Pengenalan Sistem Komunikasi Frequency Division Multiplex (FDM)

0
54
Radio Komunikasi Kereta Api
Radio Komunikasi Lokomotif | twenty20.com

Keretapedia – Operasional kereta api saat ini erat kaitannya dengan sebuah sistem yang terintegrasi, salah satu fasilitas operasi pada kereta api terdiri dari Sinyal, Telekomunikasi dan Listrik Kereta api. Pada kesempatan kali ini, kita akan membahas sedikit tentang peranan sistem komunikasi yang digunakan yaitu Frequency Division Multiplex (FDM).

1. AWAL MULA FDM

FDM – Frequency Division Multiplex adalah salah satu dari beberapa jenis multiplexing yang digunakan untuk sistem komunikasi. Selain FDM ada beberapa jenis multiplex lainnya yaitu TDM, space-division multiplexing (SDM), frekuensi-division multiplexing (FDM), time-division multiplexing (TDM), dan pembagian kode multiplexing (CDM).

Oleh karena itu sebelum pembahasan tentang FDM terlebih dulu  dibahas secara singkat tentang multiplexing.

Dalam jaringan telekomunikasi dan komputer, multiplexing (juga dikenal sebagai muxing) adalah sebuah metode yang beberapa pesan sinyal analog atau aliran data digital digabungkan menjadi satu sinyal melalui medium bersama. Tujuannya adalah untuk berbagi sumber daya yang mahal. Misalnya, dalam telekomunikasi, beberapa panggilan telepon dapat dilakukan dengan menggunakan satu kawat. Multiplexing berasal dari telegrafi, dan sekarang banyak diterapkan dalam komunikasi.

Baca Juga : Mengenal Sinyal Mekanik pada Kereta Api

Sinyal multiplexing ditransmisikan melalui saluran komunikasi, yang mungkin merupakan medium transmisi fisik. Multiplexing membagi kapasitas saluran komunikasi tingkat-rendah menjadi beberapa saluran logis tingkat yang lebih tinggi, satu untuk setiap sinyal pesan atau aliran data yang ditransfer. Sebuah proses kebalikannya, dikenal sebagai demultiplexing, dapat mengekstrak saluran asli pada sisi penerima.

Perangkat yang melakukan multiplexing disebut multiplexer (MUX), dan perangkat yang melakukan proses reverse disebut demultiplexer (demux). Invers multiplexing (IMUX) memiliki tujuan yang berlawanan sebagai multiplexing, yaitu untuk meniadakan salah satu data stream menjadi beberapa stream, transfer mereka secara bersamaan selama beberapa jalur komunikasi, dan menciptakan aliran data asli.

Proses multiplexing pada FDM :

sinyal hasil pada FDM

2. Bagaimana Prinsip Dasar FDM

Frequency Division Multiplex / FDM adalah sebuah teknik transmisi dengan banyak frekuensi (multicarrier), menggunakan Discrete Fourier Transfor (DFT).

Cara kerjanya adalah sebagai berikut. Deretan data informasi yang akan dikirim dikonversikan kedalam bentuk parallel, sehingga bila bit rate semula adalah R , maka bit rate di tiap-tiap jalur parallel adalah R/M dimana M adalah jumlah jalur parallel (sama dengan jumlah sub-carrier).

Setelah itu, modulasi dilakukan pada tiap-tiap sub-carrier. Modulasi ini bisa berupa BPSK, QPSK, QAM atau yang lain, tapi ketiga teknik tersebut sering digunakan pada FDM. Kemudian sinyal yang telah termodulasi tersebut diaplikasikan ke dalam Inverse Discrete Fourier Transform (IDFT), untuk pembuatan simbol FDM.

Setelah itu simbol-simbol FDM dikonversikan lagi kedalam bentuk serial, dan kemudian sinyal dikirim. Sinyal yang terkirim tersebut, dalam persamaan matematik bisa diekspresikan sebagai berikut :

rumus persamaan FDM

Dimana Re(.) adalah bagian real dari persamaan, f(t) adalah respons implus dari filter transmisi, T adalah periode simbol, v o adalah frekuensi pembawa (carrier frequency) dalam bentuk radian, j adalah fase pembawa (carrier phase), dan bn adalah data informasi yang telah termodulasi yang menjadi input dari IDFT.

