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) ........................ (1)
2. 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)
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Rummi Sirait SISTEM TRANSMISI TELKOMUNIKASI 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 level-
level 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................................................................... (2)
Dimana : 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.
Gambar 1. Proses Sampling
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Rummi Sirait SISTEM TRANSMISI TELKOMUNIKASI 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.
Contoh sinyal bicara : 300 s.d 3400Hz Þ frekuensi tertinggi 3.4KHz, dilakukan
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. Masing-
masing 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
tersebut berada. Nomor selang dikodekan menjadi bilangan biner 8 bit yg memberikan
kemungkinan 28 atau 256 level, 128 level diatas nol, dan 128 dibawah nol.
Setiap kode yg melambangkan level amplitudo cuplikan disebut satu kata PCM (PCM
word).
Kecepatan cuplikan 8000 kali perdetik dan setiap cuplikan diwakili 8 bit, maka untuk
saluran PCM tunggal terdapat 64.000 bit per detik.
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Rummi Sirait SISTEM TRANSMISI TELKOMUNIKASI 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
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Rummi Sirait SISTEM TRANSMISI TELKOMUNIKASI 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 :
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
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Rummi Sirait SISTEM TRANSMISI TELKOMUNIKASI 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 kode-
kode 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 :
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
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Rummi Sirait SISTEM TRANSMISI TELKOMUNIKASI 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.
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Rummi Sirait SISTEM TRANSMISI TELKOMUNIKASI 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
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Rummi Sirait SISTEM TRANSMISI TELKOMUNIKASI 9
digital adalah komponen elektronika yang peka terhadap perubahan suhu sehingga
untuk sentral digital memerlukan ruang ber-AC full time.
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Rummi Sirait SISTEM TRANSMISI TELKOMUNIKASI 10