Tren di bidang teknologi telekomunikasi modern semakin mengarah pada penggunaan teknik digital di dalam desain sistem-sistem transmisi. Komunikasi digital menawarkan beberapa keunggulan penting dibandingkan dengan komunikasi analog, seperti misalnya, kinerja yang lebih baik, fleksibilitas yang lebih tinggi dan keamanan yang lebih terjamin. Untuk mentransmisikan sinyal-sinyal pesan analog, misalnya suara dan video, secara digital, sinyal analog bersangkutan harus terlebih dahulu diubah menjadi sinyal digital, dan prosesnya disebut sebagai konversi analog ke digital (analog-to-digital conversion) atau dikenal pula dengan istilah modulasi pulsa digital. Dua teknik terpenting untuk proses konversi analog ke digital adalah modulasi kode pulsa (pulse code modulation, PCM) dan modulasi delta (DM).
Pulse Code Modulation (PCM)
Proses-proses dasar didalam teknik PCM adalah proses sampling, kuantisasi dan enkoding, seperti pada gambar dibawah ini.
Sampling (pencuplikan) adalah proses pengambilan sampel-sampel dari sebuah sinyal kontinyu yang dilakukan dengan cara mengukur amplitudonya secara periodik di waktu-waktu tertentu. Kuantisasi adalah proses merepresentasikan sampel-sampel amplitudo yang didapatkan menjadi nilai-nilai (atau ‘tingkat-tingkat’) diskrit. Enkoding (penyandian) mengubah tingkat-tingkat diskrit ini menjadi sekumpulan kode sandi digital. Proses sampling mengubah sebuah sinyal kontinyu menjadi sinyal diskrit pada sumbu waktu, sedangkan proses kuantisasi mengubah nilai-nilai amplitudo yang kontinyu menjadi nilai-nilai ‘tingkat’ yang diskrit. Sehingga, sampling dan kuantisasi secara total mengubah sebauh sinyal analog menjadi sinyal digital. Operasi sampling dan kuantisasi biasanya dijalankan oleh sebuah perangkat yang sama, yang disebut konverter analog-ke-digital (konverter A/D). Namun, adalah proses enkoding yang membedakan PCM dari teknik-teknik modulasi pulsa analog.
Sampling
Transmisi sinyal-sinyal analog secara digital dapat dilakukan dengan adanya teorema sampling. Teorema ini menjadi dasar bagi operasi sampling atau pengambilan sampel-sampel sinyal didalam sistem transmisi digital.
Sebuah sinyal yang menduduk pita frekuensi tertentu (band-limited) memiliki transformasi Fourier yang bernilai nol pada frekuensi-frekuensu di luar daerah (pita) yang didudukinya,
; yaitu :
jika sinyal adalah sebuah sinyal bernilai real yang menduduki pita frekuensi tertentu (band-limited), memenuhi kondisi yang dijabarkan oleh persamaan diatas, maka
dapat ditentukan secara unik dari nilai-nilai sampelnya
yang diambil pada interval-interval waktu yang tetap
. Pada kenyataannya,
bahkan dapat dituliskan sebagai berikut:
Kita menyebut , sebagai perioda sampling, dan besaran kebalikannya (resiprok)
sebagai kecepatan sampling atau laju sampling. Dengan demikian, teorema sampling menyatakan bahwa sebuah sinyal yang menduduki pita frekuensi tertentu, misalkan
Hz, dapat dibentuk kembali secara utuh dari nilai-nilai sampelnya yang diambil dengan kecepatan
sampel per detik. Teorema sampling yang diuraikan di atas disebut sebagai teorema sampling seragam untuk sinyal-sinyal baseband atau low-pass. Laju sampling
sampel per detik disebut sebagai laju Nyquist, besaran kebalikannya
diukur dalam satuan detik disebut sebagai interval Nyquist. Kondisi yang menyatakan bahwa laju sampling harus sama atau lebih besar dari dua kali frekuensi sinyal, berlaku hanya pada sinyal-sinyal baseband dan low-pass.