Sedangkan pada stasiun penerima, dilakukan operasi yang berkebalikan dengan apa yang dilakukan di stasiun pengirim. Mulai dari konversi dari serial ke parallel, kemudian konversi sinyal parallel dengan Fast Fourier Transform (FFT), setelah itu demodulasi, konversi parallel ke serial, dan akhirnya kembali menjadi bentuk data informasi.

Penggunaan pada system transmisi analog :

frekeunsi FDM
prinsip FDM
Hirarki sistem FDM
Hirarki Sistem FDM
Frequency Division Multiplex

3. Mengapa Harus Menggunakan FDM

Frekuensi divisi multiplexing (FDM) berarti total bandwidth yang tersedia untuk sistem ini dibagi menjadi serangkaian non overlapping sub-band frekuensi yang kemudian ditugaskan untuk setiap sumber berkomunikasi dan pasangan pengguna. Angka 1a dan menunjukkan 1b bagaimana pembagian ini dilakukan untuk kasus tiga sumber di salah satu ujung dari suatu sistem yang berkomunikasi dengan tiga pengguna terpisah di ujung lain.

Perhatikan bahwa pemancar setiap memodulasi informasi sumbernya ke dalam sinyal yang terletak pada frekuensi yang sub band yang berbeda-(Transmitter 1 menghasilkan sinyal pada pita sub frekuensi antara 92,0 MHz dan 92,2 MHz, Transmitter 2 menghasilkan sinyal di band-sub antara 92,2 MHz dan 92,4 MHz, dan Transmitter 3 menghasilkan sinyal di band-sub antara 92,4 MHz dan 92,6 MHz). Sinyal tersebut kemudian ditransmisikan di saluran umum.

sistem Frekuensi multiplex
Sebuah sistem menggunakan pembagian frekuensi multiplexing.
Sinyal FDM
Spektral Sistem Komunikasi FDM

Pada akhir menerima sistem, bandpass filter digunakan untuk lulus sinyal yang diinginkan (sinyal berbaring di frekuensi sub-band yang sesuai) kepada pemakai yang tepat dan untuk memblokir semua sinyal yang tidak diinginkan.

Untuk memastikan bahwa sinyal ditransmisikan tidak nyasar ditugaskan di luar band mereka-sub, itu juga umum untuk menempatkan filter passband yang tepat pada tahap output pemancar masing-masing. Hal ini juga sesuai untuk merancang sistem FDM sehingga bandwidth yang dialokasikan ke setiap sub-band sedikit lebih besar dibanding bandwidth yang dibutuhkan oleh masing-masing sumber.

Ini bandwidth ekstra, disebut guardband sebuah, memungkinkan sistem untuk menggunakan filter lebih murah (misalnya, filter dengan tiang yang lebih sedikit dan rolloffs karenanya kurang curam).

4. Fungsi Frequency Division Multiplex

a. Non telepon

FDM juga dapat digunakan untuk menggabungkan sinyal sebelum modulasi akhir ke gelombang pembawa. Dalam kasus ini, sinyal pembawa yang disebut sebagai subcarrier: contoh adalah transmisi FM stereo, di mana subcarrier 38 kHz digunakan untuk memisahkan perbedaan sinyal kiri-kanan dari saluran jumlah pusat kiri-kanan, sebelum modulasi frekuensi sinyal komposit.

Saluran televisi dibagi menjadi frekuensi subcarrier untuk video, warna, dan audio. DSL menggunakan frekuensi yang berbeda untuk suara dan untuk transmisi data upstream dan downstream pada konduktor yang sama, yang juga merupakan contoh duplex frekuensi.

Baca Juga : Alat Pendeteksi Sarana Kereta api pada Jalan Rel

Dimana frekuensi-division multiplexing digunakan sebagai untuk memungkinkan beberapa pengguna untuk berbagi saluran komunikasi fisik, hal itu disebut frekuensi-division multiple access (FDMA). FDMA adalah cara tradisional memisahkan sinyal radio dari pemancar yang berbeda.

Pada 1860-an dan 70-an, beberapa penemu mencoba FDM atas nama telegrafi Akustik dan telegrafi Harmonic. Praktis FDM hanya dicapai pada usia elektronik. Sementara itu upaya mereka menyebabkan pemahaman dasar teknologi electroacoustic, menghasilkan penemuan telepon.

