Derau Dalam Sistem Komunikasi

Imam Ibnu Badri       Telekomunikasi    23.12

 Daftar Isi

1. Pertimbangan Umum
2. Thermal Noise
3. Shot Noise
4. Deskripsi Noise
    ↪ 1. Suhu Derau Efektif
5. Teknik Pengukuran Noise Figure
6. Performa Derau dalam Sistem Telekomunikasi

 1. Pertimbangan Umum 

Derau atau yang sering dikenal dengan noise merupakan sebuah sinyal yang tidak diinginkan dalam sistem komuniksi atau sebuah informasi. Komponen elektronika pada dasarnya terbuat dari bahanbahan yang memiliki muatan listrik. Muatan listrik ini ada karena pergerakan elektron dalam komponen. Noise mengacu pada sinyal listrik acak yang tidak bisa diprediksi, yang dihasilkan oleh sumber alam, baik internal maupun eksternal (dari luar sistem). Ada satu macam noise yang selalu hadir dalam setiap sistem komunikasi, yaitu thermal noise. Thermal noise selalu hadir dengan alasan bahwa pada suatu temperatur di atas nol absolut (0°K), energi termal/panas menyebabkan partikel bergerak secara acak (random motion). Gerakan acak dari partikel bermuatan, seperti elektron, pada suatu konduktor menghasilkan arus atau tegangan acak yang menghasilkan thermal noise. Dengan kata lain, materi penyusun, perubahan suhu, perubahan muatan listrik adalah penyebab utama derau. Dalam sistem komunikasi, sinyal selalu mengalami degradasi (penurunan) mutu. Degradasi ini, selain diakibatkan oleh noise, juga berasal dari distorsi dan inter-ferensi yang bisa mengubah bentuk sinyal. Walaupun konta-minasi sinyal bisa terjadi pada tiap elemen komunikasi, tapi konvensi standar menyatakan bahwa secara keseluruhan penyebab itu ditimpakan pada kanal. Distorsi adalah gangguan pada bentuk gelombang karena sistem memberi respon yang tidak tepat terhadap sinyal itu sendiri. Distorsi linear bisa diperbaiki dengan menggunakan filter khusus yang disebut equalizer. Interferensi adalah kontaminasi oleh sinyal lain yang berasal dari pemancar lain, power lines, switching circuit dan sebagaianya. Interferensi paling sering terjadi dalam sistem radio. Radio Frequency Interference (RFI) juga muncul dalam media kabel jika kabel transmisi tersebut atau rangkaian penerima menangkap sinyal yang diradiasikan dari suatu sumber yang dekat. Mengapa dalam sistem komunikasi sebuah noise ingin dihilangkan? Alasan mengurangi derau antara lain :

1. Meningkatkan sensitifitas
rangkaian untuk mendeteksi
sinyal yang diinginkan dalam
sebuah penerima (receiver)
2. Mengurangi konten harmonis
dan fasa derau dalam
pemancar (transmitter)
3. Meningkatkan perbandingan
sinyal dan derau (signal to
noise ratio)
Berdasarkan sumbernya,
noise bisa dibedakan menjadi dua
katagori :
1. Noise internal adalah noise
yang dibangkitkan oleh
komponen-komponen dalam
sistem komunikasi.
2. Noise eksternal, dihasilkan
oleh sumber di luar sistem
komunikasi. Ada dua macam
noise eksternal yaitu noise
buatan manusia (man made
noise) dan noise alami (ekstra
terrestrial)
Noise yang paling besar
pengaruhnya dalam sistem
komunikasi adalah thermal noise.
Noise ini selalu menyertai sinyal
informasi. Noise ini mempunyai
distribusi energi yang seragam
pada seluruh spektrum frekuensi.
Gambar 8.1 di bawah merupakan
gambaran efek noise terhadap
sebuah sinyal sinus yang
mengakibatkan sinyal asli menjadi
cacat (distorsi).

