PENGKODEAN DATA
Untuk pensinyalan analog, input sinyal m(t)
dapat berupa analog atau digital dan disebut sinyal pemodulasi atau sinyal
baseband, yang dimodulasi menjadi sinyal termodulasi s(t). Dasarnya adalah
modulasi sinyal carrier yang dipilih sesuai dengan medium
transmisinya
Modulasi
adalah proses encoding sumber data dalam suatu sinyal carrier dengan frekuensi
fc.
Empat kombinasi yang muncul dari komunikasi
:
- Data Digital, Sinyal Digital
- Data Analog, Sinyal Digital
- Data Digital, Sinyal Analog
- Data Analog, Sinyal Analog.
3.1 DATA DIGITAL, SINYAL DIGITAL
Elemen sinyal
adalah tiap pulsa dari sinyal digital. Data binary ditransmisikan dengan
meng-encode -kan
tiap bit data menjadi elemen-elemen sinyal.
Sinyal unipolar adalah semua elemen sinyal yang
mempunyai tanda yang sama, yaitu
positif semua atau negatif semua.
Sinyal polar adalah elemen-elemen sinyal dimana
salah satu logic statenya diwakili
oleh level tegangan positif dan yang lainnya oleh level
tegangan negatif.
Durasi atau
lebar suatu bit adalah waktu yang diperlukan oleh transmitter untuk
memancarkan bit tersebut.
Modulation rate adalah kecepatan dimana level sinyal berubah, dinyatakan
dalam
bauds atau
elemen sinyal per detik.
Istilah mark dan space menyatakan digit binary '1' dan '0'.
Tugas-tugas receiver dalam mengartikan sinyal-sinyal
digital :
- receiver harus mengetahui timing dari tiap bit
- receiver harus menentukan apakah level sinyal dalam posisi bit high(1) atau low(0)
Tugas-tugas ini dilaksana kan dengan men-sampling tiap posisi bit pada
tengah-tengah
interval dan membandingkan nilainya dengan threshold.
Faktor yang menentukan sukses dari receiver dalam
mengartikan sinyal yang datang :
- Data rate (kecepatan data) : peningkatan data rate akan meningkatkan bit error rate (kecepatan error dari bit).
- S/N : peningkatan S/N akan menurunkan bit error rate.
- Bandwidth : peningkatan bandwidth dapat meningkatkan data rate.
Lima faktor yang perlu dinilai atau dibandingkan
dari berbagai teknik komunikasi :
- Spektrum sinyal : disain sinyal yang bagus harus mengkonsentrasikan kekuatan transmisinya pada daerah tengah dari bandwidth transmisi; untuk mengatasi distorsi dalam penerimaan sinyal digunakan disain kode yang sesuai dengan bentuk dari spektrum sinyal transmisi.
- Clocking : menentukan awal dan akhir dari tiap posisi bit dengan mekanisme synchronisasi yang berdasarkan pada sinyal transmisi.
- Deteksi error : dibentuk dalam skema fisik encoding sinyal.
- Interferensi sinyal dan Kekebalan terhadap noise
- Biaya dan kesulitan : semakin tinggi kecepatan pensinyalan untuk memenuhi data rate yang ada, semakin besar biayanya.
Kita sekarang akan membahas beberapa teknik tersebut.
NONRETURN TO ZERO (NRZ)
Nonreturn-to-Zero-Level (NRZ-L) yaitu suatu kode dimana tegangan
negatif dipakai untuk mewakili suatu binary dan tegangan positif dipakai untuk
mewakili binary lainnya.
Nonreturn to Zero Inverted (NRZI) yaitu suatu kode dimana suatu
transisi (low ke high atau high ke low) pada awal suatu bit time akan dikenal
sebagai binary '1' untuk bit time tersebut; tidak ada transisi berarti binary
'0'. Sehingga NRZI merupakan salah satu contoh dari differensial encoding.
Keuntungan differensial encoding : lebih kebal
noise, tidak dipengaruhi oleh level
tegangan.
