Diterima: 5 Oktober 2020; Direvisi: 3 November 2020; Disetujui: 9 November 2020 JTERA, Vol. 5, No. 2, Desember 2020 © 2020 JTERA (Jurnal Teknologi Rekayasa), Politeknik Sukabumi

## Pembangkitan Sinyal Pulse Code Modulation Berbasis OMAP-L318

## Enceng Sulaeman, Ashari, Griffani Megiyanto Rahmatullah, Rifa Hanifatunnisa
Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung Jl. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga, Bandung, Indonesia enceng.sulaeman@polban.ac.id

## Abstrak
Topik  mata  kuliah  yang  berkaitan  dengan  konsep  dasar  transmisi  dan  modulasi  sinyal  pada  sistem  komunikasi penekanannya  terdapat  pada  PCM  ( Pulse  Code  Modulation ).  Salah  satu  pemahaman  mengenai  sistem  komunikasi umumnya  dengan  menggunakan  instrumen  secara hands  on .  Namun,  kegiatan  praktik  menjadi  kurang  maksimal dikarenakan performa yang menurun dari instrumen yang digunakan tidak memadai. Penelitian ini membahas mengenai perancangan  dan  implementasi  simulasi  teknik  PCM  menggunakan  prosesor  pengolahan  sinyal  digital  OMAP-L138. Untuk mendemonstrasikan alat tersebut, diagram blok PCM dibangun dan disimulasikan dengan bahasa pemrograman C  dengan  tiga  langkah  utama  proses  PCM  yaitu sampling , quantizing ,  dan encoding .  Pengujian  dilakukan  dengan memberikan  sinyal  input  tegangan  5  V  dan  periode  1  rad/s  untuk  dimodulasikan  sistem  PCM  yang  telah  dirancang. Sinyal pencuplik yang digunakan memiliki nilai ratio 50:50 antara positif dan negatif. Hasil proses pencuplikan berhasil dilakukan  dengan  menghasilkan  16  sinyal  yang  memiliki  nilai  dalam  1  periode.  Proses  berikutnya  adalah  melakukan kuantisasi  dan  dapat  dilakukan  dengan  menghasilkan  32  level  kuantisasi  positif  dan  32  level  kuantisasi  negatif. Berikutnya adalah pengkodean sehingga luaran sinyal menjadi deretan biner dengan panjang 7 bit untuk setiap nilai dan ditambahkan  bit  penanda  positif  atau  negatif  pada  bit  ke  8.  Simpulan  yang  didapatkan  yaitu  setiap  blok  berhasil diimplementasikan secara berurutan dan hasilnya menunjukkan hasil yang sesuai dengan teori dasar PCM .
Kata kunci: Pulse Code Modulation , OMAP-L138, pencuplikan, kuantisasi, pengkodean

## Abstract
Subject  topics  related  to  the basic  concepts  of  signal  transmission  and  modulation  in  communication  systems,  the emphasis is on PCM (Pulse Code Modulation). One understanding of the general communication system is to use the instrument hands on. However, the performance of the practicum is not optimal due to the decreased performance of the instruments used which are not sufficient. This study discusses the design and implementation of simulations based on the PCM laboratory practicum using the OMAP-L138 digital signal processing processor. To demonstrate this tool, a  PCM  block  diagram  was  constructed  and  simulated  in  the  C  programming  language  with  three  main  steps  of  the PCM  process,  namely  sampling,  quantizing,  and  encoding.  The  test  is  carried  out  by  providing  a  5V  voltage  input signal  and  a  1rad  /  s  period for  the  PCM  system  modulated  that has  been  designed.  The  sampling  signal  used has a 50:50  ratio  between  positive  and  negative.  The  results  of  the  sampling  process  were  successfully  carried  out  by producing 16 signals that had a value in 1 period. The next process is to do quantization and can be done by producing 32  levels  of  positive  quantization  and  32  levels  of  negative  quantization.  Next  is  coding  so  that  the  output  signal becomes a binary series with a length of 7 bits for each value and a positive or negative marker bit is added to the 8th bit. The conclusion obtained was that each block was successfully implemented sequentially and the results showed the results in accordance with the basic theory of PCM.
Keywords: Pulse Code Modulation, OMAP-L138, sampling, quantizing, coding