FDM untuk radio FM komersial

Pita frekuensi dari 88 MHz sampai 108 MHz disediakan melalui gelombang udara publik untuk penyiaran FM komersial. Para 88-108 MHz pita frekuensi dibagi menjadi 200 kHz sub-band. Seperti kita lihat dalam Bab 6, 200 kHz bandwidth dari setiap sub-band cukup untuk siaran FM berkualitas tinggi musik. Stasiun diidentifikasi oleh pusat frekuensi dalam saluran mereka (misalnya, 91,5 MHz, 103,7 MHz). Sistem ini dapat memberikan pendengar radio dengan pilihan mereka hingga 100 stasiun radio yang berbeda.

b. Telepon

Lama sambungan telepon jarak jauh, perusahaan abad ke-20 telepon yang digunakan L-carrier dan sistem kabel yang sama co-axial membawa ribuan sirkuit suara multiplexing dalam beberapa tahapan oleh bank saluran.

Untuk jarak pendek, lebih murah kabel pasangan seimbang digunakan untuk berbagai sistem termasuk Bell System K-dan N-Carrier. Mereka kabel tidak memungkinkan bandwidth besar seperti, kanal suara sehingga hanya 12 (Double Sisi) dan kemudian 24 (Sisi Single) adalah multiplexing menjadi empat kawat, satu pasang untuk setiap arah dengan repeater setiap beberapa mil, sekitar 10 km. Lihat sistem 12-saluran pembawa. Pada akhir abad ke-20, sirkuit suara FDM sudah menjadi langka. sistem telepon modern menggunakan transmisi digital, di mana waktu-division multiplexing (TDM) yang digunakan sebagai pengganti FDM.

Sejak akhir abad ke-20 Digital Subscriber Lines telah menggunakan multitone Diskrit (DMT) untuk membagi spektrum mereka ke dalam saluran frekuensi. Konsep yang berhubungan dengan frekuensi-division multiplexing dalam domain optik ini dikenal sebagai wavelength division multiplexing.

5. Penggunaan FDM

Penggunaan FDM dalam sistem Group dan Supergrup adalah sebuah sistem FDM sekali biasa, yang digunakan misalnya dalam L-carrier, menggunakan filter kristal yang beroperasi pada kisaran 8 MHz untuk membentuk Kelompok Channel dari 12 channel, 48 kHz bandwidth dalam rentang 8140-8188 kHz dengan memilih operator di kisaran 8140 untuk 8184 kHz memilih pitasisi atas kelompok ini kemudian dapat diterjemahkan ke berbagai standar 60-108 kHz oleh pembawa 8248 kHz. Sistem seperti ini digunakan dalam DTL (Direct Line) dan DFSG (langsung membentuk kelompok super).

Kanal suara 132 (2SG + 1G) dapat dibentuk dengan menggunakan pesawat DTL modulasi dan rencana frekuensi diberikan dalam FIG1 dan penggunaan teknik FIG2 DTL memungkinkan pembentukan maksimal 132 kanal suara yang dapat ditempatkan directl. DTL menghilangkan kelompok dan peralatan kelompok super. angka 1

DFSG dapat mengambil langkah yang sama di mana pembentukan langsung dari sejumlah kelompok super dapat diperoleh dalam 8 kHz DFSG juga menghilangkan perlengkapan kelompok dan dapat menawarkan pengurangan biaya 7% sampai 13%. peralatan Kurang untuk menginstal dan memelihara peningkatan kehandalan karena peralatan kurang.

Baik DTL dan DFSG dapat sesuai dengan kebutuhan sistem kepadatan rendah (menggunakan DTL) dan sistem yang lebih tinggi kerapatan (menggunakan DFSG). Terminal DFSG mirip dengan terminal DTL kecuali bukan dua kelompok super super banyak kelompok digabungkan. Sebuah mastergroup dari 600 saluran (10 super-kelompok) adalah contoh berdasarkan DFSG.

6. KELEBIHAN DAN KEKURANGAN FDM

a. Kelebihan Frequency Division Multiplex (FDM) :

> FDM tidak sensitif

FDM tidak efektif terhadap perambatan /perkembangan keterlambatan. Tehnik persamaan saluran (channel equalization) yang diperlukan untuk sistem FDM tidak sekompleks seperti yang digunakan pada sistem TDMF.

