi untuk membangkitkan timing clock yang dibutuhkan untuk seluruh proses pada PCM-30 pada arah terima.
Sumber dari generator timing clock adalah dari stasiun lawan, yang diterima bersamaan dengan sinyal informasi 2048 Kbps, sehingga clock timing antara penerima dan pengirimnya selalu sinkron
Modulasi Kode Pulsa (Pulse Code Modulation)
Pulse Code Modulation (PCM) didasarkan atas teori sampling, yang menyataka:
Bila suatu sinyal f(t) disampel pada waktu interval teratur dan pada rate yang lebih tinggi dua kali dibanding frekuensi sinyal tertinggi, maka sampel tersebut memuat segala informasi dari sinyal yang asli. Fungsi f(t) bisa direkonstruksi dari sampel-sampel ini dengan penggunaan Penyaring Lolos Rendah (low-pass filter)
Bagi pembaca yang tertarik, disediakan sebuah bukti di Lampirkan 5.A. Bila data suara
Digitalisasi
Konversi dari data analog ke data digital
Data digital dapat ditransmisikan dengan menggunakan NRZ-L
Data digital dapat ditransmisikan dengan menggunakan code selain NRZ-L
Data digital dapat dirubah menjadi sinyal analog
Konfersi analog ke digital menggunakan code
Pulse code modulation
Modulasi delta
Pulse Code Modulation(PCM) (1)
Jika sinyal diambil pada interval regular kecepatannya lebih tinggi daripada kedua sinyal frekuensi, sample menahan banyak informasi pada sinyal original – (Proof - Stallings appendix 4A)
Batas data voice(suara) sampai 4000Hz
Membutuhkan 8000 sample tiap detik
Sample-sample analog (Pulse Amplitude Modulation, PAM)
Tiap sample diberikan nilai digital
Pulse Code Modulation(PCM) (2)
Sistem 4 bit memberi 16 level
Kualitas
Kualitas error atau noise
Kira-kira diartikan dimungkinkan untuk menutup kembali ketepatan original
8 bit sample memberi 256 level
Perbandingn kualitas dengan transmisi analog
8000 samples tiap detik pada tiap 8 bit memberi 64kbps
dibatasi berfrekuensi dibawah 4000 Hz, prosedur lama dapat menjelaskannya, 8000 sampel per detik akan cukup mampu mengkarakteristikkan sinyal suara dengan lengkap. Patut dicatat, bagaimanapun juga, bahwa ini merupakan sampel-sampel analog, yang disebut sebagai sampel Pulsa Amplitudo Modulasi (PCM). Untuk mengubah menjadi digital, masing-masing sampel analog ini harus ditandai dengan suatu kode biner. Gambar 5.10 menunjukkan contoh di mana masing-masing sampel didekati dengan terkuantisasi menjadi satu dari 16 level yang berbeda. Kemudian masing-masing sampel ditunjukkan melalui 4 bit. Namun karena nilai-nilai yang di kuantisasi merupakan perkiraan, tidak mungkin bisa mewakili sinyal yang asli dengan sangat tepat. Dengan menggunakan sampel 8-bit, yang memungkinkan 256 level kuantisasi, mutu sinyal suara yang diwakili mampu dibandingkan dengan sinyal suara yang diperoleh melalui transmisi analog. Patut dicatat bahwa hal ini menyatakan secara tidak langsung bahwa rate data 8000 sampel per detik x 8 bit per sampel = 64 kbps diperlukan untuk sinyal suara tunggal. Jadi, PCM memulai dengan suatu waktu-kontinu, sinyal amplitudo-kontinu (analog), dari mana sinyal digital dihasilkan. Sinyal digital terdiri dari blok-blok n bit, dimana setiap bilangan bit n adalah amplitudo pulsa PCM. Pada penerima, proses ini dibalik agar menghasilkan sinyal analog. ingat, bagaimanapun juga, proses ini melanggar perihal teori pengambilan sampel. Dengan mengkuantisasi pulsa PAM, sinyal yang asli sekarang hanya pendekatannya dan tidak dapat diperbaharui dengan tepat. efek ini dikenal sebagai. Error Terkuantisasi atau Derau kuantisasi. Perbandingan sinyal-terhadap-derau untuk derau kuantisasi dapat dinyatakan sebagai [GIBS93].
Jadi, masing-masing bit tambahan yang dipergunakan untuk kuantisasi meningkatkan SNR kira-kira 6 dB, yang merupakan faktor 4. Biasanya, skema PCM diperhalus menggunakan teknik yang disebut pengkodean nonlinear, yang artinya bahwa level-level kuantisasi tidak dipergunakan sama. Problem yang didapat bila sinyal diperlakukan sama adalah membuat rata-rata error absolut untuk setiap sampel juga sama, tanpa memperhatikan level sinyal. Akibatnya, nilai-nilai amplitudo yang lebih rendah relatif lebih terdistorsi. Dengan memperbesar jumlah langkah-langkah kuantisasi untuk sinyal-sinyal beramplitudo rendah, serta memperkecil jumlah langkah-langkah kuantisasi untuk sinyal beramplitudo besar, dapat diperoleh pengurangan yang nyata di semua distorsi sinyal (misalnya, lihat Gambar 5.11)Efek yang sama dapat diperoleh dengan menggunakan kuantisasi yang seragam tetapi juga melakukan Companding (penyingkatan diperluas) dari sinyal analog input. Companding adalah proses mempersingkat rentang intensitas sebuah sinyal dengan penambahan lebih banyak penguat untuk sinyal-sinyal yang lemah dibanding terhadap sinyal yang kuat pada input. Pada output operasi Pembalikan digunakan. Gambar 5.12 adalah sebuah contoh fungsi companding.Pengkodean nonlinear secara signifikan meningkatkan rasio PCM SNR. Untuk sinyal-sinyal suara, peningkatan sebesar 24 sampai 30 dB diperoleh.
Gambar. Effect of Non-Linear Coding
Gambar. Jenis Fungsi Companding
Gambar. PCM Block Diagram
Tidak ada komentar:
Posting Komentar