PENGKODEAN DATA DAN SIGNAL(kelompok 1)

PENGKODEAN DATA DAN SIGNAL

. 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 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.

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 : 

1. receiver harus mengetahui timing dari tiap bit

2. 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.

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. 

      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)

Data rate =

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).

Kedua kode ini berdasarkan pada penggunaan AMI encoding dan cocok untuk

transmisi dengan data rate tinggi. 

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 atau dinyatakan sebagai : 

            S(t) =

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 : 

             S(t) =

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 . 

S(t) =

Sehingga tiap elemen sinyal mewakili 2 bit; jadi terdapat 12 sudut fase yang memakai modem standard 9600 bps.

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)

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