Kelemahan dari NRZ-L maupun NRZI : keterbatasan
dalam komponen dc dan
kemampuan synchronisasi yang buruk
MULTILEVEL BINARY
Kode ini menggunakan lebih dari 2 level sinyal
(contohnya : pada gambar 3.2, bipolar-AMI dan pseudoternary).
Bipolar-AMI yaitu suatu kode dimana binary '0' diwakili dengan tidak
adanya line sinyal dan binary '1' diwakili oleh suatu pulsa positif atau
negatif.
Pseudoternary yaitu suatu kode dimana binary '1' diwakili oleh ketiadaan
line sinyal dan binary '0' oleh pergantian pulsa-pulsa positif dan
negatif.
Keunggulan multilevel binary terhadap NRZ :
kemampuan synchronisasi yang baik, tidak menangkap komponen dc dan pemakaian
bandwidth yang lebih kecil, dapat menampung bit informasi yang lebih.
Kekurangannya dibanding NRZ : diperlukan
receiver yang mampu membedakan 3 level (+A, -A, 0) sehingga membutuhkan lebih
dari 3 db kekuatan sinyal dibandingkan NRZ untuk probabilitas bit error yang
sama.
BIPHASE
Dua tekniknya yaitu : manchester
dan differential manchester.
Manchester yaitu suatu kode dimana ada suatu transisi pada
setengah dari periode. tiap bit : transisi low ke high mewakili '1' dan high ke
low mewakili '0'.
Differential manchester yaitu suatu kode dimana binary '0' diwakili oleh adanya
transisi di awal periode suatu bit dan binary
'1' diwakili oleh ketiadaan transisi di awal
periode suatu bit.
Keuntungan rancangan biphase :
·
Synchronisasi
: karena adanya transisi selama tiap bit time, receiver dapat men-synchron-kan
pada transis tersebut atau dikenal sebagai self clocking codes.
·
Tidak ada
komponen dc.
·
Deteksi
terhadap error : ketiadaan dari transisi yang diharapkan, dapat dipakai untuk
mendeteksi error.
Kekurangannya :
·
memakai
bandwidth yang lebih lebar dari pada multilevel binary.
MODULATION RATE (KECEPATAN MODULASI)
Modulation rate adalah kecepatan dimana elemen-elemen sinyal terbentuk.
Contoh : untuk
kode manchester,
maksimum modulation rate = 2 / tB.
Salah
satu cara menyatakan modulation rate yaitu dengan menentukan rata-rata jumlah
transisi yang terjadi per bit time.
TEKNIK SCRAMBLING
Teknik biphase memerlukan kecepatan pensinyalan
yang tinggi relatif terhadap data rate
sehingga lebih mahal pada aplikasi jarak jauh sehingga digunakan teknik scrambling
dimana serangkaian level tegangan yang tetap pada line digantikan dengan serangkaian
pengisi yang akan melengkapi transisi yang cukup untuk clock receiver
mempertahankan synchronisasi.
Hasil dari disain ini :
·
Tidak ada
komponen dc
·
Tidak ada
serangkaian sinyal level nol yang panjang
·
Tidak
terjadi reduksi pada data rate
·
Kemampuan
deteksi error.
Bipolar with 8-Zeros Substitution (B8ZS ) yaitu suatu kode dimana :
·
Jika
terjadi oktaf dari semua nol dan pulsa tegangan terakhir yang mendahului oktaf
ini adalah positif, maka 8 nol dari oktaf tersebut di-encode sebagai 000+-0-
+
·
Jika
terjadi oktaf dari semua nol dan pulsa tegangan terakhir yang mendahului oktaf
ini adalah negatif, maka 8 nol dari oktaf tersebut di-encode sebagai 000-+0+
-
High-density bipolar-3 zeros (HDB3 ) yaitu suatu kode dimana
menggantikan string-string dari 4 nol dengan rangkaian yang mengandung satu
atau dua pulsa atau disebut kode violation, jika violation terakhir positive
maka violation ini pasti negative dan sebaliknya (lihat tabel 3.3).
Tabel 3.3. Aturan subsitusi HDB3
Kedua kode ini berdasarkan pada penggunaan AMI
encoding dan cocok untuk
transmisi dengan data rate tinggi.