 2. Thermal Noise 

Thermal noise atau disebut juga Johnson Noise merupakan noise tegangan yang dihasilkan oleh friksi dari arus yang mengalir pada suatu element resistif (komponen yang bersifat resistif). Noise termal ini memiliki amplitudo yang tidak terikat pada frekuensi tertentu, artinya noise ini terjadi pada seluruh jangkauan frekuensi. Besarnya tegangan yang berasal dari noise termal dirumuskan :



Sedangkan daya noise yang timbul pada suatu bandwidth dirumuskan sebagai :

dimana
P = derau termal (watt)
k = konstanta Boltzmann
 (1,38 x  10^-23 Joule/ ^oKelvin)
T = temperatur thermal noise (^oK).
B = bandwidth (Hz).


Atau hal ini dapat dituliskan dalam persamaan:


Pada temperatur ruang,T = 290 ^oK



Untuk sistem noise 2 port (input-output), daya noise pada keluaran adalah penjumlahan dari noise pada input dengan noise yang dihasilkan oleh sistem. Tinjauan sebuah penguat dengan penguatan (gain) G dapat digambarkan sebagai berikut ini.


Jika Si menyatakan daya sinyal input dan So menyatakan daya sinyal output, maka So adalah perkalian dari daya sinyal input dan penguatan G.



Sedangkan noise output No adalah penjumlahan dari noise input Ni yang dikuatkan oleh sistem dengan noise Na yang dibangkitkan oleh sistem.



Dimana:



Sehingga:

Dimana:




Sebuah persamaan diatas merupakan digambarkan seolaholah keluaran noise berasal dari suatu sumber dengan temperatur (Ti + Te). Temperatur Te disebut dengan temperatur noise efektif.

 3. Shot Noise 

Derau tembakan biasanya terjadi ketika terjadi perbedaan potensial. Misalnya sebagai contoh pada sambungan PN diode memiliki dinding potensial. Ketika electron dan hole menyeberangi dinding atau sambungan PN, derau tembakan dihasilkan. Dioda, transistor dan tabung vakum akan menghasilkan derau tembakan. Di sisi lain resistor biasanya tidak menghasilkan derau tembakan karena tidak ada dinding potensial dalam resistor. Arus yang mengalir melalui resistor tidak akan mengalami fluktuasi. Akan tetapi, arus yang mengalir melalui dioda menghasilkan sedikit fluktuasi. Ketika sejumlah arus mengalir maka derau tembakan menghasilkan fluktuasi yang dirumuskan sebagai berikut :


Dimana:



adalah muatan elektron

 4. Deskripsi Noise 

1. Suhu Derau Efektif




Gambaran sebuah derau didefinisikan sebagai rasio (perbandingan) antara sinyal terhadap derau di input dengan output. Dapat dirumuskan :



Dimana (s/n)I adalah perbandingan antara sinyal terhadap derau di input, dan (s/n)o adalah perbandingan sinyal terhadap derau di output. Perlu diingat bahwa s/n di output akan selalu lebih kecil disbanding s/n di input, sehubungan dengan faktanya bahwa semua rangkaian hanya akan menambah derau, tetapi tidak akan mengurangi derau pada system.






1. Suhu Derau Efektif

Mari kita asumsikan bahwa Te (Effective Noise Temperature) adalah suhu derau sebagai hasil dari N_dut. Maka hubungan antara Te dan N_dut dirumuskan sebagai berikut:

atau


Kita ketahui bahwa pada suhu kamar,



Substitusi dengan persamaan diatas, sehingga menjadi :



Atau :



F pada persamaan linear disebut Noise Factor (Faktor Derau). Dalam persamaan log, F disebut Noise Figure.

F dB = 10logF

 5. Teknik Pengukuran Noise Figure 

Teknik yang digunakan untuk mengukur noise figure secara umum yaitu menggunakan Noise Figure Meter. Untuk menggunakan Noise Figure Meter, peralatan dikoneksikan seperti gambar di bawah ini Sebuah mixer diperlukan bila ingin mengkonversi sinyal RF menjadi sinyal yang lebih rendah (sinyal IF). Namun bila rangkaian tidak memerlukan mixer maka kabel IF OUT bisa langsung dikoneksikan dengan Noise Source, kemudian melakukan proses kalibrasi. Gambar 8.4. di bawah ini menunjukkan diagram koneksi dengan DUT (Device Under Test/ alat yang hendak diukur figure noisenya). Pertama, noise figure dikalibrasi sehingga diperoleh kondisi normal, kemudian dihubungkan dengan DUT seperti gambar di bawah ini sampai Gain dan Noise Figure dari DUT tampak pada analyze