## I. P ENDAHULUAN
PCM  adalah  metode  yang  digunakan  untuk mengubah  sinyal  analog  menjadi  sinyal  digital sehingga  sinyal  analog  yang  dimodifikasi  dapat dikirim  melalui  jaringan  komunikasi  digital  [1].
Sinyal  digital  PCM  banyak  digunakan  dalam  hal pengiriman  informasi  dikarenakan  lebih  akurat daripada  sinyal  analog  juga  tahan  terhadap interferensi.  Selain  itu,  kemungkinan  terjadinya kesalahan  akan  berkurang  dengan  penggunaan metoda pengkodean yang tepat. PCM digunakan di
sebagian  besar  aplikasi  telekomunikasi,  perekaman audio  digital,  video  digital, voice  mail ,  dan  sistem komunikasi  digital  lainnya  [2].  PCM  juga  banyak digunakan  pada Radio  Control  Units tempat pemancar dan penerima radio pada mobil, pesawat, dan kapal.
Metoda  pembelajaran  mengenai  teknik  PCM biasa dilakukan dengan praktik secara langsung dan memanfaatkan  instrumen  yang  sesuai.  Namun, praktik  yang  dilakukan  juga  dapat  menunjukkan kondisi  yang  berbeda  akibat  tidak  handalnya instrumen  tersebut.  Ketidakhandalan  instrumen dapat dikarenakan menurunnya performa instrumen akibat  faktor  usia.  Hal  tersebut  mengakibatkan pemahaman mengenai proses pengukuran, pengujian  fungsionalitas  dan  kehandalan,  serta pengembangan  sistem  komunikasi  menjadi  tidak maksimal.
Salah satu solusi untuk mengatasi permasalahan tersebut  adalah  peningkatan  keterampilan  melalui instrumen  baru  yaitu  instrumen digital  signal processor .  Instrumen  tersebut  dapat  digunakan untuk  menunjang  pemahaman  teori  dan  praktik menjadi maksimal. Beberapa aplikasi telah dilakukan  menggunakan digital  signal  processor seperti  halnya  penelitian  tentang  penerapan Fast Fourier  Transform [3],  pengolahan  sinyal  pada jaringan  komunikasi  menggunakan Low  Cost Fixed-Point [4],  dan  pengolahan  sinyal  terima menggunakan  metode direction  of  arrival [5]. Ketiga  penelitian  tersebut  menunjukkan  bahwa pemanfaatan digital signal processor dapat menjadi sebuah  solusi  untuk  meningkatkan  pemahaman khususnya pada bidang sistem komunikasi.
Penelitian  yang  dilakukan  mempunyai  tujuan yaitu menerapkan sistem komunikasi dengan teknik PCM  pada  perangkat digital  signal  processor . Lebih  jelasnya  dari  tujuan  penelitian  yang dilakukan yaitu fungsionalitas untuk pengaplikasian sistem  komunikasi  menggunakan  teknik  PCM untuk  pengiriman  serta  penerimaan  informasi. Spesifikasi  khusus  dalam  penelitian  ini  yaitu penggunaan digital  signal  processor dengan  tipe OMAP-L138.  Pemilihan  instrumen  tipe  OMAP- L138  dianggap  memadai  berdasarkan  analisis kebutuhan  telah  dilakukan.  Instrumen  tersebut menjadi instrumen penting karena bertindak sebagai otak  pengolahan  sinyal  pada  saat  akan  mengirim dan menerima sinyal informasi.

