Modul #10 TE3113 SISTEM KOMUNIKASI 1
ADC / PCM (ANALOG TO DIGITAL CONVERTER / PULSE CODE MODULATION) Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi Departemen p Teknik Elektro - Sekolah Tinggi gg Teknologi g Telkom Bandung – 2007
ADC (ANALOG TO DIGITAL CONVERTER) / PCM ((PULSE CODE MODULATION)) Mengubah sinyal voice analog menjadi sinyal digital Proses yang terjadi dalam PCM : Sampling (pencuplikan) Quantizing (kuantiasasi) Encoding (pengkodean)
sampler
kuantiser
Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
enkoder
2
PROSES PENCUPLIKAN (SAMPLING) x δ ((t )
x ' (t )
x s (t )
x (t )
x ' (t )
Time domain
x s ( t ) = xδ ( t ) × x ( t )
x (t )
⊗
x s (t )
Frequency domain
Xs( f ) = Xδ ( f )∗ X ( f )
x (t )
| X(f )|
| Xδ ( f )|
x δ (t )
x s (t )
| Xs( f )|
Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
3
Aliasing effect
LP filter
aliasing Nyquist criteria
Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
4
PROSES KUANTISASI (QUANTIZATION)
t
t
Quantizer Kuantisasi : mengubah level amplituda menjadi diskret dengan jumlah terbatas. Jumlah level kuantisasi M = 2N N = jumlah bit pengkodean Terdapat 2 jenis kuantiser yaitu : Kuantiser Uniform (lebar selang kuantisasi seragam) Kuantiser Non-Uniform (lebar selang kuantisasi tidak seragam)
Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
5
Quantization 2V M= Δv V
Where
M = no. of steps Δv = quantization step
Δv M Steps
0
Output Q-zer
-V V
Input (analog) Sampling Signal t Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
6
QUANTISER UNIFORM
Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
7
PROSES PENGKODEAN (ENCODING)
T
t T
t
Encod
Contoh di atas menunjukkan proses encoding, 1 simbol masukan dikodekan menjadi 8 bit Jumlah bit untuk mengkodekan tiap simbol ditentukan oleh perangkat ADC (Analog to Digital Converter)
Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
8
Encoding V
111 110
M = 2N
101 100
0
011 010 001
-V
000
t
11111010001101010010111 t Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
9
Bentuk gelombang/sinyal PCM
Phase encoded Multilevel binary
NonReturn-to-Zero NonReturn to Zero (NRZ) Return-to-Zero (RZ)
NRZ-L
+V -V
Unipolar RZ Unipolar-RZ
+V 0
Bipolar-RZ p
+V 0 -V 0
1
0
1
1
0
+V Manchester -V Miller
1
0 1 1 0
+V -V
+V Dicode NRZ 0 -V T
2T 3T 4T 5T
Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
0
T
2T 3T 4T 5T
10
Spectrum sinyal PCM
Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
11
BIT RATE KANAL VOICE
Frekuensi sampling p g (f ( S))> 2 . BW > 2 . frekuensi informasi maksimum (berdasarkan kriteria Nyquist) BW kanal suara ~ 4 kHz (300 – 3400 Hz) Kecepatan sampling untuk tiap kanal suara = 2 x 4000 = 8000 sample/s 1 sample dikodekan menjadi 8 bit
Bit rate 1 kanal voice :
BR = 8000 sample/detik p x 8 bit/sample p = 64 kbps
Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
12
Quantization Error
Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
13
Quantization Error Δv 2 0
− Δv 2
Uniform distribution
Quantization Error/Noise
}
1 Δv Δv 2
e(t ) = f (t ) − f Q (t )
Δv
− Δv 2
Δv 2
− Δv Δv ≤ e(t ) ≤ 2 2
Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
14
Signal to Noise Ratio SignalPower SNR Q = ErrorSignalPower ∞
1 P = lim ∫ f 2 (t )dt T →∞ T −∞
The average power
T 2
1 2 (t )dt e (t ) = e ∫ T −T 2 2
1 Δv − Δv 2
Time average Noise
∞
= ∫ v 2 p(v )dv
Δv
Continuous Random Variable
−∞
Δv 2
time
Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
15
Signal to Noise Ratio[1] Δv 2
Δv 2
1 1 ⎡v ⎤ e (t ) = ∫ v dv = ⎢ ⎥ v v Δ Δ ⎣ 3 ⎦ − Δv 2 − Δv 2 2
3
2
1 ⎡ Δv 3 Δv 3 ⎤ + = ⎢ ⎥ 3Δv ⎣ 8 8 ⎦ f 2 (t )
Δv 2 = 12
12 2 2V = 2 f (t ) ; Δv = SNR Q = 2 M e (t ) Δv 12 2 2 = M f (t ) 2 4V
3M 2 f 2 (t ) 3M 2 = = 2 V α
where h
Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
α=
V2 f 2 (t )
=
PeakPower AvgPower 16
Signal to Noise Ratio[2] SNR Q = In dB
3M 2
α
