Data Encoding
1. Pengenalan
Teknik Encoding dan modulasi :
• Untuk pensinyalan digital, suatu sumber data g(t) dapat berupa digital atau analog
yang di encode menjadi suatu sinyal digital x(t)
• Untuk pensinyalan analog, input sinyal m(t) dapat berupa analog atau digital dan
disebut sinyal pemodulasi (sinyal baseband), yang dimodulasi menjadi sinyal
termodulasi s(t). Dasarnya adalah memodulasi sinyal carrier yang sesuai dengan
medium transmisinya.
Modulasi adalah proses encoding sumber data dalam suatu sinyal carrier dengan
frekuensi fc.
2. Teknik Pengkodean :
a. Data digital sinyal digital
Pendahuluan
Elemen sinyal : tiap pulsa dari sinyal digital. Data binary yang ditransmisiskan
dengan meng-encode tiap bit data menjadi elemen-elemen sinyal.
Sinyal unipolar : semua elemen sinyal yang mempunyai tanda yang sama, yaitu
positif semua atau negative semua.
Sinyal polar : elemen-elemen sinyal dimana salah satu kondisi logikanya diwakili
oleh level tegangan positif dan yang lainnya level tegangan negatif.
Durasi : atau lebar suatu bit , yaitu waktu yang dibutuhkan oleh transmitter untuk
memancarkan bit tersebut.
Modulation rate : kecepatan dimana level sinyal berubah, dinyatakan dalam Bauds
atau elemen sinyal perdetik.
Mark = digit binary ‘1’
Space = digit binary ‘0’
Interpretasi Sinyal
Tugas Receiver dalam mengartikan sinyal digital :
• Receiver harus mengetahui timing setiap bit.
• Receiver harus menentukan apakah level sinyal dalam posisi bit 1 (high) atau
0 (low).
Tugas-tugas ini dilaksanakan dengan men-sampling tiap posisi bit pada tengah-tengah
interval dan membandingkan nilainya dengan thereshold.
Faktor kesuksesan receiver mengartikan sinyal datang :
• Data rate (kecepatan data) : peningkatan data raa akan meningkatkan bit error
rate (kecepatan terjadinya kesalahan bit).
• Rasio S/N (signal to Noise Ratio / SNR) : Peningkatan S/N akan menurunkan
bit error rate.
• Bandwidth : peningkatan bandwidth dapat meningkatkan data rate.
Perbandingan Skema Encoding
Lima faktor yang perlu dinilai dan dibandingkan dari berbagai skema encoding :
• Spektrum sinyal : desain sinyal yang bagus harus mengkonsentrasikan
kekuatan transmisinya pada daerah tengah dari bandwidth transmisi ; untuk
mengatasi distorsi dalam penerimaan sinyal, digunakan desain kode yang
sesuai dengan bentuk dari spektrum sinyal transmisi.
• Clocking : menentukan awal dan akhir dari setiap posisi bit dengan
mekanisme sinkronisasi yang berdasarkan pada sinyal transmisi.
• Deteksi error : dibentuk dalam skema fisik encoding sinyal.
• Interferensi sinyal dan kekebalan terhadap noise : beberapa kode lebih baik
dari yang lain.
• Biaya dan kompleksitas : semakin tinggi kecepatan pensinyalan untuk
memenuhi data rate yang ada, semakin besar biayanya.
Skema Encoding
1. Non return to zero level (NRZ-L)
• Yaitu suatu kode dimana tegangan negatif dipakai untuk mewakili suatu
binary dan tegangan positif untuk binary lainnya (dua perbedaan tegangan
untuk bit-0 dan bit-1.
• Tegangan konstan selama interval bit ; tidak ada transisi untuk kembali ke
tegangan nol, misalnya.
• Penerapan : tegangan konstan positif untuk ‘1’ dan tidak ada tegangan untuk
‘0’, atau tegangan negatif untuk nilai ‘1’ dan positif untyuk nilai yang lain.
2. Non return to zero inverted (NRZ-I)
• 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 deferensial encoding. Keuntungannya : lebih kebal noise, tidak
dipengaruhi oleh level tegangan.
NRZ-L
NRZ-I
Kelemahan NRZ-L dan NRZ-I :
• Keterbatasan dalam komponen dc
• Kemampuan sinkronisasi yang buruk
3. Multilevel Binary
Yaitu suatu kode yang menggunakan 2 level sinyal, yaitu :
• Bipolar-AMI :
o Suatu kode dimana binary ‘0’ diwakili dengan tidak adanya sinyal garis
dan binary ‘1’ diwakili oleh suatu pulsa positif atau negatif yang berubahubah polaritasnya.
o Tidak ada loss sync jika terdapat deretan satu yang panjang (deretan nol
dapat saja terjadi masalah).
o Tidak ada net komponen DC.
o Bandwidth yang lebih rendah
o Mudah dalam deteksi kesalahan
• Pseudoternary :
o Suatu kode dimana binary ‘1’ diwakili dengan tidak adanya sinyal garis
dan binary ‘0’ oleh pergantian pulsa-pulsa positif dan negatif.
