Pengkodean Data dan Sinyal dan Analog

Pengkodean Data dan Sinyal dan Analog

A.     Pengkodean Data

Ø  Pengertian Pengkodean Data

Penggambaran dari satu set sandi menjadi set sandi yang lain.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, serta ASCII, yang menyadikan huruf, numeral dan simbol-simbol lain.

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. 

Ø  Teknik Pengkodean dan Modulasi

B.     Bentuk x(t) bergantung pada teknik pengkodean dan dipilih yang sesuai dengan karakteristik media transmisi

C.     Frekuensi sinyal pembawa dipilih yang kompatibel dengan media transmisi

Ø  Sandi-sandi Pengkodean yang Sering digunakan

a.     ASCII (American Standard Code for Information Interchange)

ü Paling banyak digunakan

ü Merupakan sandi 7 bit

ü Terdapat 128 macam simbol yang dapat diberi sandi ini

ü Untuk transmisi asinkron terdiri dari 10 atau 11 bit yaitu : 1 bit awal, 7 bit data, 1 bit paritas, 1 atau 2 bit akhir

b.    Sandi Baudot Code (CCITT Alfabet No. 2 / Telex Code

ü Terdiri dari 5 bit

ü Terdapat 32 macam simbol

ü Digunakan 2 sandi khusus sehingga semua abjad dan angka dapat diberi sandi yaitu :

-  LETTERS (11111)

-  FIGURES (11011)

ü Tiap karakter terdiri dari : 1 bit awal, 5 bit data dan 1,42 bit akhir

c.    Sandi 4 atau 8

ü Sandi dari IBM dengan kombinasi yang diperbolehkan adalah 4 buah “1” dan 4 buah “0”

ü Terdapat 70 karakter yang dapat diberi sandi

ü Transmisi asinkron membutuhkan bit, yaitu :   1 bit awal, 8 bit data dan 1 bit akhir.

d.    BCD (Binary Coded Decimal)

ü Sandi 6 bit

ü Terdapat 64 kombinasi sandi

ü Transmisi asinkron membutuhkan 9 bit, yaitu : 1 bit awal, 6 bit data, 1 bit paritas dan 1 bit akhir.

e.    EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code)

ü Sandi 8 bit untuk 256 karakter

ü Transmisi asinkron membutuhkan 11 bit, yaitu : 1 bit awal, 8 bit data, 1 bit paritas dan 1 bit akhir.

Ø  Pengelompokkan karakter

Pada komunikasi data informasi yang dipertukarkan terdiri dari 2 grup (baik ASCII maupun EBCDIC), yaitu :

a.    karakter data

b.   karakter kendali

digunakan untuk mengendalikan transmisi data, bentuk (format data), hubungan naluri data dan fungsi fisik terminal.

·         Karakter Kendali dibedakan atas :

a.     Transmisi Control

Mengendalikan data pada saluran, terdiri atas :

§  SOH : Start Of Header

Digunakan sebagai karakter pertama yang menunjukkan bahwa karakteer berikutnya adalah header

§  STX : Start of Text

Digunakan untuk mengakhiri header dan menunjukkan awal dari informasi / text

§  ETX : End of Text

Digunakan untuk mengakhiri text

§  EOT : End Of Transmision

Untuk menyatakan bahwa transmisi dari text baik satu atau lebih telah berakhir

§  ENQ : Enquiry

Untuk meminta agar remote station tanggapan

§  ACK : Acknowledge

Untuk memberikan tanggapan positif ke pengirim dari penerima

§  NAK : Negatif Akcnowkedge

Merupakan tanggapan negatif dari penerima ke pengirim

§  SYN : Synchronous

Digunakan untuk transmisi sinkron dalam menjaga atau memperoleh sinkronisasi antar peralatan terminal

§  ETB : End of Transmision Block

Digunakan untuk menyatakan akhir dari blok data yang ditransmisikan, bila data dipecah menjadi beberapa blok

§  DLE : Data Link Escape

Mengubah arti karakter berikutnya, digunakan untuk lebih mengendalikan transmisi data.

b.    Format Effectors

Digunakan untuk mengendalikan tata letak fisik informasi pada printout / tampilan layar

§  BS (Back Space), menyebabkan kursor / print head mundur satu posisi.