## II. M ETODE P ENELITIAN

## A. Modulasi Sinyal
Modulasi  merupakan  bagian  dari  banyak  sistem komunikasi dan menyediakan sarana untuk mencocokan  sinyal  pembawa  informasi  ke  media
transmisi  atau  saluran  transmisi  [6].  Teknik modulasi umumnya diklasifikasikan menjadi Continue  Waves dan  Modulasi  Pulsa.  Dalam  kasus modulasi Continues  Waves ,  gelombang  sinusoidal digunakan  sebagai carrier dari  informasi.  Dalam modulasi pulsa, rangkaian pulsa digunakan sebagai gelombang pembawa ( carrier ) dan parameter pulsa yang  sesuai  dimodifikasi  berdasar  dengan  sinyal informasi.

## B. PCM (Pulse Code Modulation)
PCM digunakan untuk merepresentasikan sampel  sinyal  analog  dalam  bentuk  digital, merupakan  teknik  modulasi  yang  mengubah  sinyal analog ke dalam bentuk sinyal digital. Sinyal luaran dari  PCM  adalah  bentuk  format  biner  yang memiliki  dua  kemungkinan  nilai  logika  0  dan logika  1,  maka  dari  itu  memungkinkan  untuk mendigitalkan  semua  bentuk  data  analog  seperti telemetry,  musik,  video,  dan  lainnya  [7].  Proses utama  dari  PCM  secara  keseluruhan  dimulai  dari pencuplikan ( sampling ), pengkuantisasian ( quantizing ), dan pengkodean ( encoding ).
Proses  pencuplikan,  secara  teoritis  merupakan langkah  pertama  dalam  proses  implementasi  PCM. Teorema sampling menyatakan bahwa jika  sinyal s (t) diambil sampelnya secara berkala dan pada  laju ( rate ) yang  lebih  tinggi  dari  dua  kali  frekuensi tertinggi  dari  sinyal,  maka  sampel  berisi  semua informasi sinyal asli. Gambar 1 menjelaskan fungsi proses  pencuplikan  secara  singkat  [8].  Sinyal  hasil pencuplikan  adalah  sinyal-sinyal  pulsa  yang amplitudonya  sebanding  dengan  amplituda  sinyal analog.  Sinyal  ini  adalah  sinyal  PAM  ( pulse amplitude modulation ).
Proses kuantisasi, merupakan proses menentukan segmen-segmen dari amplituda sampling  dalam  level  kuantisasi,  amplituda  dari sampel  masing-masing  dinyatakan  dengan  harga integer  dari  level  kuantisasi  yang  terdekat  [9]. Gambar 2 berikut merupakan representasi sederhana proses kuantisasi.
Gambar 1. (a) Sinyal analog s(t), (b) sinyal PAM
Gambar 2. Proses kuantisasi
(Sumber: repository.unikom.ac.id)
Gambar  3. Proses implementasi modulasi kode pulsa (PCM) menggunakan Modul OMAP-L138
Tahap  terakhir  adalah  pengkodean  ( coding ) yang  mentransformasikan  sinyal  waktu  diskrit  dan amplituda  diskrit  hasil  pencuplikan  dan  kuantisasi menjadi bit-bit sinyal PCM biner. Kode biner yang muncul  bergantung  pada  level  yang  ditempati  oleh sinyal sampel hasil kuantisasi. Satu level kuantisasi menyatakan  satu  kata  kode  ( code  word ),  misalnya kode  kuantisasi  dari  3  adalah  011;  5  dikodekan sebagai  101  dan  sebagainya,  tergantung  jumlah  bit yang  digunakan  untuk  merepresentasikan  satu  kata kode.