3.2 DATA DIGITAL, SINYAL ANALOG
Transmisi data digital dengan menggunakan sinyal analog.
Contoh umum yaitu public
telephone network. Device yang dipakai yaitu modem
(modulator-demodulator) yang
mengubah data digital ke sinyal analog (modulator) dan
sebaliknya mengubah sinyal
analog menjadi data digital (demodulator).
TEKNIK-TEKNIK ENCODING
Tiga teknik dasar encoding atau modulasi untuk mengubah
data digital menjadi sinyal analog :
- Amplitude -shift keying (ASK)
Dua binary diwakilkan dengan dua amplitudo
frekuensi carrier (pembawa) yang berbeda atau dinyatakan sebagai :
s(t) =
Data rate hanya sampai 1200 bps pada voice-grade
line; dipakai untuk transmisi melalui fiber optik.
- Frequency-shift keying (FSK),
Dua binary diwakilkan dengan dua frekuensi
berbeda yang dekat dengan frekuensi carrier dimana terdapat dua frekuensi
center untuk komunikasi full-duplex; pada salah satu arah (dapat transmisi atau
menerima) , frekuensi centernya (f1) = 1170 Hz dengan lebar 100 Hz pada setiap
sisinya (bandwidth = 200 Hz) sedangkan arah lainya, frekuensi centernya (f2) =
2125 Hz dengan lebar 100 Hz pada setiap
sisinya (bandwidth 200 Hz); sulit untuk terkena
noise dibandingka n ASK;
Data rate dapat mencapai 1200 bps pada
voice-grade line; dipakai untuk transmisi radio frekuensi tinggi dan juga local
network dengan frekuensi tinggi yang memakai kabel koaksial.
- Phase-shift keying (PSK),
Binary 0 diwakilkan dengan mengirim suatu sinyal
dengan fase yang sama terhadap sinyal yang dikirim sebelumnya dan binary 1 diwakilkan
dengan mengirim suatu sinyal dengan fase berlawanan terhadap sinyal yang
dikirim sebelumnya, atau dapat dinyatakan sebagai :
Bila elemen pensinyalan mewakili lebih dari satu
bit, maka bandwidth yang dipakai lebih efisien, sebagai contoh quadrature
phase-shift keying (QPSK) memakai beda fase setiap 90 derajat .
Sehingga tiap elemen sinyal mewakili 2 bit; jadi
terdapat 12 sudut fase yang memakai modem standard 9600 bps.
Hubungan data rate (dalam bps) dan modulation
rate (dalam bauds) :
D = R/l = R/ log2L
dimana :
D = modulation rate, bauds
R = data rate, bps
L = jumlah elemen sinyal yang berbeda
l = jumlah bit per elemen sinyal.
KINERJA
- Bandwidth untuk ASK dan PSK : BT = (1 + r) R
Dimana
R = bit rate
r =
berhubungan dengan teknik dimana sinyal difilter untuk mencapai
suatu
bandwidth bagi transimisi (0 < r < 1).
- Bandwidth untuk FSK : BT = 2 F + (1 + r) R
Dimana :
F = f2 - fc=
fc - f1= beda frekuens i modulasi dari frekuensi
carrier.
Dengan pensinyalan multilevel, bandwidth yang
dapat dicapai :
BT= (1 + r) R/l = (1 +
r) R/ log2L
Diketahui bahwa : Eb/No = S / NoR
dimana : No = noise power density (watts/Hz).
Bila noise dalam suatu sinyal dengan bandwidth BT
adalah N = No BT
maka : Eb/No =(S/N) (B/R)
Bit error dapat dikurangi dengan meningkatkan
Eb/No atau dengan kata lain, yaitu dengan mengurangi efisiensi bandwidth.
- ASK DAN FSK mempunyai efisiensi bandwidth yang sama, PSK lebih baik lagi.
Pendekatan yang baik dari bandwidth untuk
pensinyalan digital :
BT= 0,5 (1 + r) D
dimana : D
= modulation rate. Untuk NRZ, D = R maka :
R/B = 2 / (1 + r)
3.3 DATA ANALOG, SINYAL DIGITAL
Transformasi data analog
ke sinyal digital, proses ini dikenal sebagai digitalisasi.