Di samping itu, dimungkinkan juga memasang konektor
penyesuai atau attenuator sebelum proses pengukuran dilakukan. Hal ini dilakukan dengan
tujuan untuk menyesuaikan range
(batas ukur) sehingga tidak melebihi kemampuan Noise Figure
Analyzer. Dalam beberapa kasus
penyesuai ataupun atenuator perlu
dilakukan proses kalibrasi.
Faktor-faktor yang perlu
dipertimbangkan ketika memilih
peralatan untuk mengukur noise
figure antara lain :
1. Noise figure yang diharapkan
Noise figure analyzer khusus
untuk mengukur Noise figure
ketika sebuah hasil pegukuran
sangat kecil atau dikatakan
kurang dari 10 dB. Jika
bermaksud untuk mengukur
besaran yang sangat tinggi
atau besaran yang terlalu
rendah atau dikatakan kurang
dari 0,05dB, dimungkinkan
untuk membutuhkan petunjuk
dari pembuat alat tersebut
khususnya dari piranti ukur
tersebut.
2. Batas waktu dari DUT atau NF
analiser. Hal ini dimungkinkan
membutuhkan mixer external
untuk mengukur NF. Dalam
beberapa kejadian, pastikan
bahwa NF analiser mendukung kemmpuan mixer
external maupun internal.
3. Konektor DUT. Beberapa
saat, DUT mungkin mempunyai beberapa perbedaan
konektor seperti halnya
gelombang pembawa. Jika hal
tersebut membutuhkan untuk
memperoleh ketepatan seperti
pada gelombang pandu
menuju coaxial adapter.
Kebanyakan NF analyzer
hanya menggunakan sambungan konektor coaxial untuk
interkoneksi.
4. Pengukuran Penguat. Pada
umumnya untuk mengukur penguatan selama menggunakan NF, pastikan bahwa NF
analiser mempunyai kemampuan range pengukuran
penguatan DUT yang dimaksudkan.
5. Untuk konversi frekuensi,
memungkinkan kebutuhan
frekuensi generator sebagai
pembangkit frekuensi external
dan mixer.
Untuk pengukuran lanjut
seperti dengan melakukan
perubahan frekuensi baik turun
maupun naik dibutuhkan frekuensi
generator eksternal dengan tujuan:
penyederhanaan pengukuran penguatan Noise figure, ketelitian
pengukuran pada nilai NF yang
sangat kecil serta NF dapat diukur
sepanjang frekuensi dengan
pencampur (mixer ) eksternal.
Metode pengukuran NF dapat
dilakukan dengan beberapa
metode antara lain :
1. Metode penguatan
x Menggunakan rumus
persamaan pengukuran NF
x Teknik pengukuran
digunakan
x Mempunyai beberapa
kelemahan dengan metode
ini
x Mempunyai beberapa
kelebihan dengan metode
ini
2. Menggunakan metode Y-Factor
x Apa yang dimaksud Y
faktor
x Keuntungan menggunakan
metode Y faktor
x Kelemahan mengunakan
metode Y faktor

 6. Performa Derau dalam Sistem Telekomunikasi 

Unjuk kerja (performa) dari
suatu sistem komunikasi
dinyatakan sebagai rasio
(perbandingan) sinyal terhadap
derau (S/N).

s/n (dB) = level sinyal (dBm) –
level derau (dBm).
 = 10 Log (S/N)
Standard untuk s/n berbeda
tergantung aplikasi dari sistem
komunikasi.
Suara = 30 dB
Video = 45 dB
Data = 15 dB.

Dalam sistem transmisi
digital, unjuk kerja dinyatakan
dalam propabilitas kesalahan atau
(BER-Bit Error Rate). BER 10
-6
berarti kemungkinan adanya 1 bit
data yang salah dari 10
6
 data yang
dikirim.

Daftar Isi - Telekomunikasi