. C. Simulasi PCM Menggunakan OMAP-L138
Perancangan PCM menggunakan Modul OMAP-L138  dibentuk  melalui  proses-proses  yang diperlukan  seperti  yang  ditunjukkan  pada  Gambar 3.  Ilustrasi  yang  ditampilkan  pada  Gambar  3 merupakan  blok-blok  yang  diperlukan  dalam merancang PCM menggunakan OMAP-L138. Blok yang  digunakan  untuk  mempelajari  PCM  meliputi sinyal  masukan  yaitu  berbentuk  gelombang  sinus, pada  penelitian  ini  pengguna  diminta  memasukkan detail nilai amplitudo dan pulsa (periode sinyal/frekuensi) yang akan diolah. Proses pencuplikan  dilakukan  berdasarkan  landasan  teori
PCM yaitu sinyal diskrit amplitudo modulasi sinyal yang  mencerminkan  amplitudo  sinyal  analog. Metode pencuplikan yang digunakan adalah natural sampling .  Keluaran  hasil  pencuplikan  diberikan level  tertentu  yang  disebut  proses  kuantisasi. Penelitian  ini  menggunakan  tahapan  metode kuantisasi  seragam  ( uniform  quantization )  yaitu proses  kuantisasi  yang  memiliki  jarak  level  yang sama  antar  level  kuantisasi.  Jarak  tersebut  diatur secara  fleksibel  berdasarkan input yang  diberikan oleh pengguna. Proses terakhir adalah pengkodean, ukuran langkah kuantisasi dan amplituda menentukan  jumlah  tingkatan  yang  diperlukan untuk representasi ke biner.
D. OMAP-L138
OMAP ( Open Multimedia Applications Platform ) adalah sebuah platform aplikasi multimedia  terbuka  yang  merupakan  serangkaian modul  berdasarkan  prosesor  sinyal  digital.  OMAP- L138 Applications  Processor terdiri  dari  dua  CPU utama,  pertama  yaitu  ARM  RISC  CPU  untuk pemrosesan  dan  sistem  kontrol,  kedua  yaitu  DSP ( Digital Signal Processing ) untuk proses komunikasi dan pemrosesan audio[10]. Platform ini dapat mendukung banyak sistem operasi yang telah umum  digunakan  oleh  pengguna  seperti  WinCE, Linux,  dan  sebagainya.  OMAP-L138 Applications Processor terdiri dari subsistem berikut:
1. ARM926  RISC  CPU  core  and  associated memories
2. DSP and associated memories
3. A set of I/O peripherals
4. A  powerful  DMA subsystem  and  SDRAM  EMIF interface
Prosesor  OMAP-L138  merupakan  prosesor aplikasi dengan daya rendah berdasarkan ARM926EJ-S  ™  dan  core  C674x  DSP.  Perangkat ini  memiliki  fitur  dukungan  seperti  sistem  operasi yang  kuat,  antarmuka  pengguna  yang  kaya,  dan masa  guna  kinerja  pemrosesan  yang  tinggi.  Fitur- fitur inilah yang dapat membantu dalam mengembangkan suatu sistem yang dibutuhkan.