Tiga hal yang paling
umum terjadi setelah proses digitalisasi :
- Data digital dapat ditransmisi menggunakan NRZ-L.
- Data digital dapat di-encode sebagai sinyal digital memakai kode selain NRZ-L. dengan demikian, diperlukan step tambahan.
- Data digital dapat diubah menjadi sinyal analog, menggunakan salah satu teknik modulasi dalam section 3.2.
Codec
(coder-decoder) adalah device yang digunakan untuk mengubah data analog menjadi
bentuk digital untuk transmisi, dan kemudian mendapatkan kembali data analog
asal dari data digital tersebut.
Dua teknik yang digunakan dalam codec :
- Pulse Code Modulation
- Delta Code Modulation.
PULSE CODE MODULATION (PCM)
Dari teori sampling diketahui bahwa frekuensi
sampling (fS) harus lebih besar atau sama dengan dua kali frekuensi
tertinggi dari sinyal (fH), atau :
fS >= 2 fH
Sinyal asal dianggap mempunyai bandwidth B maka
kecepatan pengambilan sampel yaitu 2B atau 1/2B detik. Sampel-sampel ini
diwakilkan sebagai pulsa-pulsa pendek yang amplituda nya proporsional terhadap
nilai dari sinyal asal. Proses ini dikenal sebagai pulse amplitude
modulation (PAM).
Kemudian amplitudo tiap pulsa PAM dihampiri
dengan n-bit integer. Dalam contoh ini, n=3. Dengan demikian 8 = 23 level yang mungkin untuk pendekatan
pulsa-pulsa PAM. Sehingga dihasilkan data PCM.
Sedangkan pada receiver, prosesnya merupakan
kebalikan dari proses diatas untuk memperoleh data analog.
Masalah yang timbul yaitu nilai amplitudo
terendah relatif lebih terkena noise karena level quantization tidak sama
jaraknya.
Solusinya :
·
Teknik PCM
diperhalus dengan teknik nonlinear encoding, dimana teknik ini menggunakan
jumlah step quatization yang lebih banyak untuk sinyal dengan amplitudo kecil,
dan jumlah step quatization yang lebih sedikit untuk sinyal dengan
amplitudo besar.
·
Companding (compressing (peng-kompres-an)- expanding
(pemekaran) adalah suatu proses yang memampatkan intensitas range suatu sinyal
dengan memberi gain yang lebih kepada sinyal yang lemah daripada kepada sinyal yang
kuat pada input. Pada output, dilakukan operasi sebaliknya
DELTA MODULATION (DM)
Proses dimana suatu input analog didekati dengan
suatu fungsi tangga yang bergerak
naik atau turun dengan satu level quantization (δ
) pada tiap interval sampling (TS), dan outputnya diwakilkan sebagai
suatu bit binary tunggal untuk tiap sampel ('1' dihasilkan bila fungsi
tangganya naik selama interval berikutnya; '0' dihasilkan untuk
keadaan sebaliknya).
Gambar 3.16 menggambarkan pr oses logic-nya.
Pada transmisi : pada tiap waktu sampling, input analog dibandingkan dengan
nilai pendekatan pada fungsi tangga. Jika nilai gelombang yang disampel
melewati fungsi tangga tersebut, dihasilkan binary '1'; jika sebaliknya maka
dihasilkan binary '0'. Untuk penerimaan : membentuk kembali fungsi tangga
tersebut secara halus dengan proses integrasi atau melewatkannya melalui LPF
(low pass filter) untuk menghasilkan suatu pendekatan analog dari sinyal input
analog.
Untuk akurasi yang baik, dengan meningkatkan
kecepatan sampling. Bagaimanapun, hal ini meningkatkan data rate dari sinyal
output.
Keuntungan DM terhadap PCM yaitu implementasinya
yang sederhana.
Kekurangannya : PCM mempunyai karakteristik S/N
yang lebih baik pada data rate yang sama.
