Teknik Pengkodean Sinyal Data Analog dan Digital

Pengkodean karakter, kadang disebut penyandian karakter, terdiri dari kode yang memasangkan karakter berurutan dari suatu kumpulan dengan sesuatu yang lain. Seperti urutan bilangan natural, octet atau denyut elektrik. Untuk memfasilitasi penyimpanan teks pada komputer dan transmisi teks melalui
jaringan telekomunikasi. Contoh umum adalah sandi morse, yang menyandikan huruf alphabet ke dalam rangkaian tekanan panjang pendek dari kunci telegraf, serta ASCII, yang menyadikan huruf, numeral dan simbol-simbol lain, sebagai integrer dan versi biner 7-bit dari integrer tersebut, umumnya ditambah nol-bit untuk memfasilitasi penyimpanan dalam bita 8-bit (octet).

Dalam sistem komunikasi digital, pesan yang dikeluarkan oleh sumber umumnya dikompresikan menjadi bentuk lain yang lebih efisien. Proses tersebut dilakukan dalam source encoder, dimana informasi dari sumber dikonversikan menjadi deretan digit biner yang efisien dengan jumlah digit biner yang digunakan dibuat seminimal mungkin.

Pengkodean Data

Dalam proses telekomunikasi, data tersebut harus dimengerti baik dari sisi pengirim maupun dari sisi penerima. Untuk mencapai hal tersebut, data harus diubah dalam bentuk khusus yaitu sandi untuk komunikasi data.

 

Kombinasi Pengkodean

· Digital signaling: sumber data g(t), berupa digital atau analog, dikodekan menjadi sinyal digital x(t) berdasarkan teknik tertentu

· Analog signaling: sinyal input m(t) disebut “modulating signal” dikalikan dengan sinyal pembawa, hasil modulasi berupa sinyal analog s(t) disebut “modulated signal”

Ada 4 kombinasi hubungan data dan sinyal:

• Data digital, sinyal digital perangkat pengkodean data digital menjadi sinyal digital lebih sederhana dan murah daripada perangkat modulasi digital-to-analog
• Data analog, sinyal digital konversi data analog ke bentuk digital memungkinkan penggunaan perangkat transmisi dan switching digital
• Data digital, sinyal analog beberapa media transmisi hanya bisa merambatkan sinyal analog, misalnya unguided media
• Data analog, sinyal analog data analog dapat dikirimkan dalam bentuk sinyal baseband, misalnya transmisi suara pada saluran pelanggan PSTN

Teknik Pengkodean dan Modulasi

Bentuk x(t) bergantung pada teknik pengkodean dan dipilih yang sesuai dengan karakteristik media transmisi. Frekuensi sinyal pembawa dipilih yang kompatibel dengan media transmisi

Data Digital, Sinyal Digital

Sinyal digital merupakan deretan pulsa tegangan diskrit dan diskontinu, tiap pulsa merupakan elemen sinyal. Jika semua elemen sinyal memiliki tanda aljabar yang sama (positif atau negatif), maka sinyal tersebut unipolar. Penerima harus mengetahui timing dari setiap bit.

Definisi Format Pengkodean

Format Pengkodean Sinyal Digital, Data Digital, Sinyal Digital

Jika faktor lain konstan, maka pernyataan berikut adalah benar:

• Laju data naik BER (bit error rate/ratio) naik

• SNR naik BER turun

• Bandwidth naik laju data (datarate) naik

Parameter pembanding teknik pengkodean:

• Spektrum sinyal jumlah komponen frekuensi tinggi yang sedikit berarti lebih hemat bandwidth transmisi

• Clocking menyediakan mekanisme sinkronisasi antara source dan destination

• Deteksi kesalahan kemampuan error detection dapat dilakukan secara sederhana oleh skema line coding

• Kekebalan terhadap interferensi sinyal dan derau dinyatakan dalam BER

• Biaya dan kompleksitas semakin tinggi laju pensinyalan atau laju data, semakin besar biaya

Bandingkan keenam teknik line coding di atas berdasarkan parameter tersebut!