## E. XDS100V2
Emulator  XDS100V2  merupakan  perangkat keras  JTAG  ( Joint  Test  Action  Group )    dari  Texas Instruments,  dimana  JTAG  merupakan  aturan standar dari IEEE 1149.1 dengan tujuan menyelesaikan  masalah-masalah  pada  perakitan PCB[11].  Emulator  berbasis scan yang  ditunjukan pada  Gambar  4  ini  merupakan  pengontrol  emulasi JTAG  yang  kuat  dan  efisien  yang  mendukung debug dari berbagai perangkat teknologi informasi.

## Gambar 4. Emulator XDS100V2

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN

## A. Hasil Simulasi
Berdasarkan  diagram  blok  perancangan  pada Gambar  3  sebelumnya,  yang  diproses  pertama  kali oleh  prosesor  OMAP-L138  adalah  sinyal  masukan yang  ditampilkan  pada  Gambar  5.  Hasilnya menunjukkan bahwa sinyal masukan analog adalah berbentuk  gelombang  sinus,  yang  biasa  dinamakan sinyal  informasi.  Amplitudo  dan  frekuensi  diatur oleh  pengguna,  dalam  hasil  yang  dibahas  pada laporan ini bernilai 5V dan 1 rad/s.
Tampilan  berikutnya,  masih  merupakan  sinyal masukan  berupa  sinyal  pulsa  pencuplik  dengan ratio positif dan negatif 50:50, seperti pada Gambar 6  sesuai  dengan  teorema  Nyquist  supaya  spektrum sinyal  tidak  mengalami  aliasing,  yaitu  spektrum sinyal  fundamental  dengan  harmonisanya  saling bertumpuk  sehingga  sinyal  informasi  asal  dapat diperoleh kembali dengan benar.
Proses  pencuplikan  dengan  metode  pencuplikan natural ( natural sampling ) yang merupakan metode praktis pengambilan sampel dimana pulsa memiliki lebar terbatas sama dengan  dan perioda T s = 1/ f s , seperti  diperlihatkan  pada  Gambar  7.  Pengambilan sampel dilakukan sesuai dengan sinyal carrier yang berupa deretan pulsa. Hasil dari pencuplikan natural diperlihatkan pada Gambar 8.
Proses selanjutnya  adalah  kuantisasi yang pada penelitian yang dilakukan dengan metoda kuantisasi uniform,  dimana  sinyal  output  sari  pencuplik diberikan  ke  kuantiser  untuk  diberi  level  tertentu untuk  menghasilkan  kode  PCM.  Kuantisasi  secara singkat  merupakan  penggantian  nilai/harga  real oleh  integer  terdekat.  Gambar  9  merupakan  hasil proses  kuantisasi  16-level  pada  serangkaian  proses PCM menggunakan prosesor OMAP-L138.
Gambar  7. Bentuk gelombang natural sampling
Gambar  5. Tampilan hasil sinyal input
Gambar  8. Hasil proses sampling
Gambar  9.  Hasil proses kuantisasi
Gambar  10. Hasil proses pengkodean (sinyal digital)
Proses  terakhir  adalah  pengkodea,  dimana  hasil kuantisasi  diproses  dan  direpresentasikan  menjadi serangkaian  biner.  Rangkaian  biner  tersebut merupakan    konversi  nilai  sampling  menjadi  biner dengan  panjang  7  bit.  Sedangkan  bit  8  yaitu  MSB dengan  memperhatikan  posisi  sinyal  berada  yaitu antara  positif  dan  negatif.  Apabila  sinyal  berada pada nilai positif maka MSB akan diberikan nilai 1, sedangkan  sebaliknya  yaitu  apabila  nilai  negatif maka MSB akan diberikan nilai 0. Rangkaian biner yang telah dibentuk selengkapnya ditunjukkan pada Gambar 10.

## B. Analisis Umum
Hasil  yang  telah  diuraikan  menunjukkan  bahwa tujuan  penelitian  yang  dilakukan  telah  tercapai yaitu  fungsionalitas  sistem  yang  dirancang  telah berhasil  diimplementasikan  dengan  menerapkan sistem  komunikasi  mengunakan  teknik  PCM  pada perangkat digital  signal  processor OMAP-L138. Analisis  kinerja  PCM  dan  outputnya  telah  berhasil
digambarkan berdasar hasil yang telah dilampirkan. Setiap  blok  diimplementasikan  dan  diproses  secara berurutan sesuai dengan teori dasar PCM.
Sebagai  bentuk  validasi  maka  dilakukan  survei untuk  menentukan  nilai  terhadap  hasil  penelitian yang  dilakukan.  Hasil  tersebut  ditunjukkan  pada Gambar 11.
80 85 90 95 100 User Interface Mudah dilakukan Penggambaran sinyal Menunjang Pemahaman Hasil sesuai dengan Teori
Survei  yang  dilakukan  menggunakan  lima parameter  dan  diberikan  kepada  25  orang mahasiswa  dengan  skala  nilai  1-4  dengan  nilai maksimum  adalah  4.  Hasil  tersebut  menunjukkan nilai  yang  baik  dikarenakan  nilai  untuk  setiap parameter  berada  di  atas  angka  80.  Hal  tersebut menunjukkan  bahwa  manfaat  lain  dari  simulasi komunikasi  menggunakan  OMAP-L138  dapat meningkatkan pemahaman lebih mendalam mengenai teknik PCM.

