PCM (PULSE CODE MODULATION / MODULASI KODE PULSA)

PCM / Pulse Code Modulation atau Modulasi Kode Pulsa adalah salah satu teknik memproses suatu sinyal analog menjadi sinyal digital melalui kode-kode pulsa. Proses-proses utama pada sistem PCM, diantaranya Proses Sampling (Pencuplikan), Quantizing (Kuantisasi), Coding (Pengkodean), Decoding (Pengkodean Kembali).

1. Sampling adalah : proses pengambilan sample atau contoh besaran sinyal analog pada titik tertentu secara teratur dan berurutan
Frekuensi sampling harus lebih besar dari 2 x frekuensi yang disampling (sekurang-kurangnya memperoleh puncak dan lembah) [teorema Nyqust]

Hasil penyamplingan berupa PAM (Pulse Amplitude Modulation
2.   Quantisasi : Proses menentukan segmen-segmen dari amplitudo sampling dalam level-level kuantisasi
Amplitudo dari masing-masing sample dinyatakan dengan harga integer dari level kuantisasi yang terdekat
3.   Pengkodean : proses mengubah (mengkodekan) besaran amplitudo sampling ke bentuk kode digital biner
4.   Multiplexing : dari banyak input menjadi satu output
fungsi : Untuk penghematan transmisi
Menjadi dasar penyambungan digital

 ket : LPF = Low Pass Filter

A/D = Analog to Digital

P/S = Paralel to Serial

Pada Gambar A ditunjukkan diagram blok proses pengiriman pada PCM diantaranya: Filter (LPF), Sampler, Quantizer dan Coder. Pada tahap pertama, sinyal input (analog) dengan frekuensi fm masih bercampur dengan noise atau sinyal lain yang berfrekuensi lebih tinggi. Untuk menghilangkan sinyal-sinyal yang tidak di inginkan(noise) tersebut digunakan LPF (low pass filter) seperti yang ditunjukkan Gambar B.

Ket : fm = frekuensi informasi

t = time / waktu

v = amplitudo / tegangan

Setelah sinyal di filter, selanjutnya adalah pengambilan sample seperti yang ditunjukkan pada Gambar A dan C. Frekuensi sampling (fs) harus lebih besar atau sama dengan dua kali frekuensi sinyal informasi (fs ≥ 2fm) ; sesuai dengan Theorema Nyquist. Sinyal output sampler disebut sinyal PAM (Pulse Amplitudo Modulation).

Sinyal PAM tersebut yang merupakan potongan dari sinyal aslinya kemudian diberi nilai (level) sesuai dengan amplitudo dari masing-masing sample sinyal (Gambar C). Jumlah pembagian level sinyal yang digunakan disuaikan dengan jumlah bit yang di inginkan untuk mengkodekan satu sample sinyal PAM berdasarkan persamaan berikut;  

N adalah jumlah level sample yang di ambil dan n adalah jumlah bit yang digunakan untuk mengkodekan satu sinyal PAM. Misalkan sinyal-sinyal PAM tersebut akan dikodekan menjadi 4 bit maka jumlah level yang akan diperoleh adalah; 

Ket : LSB = Low Significant Band

MSB = Most Significant Band

Selanjutya, setiap sample yang telah terkuantisasi masuk ke dalam blok CODER. Pada tahapan ini , sample sinyal yang masih berbentuk analog dirubah menjadi biner dengan urutan serial. CODER sendiri terdiri dari dua blok utama yaitu, A/D Converter yang  berfungsi untuk merubah sinyal analog menjadi biner, akan tetapi keluarannya masih dalam bentuk parallel seperti yang di tunjukkan Gambar D, karenanya di butuhkan blok kedua berupa P/S Converter agar deretan biner menjadi serial.

Ket : S/P = Serial to Parallel

D/A = Digital to Analog

Pada penerima (Gambar E) sinyal yang masuk telah mengalami peredeman dan kembali bercampur dengan berbagai sinyal lain yang tidak di inginkan (noise) selama proses pengiriman, hal ini merusak sinyal informasi sehingga akan lebih sulit untuk di proses. Karenanya, sinyal harus diperbaiki terlebih dahulu dengan menggunakan “Regenerative Repeater” seperti yang ditunjukkan pada Gambar E dan F.

Selanjutnya dengan menggunakan prinsip yang sama, deretan sinyal biner yang telah diperbaiki tersebut di rubah kembali menjadi bentuk analog  melalui proses DECODER. Sinyal yang masih merupakan deretan seri di rubah menjadi parallel dan dikonversikan ke analog, sehingga output DECODER merupakan sinyal PAM seperti yang terlihat pada Gambar E dan G. Sinyal PAM ini kemudian difilter dengan menggunakn LPF untuk mengembalikannya menjadi sinyal informasi yang di inginkan.