Atenuasi Dan Distorsi

BAB III
Atenuasi Dan Distorsi

3.1 Keadaan Sinyal yang Ditransmisikan


































Gambar 3.1 Keadaan Sinyal yang Ditransmisikan
Jika Anda perhatikan gambar di atas, ternyata sinyal yang ditransmisikan tidak bebas dari berbagai gangguan. Mulai dari pelemahan sinyal (atenuasi), delay, lebar pita terbatas sampai derau saluran.
Para pembuat perangkat keras jaringan selain mengembangkan teknologi jaringan yang canggih, biasanya waktu mereka juga dihabiskan untuk memerangi berbagai macam gangguan atau distorsi semacam ini.
Pada bagian ini kita akan membahas beberapa gangguan tadi. Harapannya agar mahasiswa dapat memahami mengapa media transmisi yang kita bicarakan dalam bab sebelumnya memiliki keterbatasan-keterbatasan.

3.2 Atenuasi
Atenuasi adalah menurunnya level daya sinyal akibat pengaruh jarak transmisi. Untuk menghindari hal ini, jarak media transmisi dibatasi sehingga pengaruh atenuasi tidak banyak mengganggu kualitas sinya. Pengaruh atenuasi terhadap sinyal berbeda-beda antar satu media transmisi dengan lainnya. Untuk mengatasi atenuasi, bisa juga diganakan perangkat seperti amplifier atau repeater, yang berfungsi meningkatkan kembali level daya sinyal.
Selain jarak, atenuasi sinyal juga merupakan fungsi dari frekuensi. Karena sinyal data biasanya memiliki beberapa komponen frekuensi, maka amplifier biasanya didesain berbeda-beda menyesuaikan dengan frekuensi sinyal. Alat seperti ini disebut dengan equalizer.
Untuk mengukur atenuasi, digunakan rumus sebagai berikut:

Atenuasi = 10 log10 (P1/P2) dB

dimana :
P1 = daya sinyal yang dikirim (watt)
P2 = daya sinyal yang diterima (watt)
Atenuasi diukur dalam satuan dB (decibel).


Contoh-contoh:
1. Sebuah sinyal dikirim melalui media transmisi dengan daya 100 mW. Jika pada penerima daya terukur sebesar 50 mW, berapa Atenuasi media transmisi tersebut?
Jawab:
P1 = 100 mW
P2 = 50 mW
Atenuasi = 10 log10 (P1/P2) = 10 log10 (100/50) = 3 dB

2. Sebuah media transmisi diketahui memiliki Atenuasi sebesar 10 dB. Jika daya terkirim diketahui sebesar 100 mW. Berapa daya yang diterima?
Jawab:
Diketahui: Atenuasi = 10 dB dan P1 = 100 mW
Atenuasi = 10 log10 (P1/P2)
log10 (P1/P2) = 1
P1/P2 = 10
P2 = P1/10 = 100/10 = 10 mW

3. Sebuah saluran transmisi yang menghubungkan dua buah DTE dibuat dari tiga bagian. Masing-masing bagian memiliki atenuasi berbeda. Bagian pertama memiliki atenuasi 16 dB. Bagian kedua menggunakan amplifier dengan penguatan 20 dB. Dan bagian ketiga memiliki atenuasi 10 dB. Jika daya sinyal yang ditransmisikan sebesar 400 mW, tentukan daya sinyal di bagian penerima?
Jawab:
Untuk bagian pertama (atenuasi):
16 dB = 10 log10 (P1/P2) = 10 log10 (400/P2)
P2 = 10,0475 mW
Untuk bagian kedua (amplifikasi/penguatan):
20 dB = 10 log10 (P2/P1) = 10 log10 (P2/10,0475)
P2 = 1004,75 mW

Untuk bagian ketiga (atenuasi):
10 dB = 10 log10 (P1/P2) = 10 log10 (1004,75/P2)
P2 = 100,475 mW
Jadi daya sinyal pada bagian penerima = 100,475 mW.