SNR Q = 10 log10 3 + 20 log10 M − 10 log10 α (dB)
= 4.77 + 20 log10 M − 10 log10 α (dB) Encoding : each quantization level is encoded into N binary digit
∴ M = 2N log10 a log b a = log10 b
N = log 2 M
No.of level
No.of No of binary digit per code word Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
17
QUANTISER NONNON-UNIFORM tegangan keluaran k l (volt)
B A
Compressor
tegangan masukan ( l) (volt)
Uniform Quantizer
NonUniform / Nonlinear Quantizer Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
18
QUANTISER NONNON-UNIFORM μ - law l
log( g( 1 + μ m ) where h μ>0 v = log( 1 + μ )
- if μ = 0→ Uniform Quantizer
Standard Amerika Utara
Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
19
QUANTISER NONNON-UNIFORM A - law
Am
v =
1 + log A
0≤ m ≤
,
1 + log( A m ) 1 + log A
,
1 A
1 ≤ m ≤1 A
- A = 1 → Uniform Quantizer - Practical value of A ⇒ A ≅ 100 - Reciprocal slope
Standard Eropa (digunakan di Indonesia)
Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
20
Multiplexing TDM Multiplexing merupakan proses penggabungan beberapa kanal sinyal informasi kedalam satu kanal informasi dengan tujuan agar sinyal informasi dapat dikirimkan secara simultan dalam satu kanal Timee Division v s o Multiplexing Mu t p e g merupakan e upa a p proses oses multiplexing utpe g dengan cara membagi waktu menjadi slot-slot waktu yang menyatakan informasi dari tiap kanal TDM – PCM ((Time Division Multiplexing p g – Pulse Code Modulation)) merupakan proses multiplexing sinyal yang menggunakan teknik pengkodean PCM
Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
21
Multiplexing TDM ( cont ) Analog Information-1
8 bit ADC
Analog Information-2
8 bit ADC
Analog a og Information-m
8 bit bt ADC
Sinyal Sinkronisasi
d1(t) d2(t)
proses Multiplexing
dN(t)
X(t) : Sinyal multiplex
TDM
Snk(t)
Standar TDM yang digunakan Indonesia adalah PCM-30 ( E1 ) yang mampu menggabungkan b k 30 kanal k l ( masing-masing i i 64 kbps ) menjadi sebuah sinyal multiplek TDM PCM dengan laju 2,048 Mbps
Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
22
PCM--30 (E PCM (E--1, Standar Eropa) Eropa) 1 - 15 dan 17 - 30 adalah sinyal telephon yang dikodekan/ data digital 0
1
2
15
16
17
29
30
31
8 bit
Informasi signaling
x
0
0
1
1
0
1
1
Y
Y
Y
Frame alignment signal pada frame 1, 3, 5, dst
x = bit reserved for international use Y = bit reserved for national use A = 0 tidak ada alarm A = 1 ada alarm
bergantian x
1
P
Y
Y
Service word pada frame 2, 4, 6, dst
1 TS = 8 bit Terdiri dari 32 TS = 30 kanal suara + 1 sinkronisasi + 1 signaling Sinkronisasi : TS 0 Signaling : TS 16 Voice : TS 1 – 15 + TS 17 – 31 Dalam 1 detik tdp 8000 sample, sehingga : Bit rate = (8 x 8000 ) x 32 = 2048 kbps Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
23
Multiframe PCMPCM-30 2 ms 125 μ s 0
1
16
Signaling time slot
0
0
0
31
0
0
Multiframe alignment signal
1
1
0
1
16
2
A
31
0
1
16
8
U
Signaling service wordl
1
a
b
c
channel 8
d
31
15
a
b
c
d
channel 23
a
b
c
channel 15
d
a
b
c
d
channel 30
Signaling bits a - d per channel A=0 U=1
Tidak ada Alarm
A=1 U=0
urgent alarm g alarm non urgent
1 MF = 16 frame Signaling lengkap untuk 30 kanal voice (1 TS 16 untuk signaling 2 kanal voice) TS 16 untuk TS-16 t k frame f ke-0 k 0 digunakan di k untuk t k alignment li t / sinkronisasi i k i i multiframe Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
24
PCM--24 (T PCM (T--1, Standar Amerika) Amerika)
T1 (DS-0) System 24 voice channels are time-division multiplexed p Each voice signal is sampled at a rate of 8000 samples/sec. (sample duration = 125 μsec) Each sample is quantized in amplitude into one of 256 levels (8 bits are used to represent each level) T1 rate = (24*8 + 1)/125 μsec = 1.544 Mbps Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
25
PCM--24 (T PCM (T--1, Standar Amerika) Amerika) 125 μs (193 bit) Ch 1
Frame
B0
B1
Ch 2
...