> Efisien dalam pemakaian frekuensi  

Untuk memperjelas perbedaan FDM, baik dalam operasi dasarnya maupun dalam segi efisiensi spektrumnya, dengan sistem single carrier, dan juga dengan sistem multicarrier konvensional. Dapat dinyatakan  bahwa FDM adalah salah satu jenis dari multicarrier (FDM), tetapi memiliki efisensi pemakaian frekuensi yang jauh lebih baik.

Pada FDM overlap antar frekuensi yang bersebelahan diperbolehkan, karena masing-masing sudah saling orthogonal, sedangkan pada sistem multicarrier konvensional untuk mencegah interferensi antar frekuensi yang bersebelahan perlu diselipkan frekuensi penghalang (guard band), dimana hal ini memiliki efek samping berupa menurunnya kecepatan transmisi bila dibandingkan dengan sistem single carrier dengan lebar spektrum yang sama.

Sehingga salah satu karakteristik dari FDM adalah tingginya tingkat efisiensi dalam pemakaian frekuensi. Pada multicarrier konvensional juga diperlukan band pass filter sebanyak frekuensi yang digunakan.

frekuensi pada sistem komunikasi FDM

> Kuat menghadapi frequency selective fading

Karakter utama yang lain dari FDM adalah kuat menghadapi frequency selective fading. Dengan menggunakan teknologi FDM, meskipun jalur komunikasi yang digunakan memiliki karakteristik frequencyselective fading (dimana bandwidth dari channel lebih sempit daripada bandwidth dari transmisi sehingga mengakibatkan pelemahan daya terima secara tidak seragam pada beberapa frekuensi tertentu), tetapi tiap sub carrier dari sistem FDM hanya mengalami flat fading (pelemahan daya terima secara seragam). Pelemahan yang disebabkan oleh flat fading ini lebih mudah dikendalikan, sehingga performansi dari sistem mudah untuk ditingkatkan.

Teknologi FDM bisa mengubah frequency selective fading menjadi flat fading, karena meskipun sistem secara keseluruhan memiliki kecepatan transmisi yang sangat tinggi sehingga mempunyai bandwidth yang lebar, karena transmisi menggunakan subcarrier (frekuensi pembawa) dengan jumlah yang sangat banyak, sehingga kecepatan transmisi di tiap subcarrier sangat rendah dan bandwidth dari tiap subcarrier sangat sempit, lebih sempit daripada coherence bandwidth (lebar daripada bandwidth yang memiliki karakteristik yang relatif sama). Perubahan dari frequency selective fading menjadi flat fading bisa diilustrasikan seperti gambar dibawah.

frekeunsi FDM

> Tidak sensitif terhadap sinyal tunda

Keuntungan yang lainnya adalah, dengan rendahnya kecepatan transmisi di tiap subcarrier berarti periode simbolnya menjadi lebih panjang sehinnga kesensitifan sistem terhadap delay spread (penyebaran sinyal-sinyal yang datang terlambat) menjadi relatif berkurang.

b. Kekurangan Frequency Division Multiplex (FDM) :

  • Adanya kebutuhan untuk memfilter bandpass, yang harganya relatif mahal dan rumit untuk dibangun (penggunaan filter tersebut biasanya digunakan dalam transmitter dan receiver)
  • Penguat tenaga (power amplifier) di transmitter yang digunakan memiliki karakteristik nonlinear (penguat linear lebih komplek untuk dibuat), dan amplifikasi nonlinear mengarah kepada pembuatan komponen spektral out-of-band yang dapat mengganggu saluran FDM yang lain.
  • Frequency Offset. Sistem ini sangat sensitif terhadap carrier frequency offset yang disebabkan oleh jitter pada gelombang pembawa (carrier wave) dan juga terhadap Efek Doppler yang disebabkan oleh pergerakan baik oleh stasiun pengirim maupun stasiun penerima.  
  • Distorsi Nonlinear. Teknologi FDM adalah sebuah sistem modulasi yang menggunakan multi-frekuensi dan multi-amplitudo, sehingga sistem ini mudah terkontaminasi oleh distorsi nonlinear yang terjadi pada amplifier dari daya transmisi.  
  • Sinkronisasi Sinyal. Pada stasiun penerima, menentukan start point untuk memulai operasi Fast Fourier Transform (FFT) ketika sinyal OFDM tiba di stasiun penerima adalah hal yang relatif sulit. Atau dengan kata lain, sinkronisasi daripada sinyal OFDM adalah hal yang sulit.
Sumber : scribd.com

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here