## IV. K ESIMPULAN
Simulasi  komunikasi  PCM  berhasil  dilakukan dengan  ujicoba  menggunakan  sinyal input sinus dengan  nilai  5  V  dan  perioda  1  rad/s.  Sinyal tersebut    diproses  dengan  tiga  tahapan  yaitu sampling , quantizing ,  dan coding .  Hasil  akhir  dari ketiga  tahapan  tersebut  membentuk  sinyal  PCM dengan  deret  biner  sebanyak  7  bit  untuk  setiap nilainya  dan  ditambahkan  bit  penanda  positif  atau negati  pada  bit  ke  8.  Setiap  blok  berhasil diimplementasikan  secara  berurutan  dan  hasilnya menunjukkan  hasil  yang  sesuai  dengan  teori  dasar PCM.  Berdasarkan  analisis  umum  yang  dilakukan juga  memberikan  kesimpulan  bahwa  penggunaan OMAP-L138  dapat  meningkatkan  pemahaman lebih mendalam khususnya untuk sistem komunikasi menggunakan teknik PCM.

## R EFERENSI
[1]   R.  Abdullah,  H.  Ja'afar,  N.  I.  M.  Enzai  and  N. Ismail,  “Implementation  of  Simulation-Based Laboratory  Experimenting  Using  Matlab  Simulink Tool  for  Pulse  Code  Modulation,” e-Academia
Journal, vol. 6, pp. 31-37, 2017.
[2]   D.  Xue  and  Y.  Q.  Chen,  “System  Simulation Techniques  with Matlab  Simulink, Wiley,”  pp. 25-
29, 2013.
[3]   P.  Kulkarni,  B.  Hogade  and  V.  Kulkarni, "Simulation  of  Digital  Signal  Processor-FFT  for Communication System  Applications", Proceedings of  the  Second  International  Conference  on Information  and  Communication  Technology  for Competitive Strategies - ICTCS '16, 2016.
[4]   E. Oyekanlu, K. Scoles and P. O.Oladele, "Advanced  Signal  Processing  for  Communication Networks and Industrial IoT Machines Using Low- Cost  Fixed-Point  Digital  Signal  Processor",  2018 10th  International  Conference  on  Advanced Infocomm Technology (ICAIT), 2018.
[5]   V.  Dakulagi,  M.  Alagirisamy  and  M.  Singh, "Efficient Coherent Direction-of-Arrival Estimation and  Realization  Using  Digital  Signal  Processor", IEEE  Transactions  on  Antennas  and  Propagation, vol. 68, no. 9, pp. 6675-6682, 2020.
[6]   S.  E.  Nordholm  and  H.-J.  Zepernick,  “Modulation and Detection,” 2005.
[7]   S.  Shetty,  S.  Varghese  and  P.  Wagh,  “Design  and Implementation  of  Pulse  Code  Modulation  Using Matlab  Simulink,” International Journal of Advanced Research in Electronics and Communication Engineering (IJARECE), vol. 4, pp.
2814-2817, 2015.
[8]
[9]
[10]
[11]
A.  Omar,  “Pulse  Code  Modulation,”  Islamic University of Gaza, Gaza, 2010.
L.  F.  I.  Terapan,  “SAS  Laboratory,”  Telkom University,  16  May  2017.  [Online].  Available: https://fit.labs.telkomuniversity.ac.id/. [Accessed September 2020].
Texas Instruments, OMAP-L138 Applications
Processor System, Dallas, 2010. Dzale,  “ndoware,”  25  May  2009.  [Online]. Available: https://ndoware.com/. [Accessed Agustus 2020].