Keunggulan Multilevel binary dibanding 2 teknik NRZ :
• Kemampuan sinkronisasi yang baik.
• Tidak menangkap komponen dc
• Pemakaian bandwidth yang lebih kecil.
• Dapat menampung bit informasi lebih banyak
Kelemahan Multilevel binary dibanding 2 teknik 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.
4. Biphase
Terdapat dua teknik biphase, yaitu :
• Manchester : kode dimana ada suatu transisi pada setengah dari periode tiap
bit : transisi low ke high mewakili binary ‘1’ dan high ke low mewakili binary
‘0’.
• Differential manchester : kode dimanan 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 :
• Sinkronisasi : karena adanya transisi setiap bit time, receiver dapat mensinkron-kan transisi tersebut. Hal ini disebut ‘self clocking codes’.
• Tidak ada komponen dc.
• Deteksi terhadap error : ketiadaan transisi yang diharapkanm, dapat dipakai
untuk mendeteksi error.
Kekurangan rancangan biphase :
• Memakai bandwidth yang lebih lebar dari multilevel binary.
• Kecepatan modulasi maksimum 2 kali NRZ.
Modulation rate (kecepatan modulasi) :
Adalah kecepatan dimana elemen-elemen suatu sinyal terbentuk. Contoh : untuk kode
manchester, maksimum modulation rate = 2 / tB
Cara menyatakan modulation rate yaitu dengan menentukan rata-rata jumlah transisi
yang terjadi per bit time. Diformulasikan :
1
Data rate = -------------
Durasi bit (tB)
Teknik Scrambling
Teknik biphase memerlukan kecepatan pensinyalan yang relatif tinggi terhadap data
rate sehinggal lebih mahal pada aplikasi jarak jauh. Teknik scrambling, yaitu dimana
serangkaian level tegangan yang tetap pada garis, digantikan dengan serangkaian
pengisi yang akan melengkapi transisi yang cukup untuk clock receiver agar dapat
tetap mempertahankan sinkronisasi.
Hasil desain ini :
• Tidak ada komponen dc.
• Tidak ada serangkaian sinyal level nol yang panjang.
• Tidak terjadi reduksi pada data rate
• Kemampuan deteksi error.
5. Bipolar with 8-zeros substitution (B8ZS)
Suatu kode yang :
• 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
6. High density bipolar 3-zeros (HDB3)
Suatu kode yang menggantikan string-string dari 4 nol dengan rangkaian yang
mengandung satu atau dua pulsa yang disebut kode violation. Jika violation yang terakhir
positif maka violation ini pasti negatif dan sebaliknya.
b. Data digital sinyal analog
Transimisi data digital dengan menggunakan sinyal analog. Contoh umumnya yaitu
public telephone network (300-3400Hz). Device yang dipakai adalah modem
(modulator dan de-modulator) yang mengubah data digital ke sinyal analog
(modulator) dan mengubah sinyal analog ke digital (demudulator).
Teknik Encoding :
1. Amplitudo shift Keying (ASK)
Dua binary diwakilkan dengan dua amplitudo frekuensi carrier (pembawa) yang
berbeda atau dinyakatan sebagai :
A cos (2 π fct + θc ) binary ‘1’ --sinyal carrier
S(t) =
0 binary ‘0’
data rate hanya sampai 1200 bps pada voice grade line ; dipakai dalam transmisi
melalui fiber optik.
2. Frequency Shift Keying (FSK)
Dua binary diwakilkan dengan dua frekuensi yang berbeda yang dekat dengan
frekuensi carrier atau dinyatakan sebagai :
S(t) =
A cos (2 π f2
t + θc ) binary ‘0’
data rate dapat mencapai 1200 bps pada voice grade line ; dipakai dalam transmisi
radio frekuensi tinggi dan local network dengan frekuensi tinggi yang memakai kabel
coaxial.
3. Phase Shift Keying
Binary ‘0’ diwakilkan dengan mengirim satu 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 :
A cos (2 π fc
t + π ) binary ‘1’
S(t) =
A cos (2 π fc
t ) binary ‘0’
Bila elemen persinyalan mewakili lebih dari satu bit, maka bandwidth yang dipakai
lebih efisien, sebagai contoh Quadrature phase shift keying (QPSK) memakai beda
fase setiap 90
0
.
A cos (2 π fc
t + 45&δεγ ) binary ‘11’
A cos (2 π fc
t + 135&δεγ ) binary ‘10’
S(t) =
A cos (2 π fc
t + 225&δεγ) binary ‘00’
A cos (2 π fc
t + 315&δεγ ) binary ‘01’
Setiap elemen sinyal mewakili 2 bit ; jadi terdapat 12 sudut fase yang memakan
modem standar 9600 bps.