Rapat Spektral

Pengkodean diferensial informasi yang akan dikirim didasarkan atas perbedaan antara simbol data yang berurutan NRZ :

• Mudah direkayasa

• Sebagian besar energi berada antara dc dan 0,5 kali laju bit

• Ada komponen DC,

• kemampuan sinkronisasi buruk

• Biasanya digunakan pada penyimpanan magnetik

Multilevel binary

• Kasus bipolar AMI dan pseudoternary

• Tidak ada akumulasi komponen dc

BER Teoritis

Multilevel binary

• Untuk memperoleh BER tertentu, perlu daya 3 dB lebih besar dibandingkan NRZ

Biphase

Kasus Manchester dan differential Manchester. Keunggulan :

• Sinkronisasi: penerima dapat melakukan sinkronisasi pada setiap transisi dalam 1 durasi bit

• Tanpa komponen dc

• Deteksi kesalahan: transisi yang tidak terjadi di tengah bit dapat digunakan sebagai indikasi kesalahan

Kelemahan:

• Bandwidth lebih besar dibandingkan NRZ dan multilevel binary

Kode Manchester digunakan pada standar IEEE 802.3 (CSMA/CD) untuk LAN dengan topologi bus, media transmisi kabel koaksial baseband dan twisted pair.

Kode differential Manchester digunakan pada IEEE 802.5 (token ring LAN), media transmisi STP

Laju Modulasi

Yaitu laju perubahan level sinyal (pembangkitan elemen sinyal), berbeda dengan laju data

Contoh pada Manchester

• Data rate = 1/Tb

• Modulation rate = 2/Tb

Laju Modulasi

Secara umum D = R/b

• D=laju modulasi,

• R=laju data (bps), b=jumlah bit per elemen sinyal

Tujuan perancangan pengkodean data adalah:

• Tidak ada komponen dc

• Tidak ada urutan bit yang menyebabkan sinyal berada pada level 0 dalam waktu lama

• Tidak mengurangi laju data

• Kemampuan deteksi kesalahan

Unipolar: semua elemen sinyal (pulsa) memiliki tanda yang sama, positif atau negatif

Polar: satu keadaan diwakili oleh level tegangan positif, dan keadaan lain oleh level negatif

Laju Transisi Sinyal

Salah satu cara dalam penentuan laju modulasi adalah dengan mencari rata-rata jumlah transisi yang terjadi per periode bit. Tabel berikut memberikan contoh laju transisi sinyal dengan kasus aliran data 1 dan 0 bergantian (101010…)

Teknik Scrambling

Terdapat 2 teknik yang sering digunakan pada layanan transmisi jarak jauh. B8ZS (bipolar with 8-zeros substitution) Amerika Utara

· Jika pulsa tegangan terakhir sebelum 8-zero memiliki level positif, maka dikodekan sebagai 000+-0-+

· Jika pulsa tegangan terakhir memiliki level negatif, maka kodenya adalah 000-+0+-

· HDB3 (High Density Bipolar-3zeros) → Eropa dan Jepang

Polaritas sebelum 4-zeros	Jumlah pulsa bipolar (bit 1) sejak substitusi terakhir
	Ganjil	Genap
Negatif (-)	000-	+00+
Positif (+)	000+	-00-

· Teknik B8ZS memiliki 2 violation terhadap kode AMI, sedangkan HDB3 memiliki 1 violation pada bit keempat

Data Digital, Sinyal Analog

Contoh: transmisi data digital melalui jaringan telepon publik (PSTN); perangkat digital dihubungkan ke jaringan melalui modem.

Modulasi Digital

Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: amplitude shift keying (ASK), frequency shift keying (FSK), dan phase shift keying (PSK).

Kinerja

Rasio datarate terhadap bandwidth transmisi disebut efisiensi bandwidth.