4. Sebuah media transmisi memiliki 4 bagian. Masing-masing dengan atenuasi 20dB, amplifikasi 20 dB, atenuasi 5 dB dan atenuasi 5 dB. Jika daya sinyal yang dikirim sebesar 100 mW, berapa daya sinyal yang diterima?
Jawab:
Keseluruhan atenuasi dari media transmisi adalah = 20 dB – 20 dB + 5 dB + 5 dB = 10 dB
10 dB = 10 log10 (P1/P2) = 10 log10 (100/P2)
P2 = 10 mW

Jadi daya sinyal yang diterima adalah 10 mW.


3.3 Lebar Pita Terbatas
Seperti telah dibahas sebelumnya, lebar pita media transmisi selalu terbatas. Tidak ada media transmisi yang memiliki lebar pita sampai tak terhingga. Akibat lebar pita yang terbatas inilah, ada beberapa komponen frekuensi dari sinyal data yang hilang, yang menyebabkan sinyal menjadi tidak lagi sempurna di sisi penerima.
Secara sederhana, pengaruh efek lebar pita terbatas ini bisa dilihat pada gambar berikut:














Gambar 3.2 Pengarug Efek Lebar Pita Terbatas

Dapat dilihat bagaimana spektrum sinyal R(f) tidak lagi seperti S(f), yang artinya ada informasi yang hilang akibat pengaruh keterbatasan lebar pita ini.
Seorang ahli komunikasi, Nyquist, mendapati bahwa ada hubungan antara bit rate dengan lebar pita sebuah saluran transmisi. Rumusannya dinyatakan oleh persamaan berikut:

C = 2W log2 M

dimana:
C : laju data maksimum (bps)
W : lebar pita saluran transmisi (Hz)
M : jumlah level pensinyalan

Contoh:
Sebuah data akan disalurkan melalui kabel telpon dengan skema pensinyalan menggunakan 8 level. Jika lebar pita saluran telpon adalah 3000 Hz, berapa laju data maksimum yang bisa disalurkan?
Jawab:
C = 2W log2 M
= 2 x 3000 x log2 8
= 2 x 3000 x 3
= 18000 bps

3.4 Distorsi Tunda (Delay Distortion)
Karakteristik dari sinyal sinusoidal adalah kecepatannya berbeda-beda sesuai frekuensi sinyalnya. Padahal, sinyal data yang kita kirim melalui media transmisi, seperti telah disinggung sebelumnya, memiliki beberapa komponen frekuensi. Ini mengakibatkan waktu sampai sinyal berbeda-beda sesuai komponen frekuensinya. Akibatnya, sinyal akan mengalami distorsi tunda, yaitu ketika satu simbol dengan simbol lainnya tidak sampai dalam waktu yang tetap.
Distorsi semacam ini bisa juga mengakibatkan satu simbol bertindihan dengan simbol lainnya, atau yang disebut dengan interferensi antar simbol (intersymbol interference). Analoginya, Anda bisa membayangkan kalau kecepatan antar gerbong kereta api berbeda-beda, yang bisa mengakibatkan tabrakan antar gerbongnya.

3.5 Derau Saluran
Idealnya, ketika sebuah saluran transmisi tidak dialiri sinyal maka tidak ada arus listrik di dalamnya alias kosong. Namun pada kenyataannya, sebuah sinyal acak (random) tetap berada di saluran biarpun tidak dialiri sinyal data. Ini bisa disebabkan oleh kualitas media transmisi, suhu, cuaca, atau keadaan fisik lainnya seperti terkoyaknya kabel, terkelupasnya isolasi bahkan sampai pecahnya kaca saluran serat optik.
Sinyal acak seperti ini akan bersifat additif (menambahkan) pada sinyal data yang disalurkannya. Sehingga disebut juga sebagai derau saluran atau line noise. Dan karena bentuknya yang acak menyerupai distribusi Gaussian, derau ini disebut juga AWGN (Additive White Gaussian Noise).
Tidak ada ahli komunikasi yang bisa memprediksi atau memodelkan derau jenis ini. Mereka hanya bisa memodelkannya sebagai gangguan yang dapat mengurangi performansi sinyal data. Dalam hal ini mengurangi daya sinyal terkirim.
Pemodelannya sendiri menggunakan paramater yang disebut SNR (Signal to Noise Ratio) dengan rumus:


SNR = 10 log10 (S/N) dB
dimana:
SNR = rasio sinyal terhadap derau (dB)
S = daya sinyal (Watt)
N = daya derau (Watt)

Jelasnya, semakin tinggi SNR maka semakin baik kualitas saluran transmisi. Sebaliknya, maka kualitasnya sangat buruk.

Contoh:
Suatu media transmisi memiliki SNR sebesar 20 dB. Jika diketahui daya sinyal adalah sebesar 100 mW, berapada daya noise pada saluran transmisi?

Jawab:
SNR = 10 log10 (S/N)
20 = 10 log10 (100/N)
log10 (100/N) = 2
100/N = 100  N = 1 mW
Jadi daya noise di saluran transmisi adalah 1 mW.

Kita telah bahas sebelumnya, bahwa ada hubungan antara laju data dengan lebar pita saluran transmisi, yang telah dirumuskan oleh Nyquist. Namun pada teori tersebut diasumsikan saluran transmisi tidak terdapat derau alias bersih dari gangguan.
Untuk saluran transmisi yang memiliki derau, maka Shanon dan Hartley mengemukakan teorinya, yang dirumuskan dalam persamaan Shanon-Hartley sebagai berikut:

C = W log2 (1 + S/N) bps

dimana:
C = laju data maksimum (bps)
W = lebar pita saluran transmisi (Hz)
S = daya sinyal (Watt)
N = daya noise (Watt)

Contoh:
Sebuah saluran telpon memiliki lebar pita 3000 Hz dengan SNR sebesar 20 dB. Tentukan laju data maksimum yang mampu dialirkan oleh saluran telpon tersebut!
Jawab:
SNR = 20 dB maka S/N = 100
C = W log2 (1 + S/N)
C = 3000 log2 (1 + 100)
C = 19.963 bps
Jadi laju data maksimum yang bisa dialirkan adalah 19,963 Kbps.













LEMBAR KERJA MAHASISWA

1. Sebutkan dan jelaskan macam-macam gangguan yang mungkin ada dalam saluran transmisi!
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

2. Sebuah saluran transmisi terdiri dari lima bagian masing-masing dengan atenuasi 10 dB, 5 dB, -10dB, 10 dB dan 10 dB. Jika daya sinyal yang terukur di sisi penerima adalah sebesar 1 kW, tentukan daya sinyal terkirim!
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

3. Sebuah sinyal dengan daya 100 mW dialirkan melalui media transmisi. Pada sisi penerima diketahui daya sinyal telah berkurang 10 % dari daya sinyal yang dikirim. Tentukan atenuasi dari media transmisi tersebut!
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

4. Sebuah saluran memiliki lebar pita 100 MHz. Jika sebuah sinyal dengan 16 level pensinyalan akan dialirkan melalui saluran transmisi tersebut, berapa laju data bit maksimum yang diperbolehkan?
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
5. Sebuah kanal transmisi memiliki SNR sebesar 2 dB. Jika dialirkan sinyal dengan daya 1 Watt, berapa daya sinyal yang diterima?
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

6. Sebuah sinyal transmisi dengan SNR = 10 dB akan dialiri sinyal dengan daya 100 mW. Jika diketahui lebar pita saluran transmisi tersebut sebesar 1 MHz, dan kemampuan maksimum untuk mengalirkan data adalah 1 Mbps. Berapakah daya derau saluran transmisi tersebut?
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………