B7
B0
B1
Ch 24
...
B7
B0
B1
...
1 bit
B7
Frame aslignment signal (101010) pada frame ganjil (1,3,5,7,9,11)
BF Multi Frame aslignment signal (001110) pada frame genap (2,4,6,8,10,12)
Multi u Frame
1
2
3
4
5
6
7
8
Channell A signaling Ch i li : Bit ke 8 dari msg-msg time slot kanal pada frame 6
9
10
11
12
Channell B signaling Ch i li : Bit ke 8 dari msg-msg time slot kanal pada frame 12
1 TS = 8 bit Terdiri dari 24 TS = 24 kanal suara Dalam 1 detik tdp 8000 sample Sinkronisasi menggunakan 1 bit tambahan (=BF) Signaling diambil pada bit ke-8 tiap TS pada frame ke-6 dan kelipatannya ((24 x 8)) + 1)) x 8000 = 193 x 8000 = 1544 kbps p Bit Rate = (( 1 MF = 12 frame Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
26
Perbandingan 3 standar (Amerika Amerika, e a, a, Eropa Eropa, opa,, Jepang) opa Jepang Jepa g) g) Level
Eropa
Amerika Jepang Utara
Bit Rate (Mbps) 1 1C 2 3 4 5
2.048 1.544 1544 3.152 8.448 6.312 6.312 34.368 44.736 32.064 139.264 274.176 97.728 564.992 400.352
1.544 Mbps = T1 = PCM-24 (Amerika) 2.048 Mbps = E-1 = PCM-30 (Eropa) Standar Jepang kurang populer Indonesia menggunakan sistem Eropa Internasional menggunakan Standard PCM-30
Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
27
Encoder (Konverter) Line coding Two wire BW kecil ( misal kabel telepon ) Output Rate kecil : bipolar , Line AMI , HDB-3 , B6ZS coding Rate sedang / besar : Sinyal multi level
Two wire BW sedang ( misal kabel 2 Mbps ) Rate kecil / sedang : bipolar , AMI , HDB-3 , B6ZS
Coaxial bilpolar , AMI , HDB-3 , B6ZS
Rate besar : sinyal multi level
-output ADC - sinyal TDM -Sinyal Sinyal data text
Encoder Line Coding
Saluran Kabel
-Output scrambler -Output FEC
Sinyal base-band dijital Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
28
Line coding 1
0
1
0
1
1
1
0
0
Unipolar NRZ
Polar NRZ
NRZ-Inverted (Differential Encoding) Bipolar Encoding M h t Manchester Encoding Differential Manchester Encoding Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
29
Line Coding:Bipolar-AMI vs HDB3 dan B8ZS
Deretan panjang nol dikodekan sbg ketidakadaan sinyal yg panjang. Clock receiver dpt kehilangan sync. Deretan nol yg panjang d diganti gant dg pelanggaran (v (violation) olat on) trans transisi s ssinyal nyal yang Menghasilkan transisi sinyal yg cukup utk clock resynchronization, Mengkodekan jumlah nol muncul
Modul 10 - Siskom I - ADC/PCM
30