KINERJA
Reproduksi suara yang baik melalui PCM dapat
dicapai dengan 128 level quatization atau peng-kode-an 7 bit (27 = 128). Suatu sinyal suara menempati bandwidth
4 KHz. Berdasarkan teori sampling maka kecepatan sampling = 8000 sampel per
detik. Hal ini menghasilkan data rate 8000 x 7 = 56 Kbps untuk peng-kode-an
data digital dengan PCM.
Alasan perkembangan teknik digital dalam
transmisi data analog :
·
Karena
penggunaan repeater daripada amplifier, maka tidak ada noise tambahan
·
Dengan TDM
(dipakai untuk sinyal digital), tidak ada intermodulation noise
·
Konversi ke
sinyal digital, memberikan efisiensi yang lebih pada teknik switching
digital.
Penggunaan teknik PCM lebih disukai daripada
teknik DM pada digitalisasi sinyal analog yang mewakili data digital.
3.4 DATA ANALOG, SINYAL ANALOG
Dua alasan dasar dari proses ini :
- Diperlukan frekuensi yang tinggi untuk transmisi yang efektif; untuk transmisi unguided (tidak dituntun), hal tersebut tidak mungkin untuk men-transmisi sinyal-sinyal baseband
- Antena-antena yang diperlukan akan menjadi beberapa kilometer diameternya modulasi mendukung frequency-division multiplexing, suatu teknik yang penting yang akan dijelaskan dalam bab 6.
Teknik modulasi memakai data analog :
- Amplitude modulation (AM).
- Frequency modulation (FM).
- Phase modulation (PM).
AMPLITUDO MODULATION
Dikenal sebagai double sideband transmitter
carrier (DSBTC). Secara matematik proses ini dinyatakan sebagai :
s(t) = [1 + nax(t)]
cos2π fct
dimana :
cos2π fct = carrier
x(t) = sinyal input (pembawa data)
na = indeks modulasi = ration
amplitudo dari sinyal input terhadap carrier.
Gambar 3.10 menunjukkan spektrum sinyal AM yang
terdiri dari sinyal carrier
ditambah spektrum dari sinyal input sehingga
terdapat lower sideband (f > fc) dan
upper sideband (f < fc).
Jenis AM :
·
Yang
populer yaitu single sideband (SSB) dimana pengiriman hanya satu sideband
dan menghapus sideband lain dan carriernya.
Keuntungan :
o
Hanya separuh
dari bandwidth yang dibutuhkan
o
Diperlukan
power yang lebih kecil sebab tidak ada power yang dipakai untuk men-transmisi
carrier pada sideband yang lain.
·
Double
sideband suppressed carrier
(DSBSC) dimana menyaring frekuensi carrier dan mengirimkan kedua sideband.
Keuntungan : menghemat power tetapi memakai
bandwidth yang besarnya sama dengan DSBTC.
Kerugian dari kedua -duanya : menahan carrier,
padahal carrier dapat dipakai untuk
tujuan synchronisasi.
Solusi : dengan vestigial sideband (VSB)
dimana memakai satu sideband dan mengurangi power carrier.
ANGEL MODULATION
Yang termasuk jenis ini yaitu Frequency
Modulation (FM) dan Phase Modulation (PM).
Modulasi sinyalnya dinyatakan sebagai :
s(t) = Ac cos[2π fct + φ (t)]
Untuk PM, phasenya adalah proporsional terhadap
sinyal modulasi :
φ (t) = np m(t)
dimana : np = indeks PM.
Untuk FM, derifatif phasenya adalah proporsional
terhadap sinyal modulasi :
φ (t) = nf m(t)
dimana : nf = indeks FM.
Perbedaannya dengan AM yaitu diperlukan
bandwidth yang lebih besar untuk
transmisi. Dengan aturan Carson :
BT = 2 ( β+ 1) β
dimana :
∆F = peak deviasi = [1/ (2π )] ( nf Am
) Hz
Untuk FM, formula ini dapat dinyatakan sebagai
: BT = 2 ∆F + 2B
sedangkan untuk AM : BT = 2B.
Jadi terjadi perbedaan harga bandwidth sebesar
2∆ F.
SUMBER :staffsite.gunadarma.ac.id/syakur/index.php
Tidak ada komentar:
Posting Komentar