• Bandwidth transmisi ASK dan PSK adalah: BT = (1+r)R

• Untuk FSK:

BT = 2 F+(1+r)R

• Untuk pensinyalan multilevel:

BT = (1+r)R/b

• Bandingkan dengan pensinyalan digital:

BT = 0,5(1+r)D

Ingatlah bahwa Eb/No = (S/N).(BT/R)

• BER dapat dikurangi dengan menaikkan Eb/No

Legenda:

• R=bitrate,

• r=faktor roll-off (0<1),>

• F=frekuensi offset=f2-fc=fc-f1,

• b=jumlah bit per elemen sinyal,

• D=laju modulasi

Efisiensi Bandwidth

Rasio datarate terhadap bandwidth transmisi untuk berbagai skema pengkodean digital-to-analog ditunjukkan pada tabel.

Contoh: berapa efisiensi bandwidth FSK, ASK, PSK, dan QPSK untuk BER 10-7 pada kanal yang memiliki SNR 12 dB?

Data Analog, Sinyal Digital

Setelah konversi data analog ke data digital, proses selanjutnya adalah salah satu dari 3 cara berikut:

• Data digital langsung ditransmisikan dalam bentuk NRZ-L

• Data digital dikodekan sebagai sinyal digital dengan menggunakan kode selain NRZ-L

• Data digital dikonversi menjadi sinyal analog, dengan menggunakan teknik modulasi

Teknik dasar yang digunakan dalam codec:

• Pulse code modulation SNR=6,02n+1,76 dB

• Delta modulation implementasi lebih sederhana, karakteristik SNR lebih buruk

Teorema Pencuplikan

Jika x(t) adalah sinyal bandlimited, dengan bandwidth fh, dan p(t) adalah sinyal pencuplik yang terdiri dari pulsa-pulsa pada interval Ts=1/fs; Maka xs(t) = x(t)p(t) adalah sinyal tercuplik

Pulse Code Modulation

Jika data suara dibatasi pada frekuensi dibawah 4000 Hz, maka frekuensi 8000 cuplikan per detik dianggap cukup untuk mewakili sinyal suara. Pada gambar di samping, tiap cuplikan dikuantisasi menjadi 16 level. Kemudian hasil kuantisasi direpresentasikan oleh 4 bit. Berapa laju bit yang dihasilkan?
Contoh lain: jumlah level kuantisasi 256, frekuensi pencuplikan 8000 Hz, berapa laju bit?

Contoh PCM

Perbandingan sinyal terhadap noise untuk derau kuantisasi dapat dinyatakan sebagai SNRdB = 20log2n+1,76 dB

Alasan utama penggunaan teknik digital :

• Tidak ada additive noise

• Tida ada intermodulation noise

Data Analog, Sinyal Analog

Alasan utama diperlukannya modulasi analog:

• Transmisi efektif terjadi pada frekuensi tinggi

• Memungkinkan frequency-division multiplexing

Modulasi amplitude :

s(t) = [1+nax(t)]cos(2pfct)

• cos(2pfct) adalah pembawa

• x(t) adalah sinyal masukan (membawa data)

Data Analog, Sinyal Analog

Modulasi sudut

s(t) = Accos[2pfct+f(t)]

• Modulasi fasa:

f(t) = npm(t)

• Modulasi frekuensi:

f’(t) = nfm(t)

Contoh turunan AM: Quadrature Amplitude Modulation

QAM merupakan teknik pensinyalan analog yang digunakan pada jaringan asymmetric digital subscriber line (ADSL)

Sinyal QAM:

s(t) = d1(t)cos(2pfct)+d2(t)sin(2pfct)

Spread Spectrum

Teknik ini digunakan untuk mengirimkan data analog atau digital, dengan sinyal analog.

Ide dasarnya adalah penyebaran sinyal informasi dalam bandwidth yang lebih lebar sehingga menyulitkan jamming Skema dalam penerapan spektral tersebar:

• Frequency hopping sinyal di-broadcast dengan deretan frekuensi radio yang acak, berpindah dari 1 frekuensi ke frekuensi lain pada selang waktu yang sempit

• Direct sequence tiap bit dalam sinyal asli diwakili oleh banyak bit dalam sinyal yang ditransmisikan, disebut sebagai chipping code; contoh: chipping code 10-bit menyebarkan sinyal pada pita frekuensi yang besarnya 10 kali