Kinerja Skema Modulasi Digital ke Analog :
-B andwidth :
ƒ Bandwidth ASK dan PSK berhubungan langsung ke bit rate (kecepatan bit).
ƒ Bandwidth FSK berhubungan ke data rate untuk frekuensi-frekuensi lebih
rendah, tetapi berhubungan dengan offset frekuensi yang termodulasi dari
sinyal carrier, pada frekuensi tinggi
- Ketika terdapat noise, bit error rate dari PSK lebih tinggi 3 dB (superior)
terhadap ASK dan FSK.
c. Data Analog sinyal Digital
Digitalisasi : Proses transformasi data analog ke sinyal digital
Tiga hal yang umum terjadi setelah proses digitalisasi :
• Data digital dapat ditransmisi menggunakan NRZ-L
• Data digital dapat di-encode sebagai sinyal digital memakai kode selain NRZL dengan beberapa langkah tambahan.
• Data digital dapat diubah menjadi sinyal analog, menggunakan salah satu
teknik modulasi.
Codec (coder – decoder) : device yang digunakan untuk mengubah data analog
menjadi bentuk digital untuk transmisi dan kemudian untuk mendapatkan kembali
data analog dari data digital tersebut.
Teknik Encoding dalam codec :
Pulse Code Modulation (PCM)
Dilakukan berdasarkan teori sampling, frekuensi sampling (fs
) harus lebih besar atau
sama dengan 2x frekuensi tertinggi sinyal (fh
), atau diformulasikan :
fs
> = 2 fh
Jika 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 amplitudonya proporsional terhadap nilai dari sinyal asal. Proses
mewakilkan ini disebut pulse amplitudo Modulation (PAM).
Lalu amplitudo setiap pulsa PAM dihampiri oleh n-bit integer, misalnya n=3 maka 2
3
= 8 level yang mungkin terjadi. Suatu sistem 4 bit akan memberikan 16 level.
Delta Modulation (DM)
• Input analog ditransformasikan dengan fungsi tangga (stairs Function).
• Gerakan ke atas atau ke bawah 1 level (δ)terjadi pada setiap interval
pencuplikan, disebut perilaku biner.
• Kinerja DM :
- Reproduksi suara yang baik (voice bandwidth 4 khz).
- Kompresi (pemampatan) data dapat ditingkatkan, contoh :
‘interframe coding’ untuk video.
d. Data Analog sinyal Analog
Sebab perlunya proses modulasi sinyal analog :
- Frekuensi yang lebih tinggi dapat memberikan transmisi yang lebih efisien.
- Antena-antena yang ada dapat dimanfaatkan Frequency Division Multiplexing
(FDM).
Teknik Modulasi memakai data analog :
• Amplitudo Modulation
• Frequency Modulation Angel Modulation
• Phase Modulation
1. Amplitudo Modulation
- Dikenal sebagai sideband transmitter carrier (DSBTC).
- Jenis AM :
o Single side band (SSB) : dimana pengiriman hanya satu sideband dan
menghapus sideband lain dan carriernya. Keuntungan : hanya separuh
bandwidth yang dibutuhkan dan memerlukan power yang lebih kecil
karena tidak ada power yang dipakai untuk mentransmisi carrier pada
sideband lain.
o Double Side Band Supressed Carrier (DSBSC) : dimana menyaring
frekuensi carrier dan mengirimkan dua sideband. Keuntungan :
menghemat power tetapi memakain bandwidth yang cukup besar.
Kerugian dua jenis ini : menahan carrier, padahal
carrier dapat dipakai untuk tujuan sinkronisasi.
2. Frequency Modulation
Pada metode ini sinyal pemodulasi akan mengubah frekuensi sinyal pembawa. Bila
Suatu gelombang pembawa sinusoidal dimodulasi frekuensi, maka frekuensi
sesaatnya akan berubah sesuai dengan karakteristik sinyal pemodulasi. Frekuensi
pembawa termodulasi harus dapat bergeser ke atas dan ke bawah frekuensi nominal
beberapa kali per detik, sesuai dengan frekuensi pemodulasi.
3. Phase Modulation
- Beda fase sinyal carrier yang bervariasi.
- Dapat digunakan untuk pergeseran 180 derajat (biner) dengan mudah, maka bit rate
jadi lebih tinggi dari boud rate.
- hasil 8 sudut untuk 3 bit per elemen sinyal. Atau 3 bit per baud.
Teknik Komunikasi Data Digital
1. Pembentukan frame Komunikasi data
2. Transmisi Asynchronous
a. Defenisi
b. contoh
3. Transmisi synchronous
a. Defenisi
b. contoh
Teknik Deteksi dan Koreksi Kesalahan
1. Teknik Deteksi Kesalahan
2. Teknik Koreksi Kesalahan
Sumber