§  HT (Horizontal Tabulation), maju ke posisi yang telah ditentukan

§  LF (Line Feed), maju satu baris / spasi

§  VT (Vertical Tabulation, maju beberapa baris / spasi

§  FF (Form Feed), maju 1 halaman (halaman baru)

§  CR (Carriage Return), print head / kursor menuju ke awal baris

c.    Device Control

Digunakan untuk mengendalikan peralatan tambahan dari terminal

d.    Information Separators

Digunakan untuk mengelompokkan data secara logis. Umumnya ditentukan :

§  US (Unit Separators), tiap unit informasi dipisahkan oleh US

§  RS (Record Separator), tiap record terdiri atas beberapa unit dan dipisahkan oleh RS

§  GS (Group Separator), beberapa record membentuk suatu grup dan dipisahkan oleh GS

§  FS (File Separator),beberapa grup membentuk sebuah fike yang dipisahkan oleh FS

 B.    Sinyal Analog dan Digital

1.      Pengertian Sinyal Analog dan Digital

•       Sinyal  Digital

  Sinyal / Data digital merupakan sinyal data dalam bentuk pulsa yang dapat mengalami perubahan yang tiba-tiba dan mempunyai besaran 0 dan 1. Sinyal digital hanya memiliki dua keadaan, yaitu 0 dan 1, sehingga tidak mudah terpengaruh oleh derau, tetapi transmisi dengan sinyal digital hanya mencapai jarak jangkau pengiriman data yang relatif dekat. Biasanya sinyal ini juga dikenal dengan sinyal diskret. Sinyal yang mempunyai dua keadaan ini biasa disebut dengan bit. Bit merupakan istilah khas pada sinyal digital. Sebuah bit dapat berupa nol (0) atau satu (1). Kemungkinan nilai untuk sebuah bit adalah 2 buah (21). Kemungkinan nilai untuk 2 bit adalah sebanyak 4 (22), berupa 00, 01, 10, dan 11. Secara umum, jumlah kemungkinan nilai yang terbentuk oleh kombinasi n bit adalah sebesar 2n buah.

•       Sinyal  Analog

 Sinyal analog adalah sinyal data dalam bentuk gelombang yang yang kontinyu, yang membawa informasi dengan mengubah karakteristik gelombang. Dua parameter / karakteristik terpenting yang dimiliki oleh isyarat analog adalah amplitudo dan frekuensi. Isyarat analog biasanya dinyatakan dengan gelombang sinus, mengingat gelombang sinus merupakan dasar untuk semua bentuk isyarat analog. Hal ini didasarkan kenyataan bahwa berdasarkan analisis fourier, suatu sinyal analog dapat diperoleh dari perpaduan sejumlah gelombang sinus. Dengan menggunakan sinyal analog, maka jangkauan transmisi data dapat mencapai jarak yang jauh, tetapi sinyal ini mudah terpengaruh oleh noise. Gelombang pada sinyal analog berbentuk gelombang sinus memiliki tiga variable dasar, yaitu amplitudo, frekuensi dan phase.

2.      Pengkonversian Sinyal Analog dan Digital

ü  Pengkonversian Data Digital menggunakan Sinyal Digital

Elemen sinyal adalah tiap pulsa dari sinyal digital. Data binari / digital ditransmisikan dengan mengkodekan bit-bit data ke dalam elemen-elemen sinyal.

Contoh :           bit binari 0 untuk level tegangan rendah

            bit binari 1 untuk level tegangan tinggi

kecepatan data signalling dalam bps (bit per detik)

Sinyal unipolar adalah semua elemen sinyal yang mempunyai tanda yang sama, yaitu positif semua atau negatif semua. Sedangkan sinyal polar adalah elemen sinyal dimana salah satu logic statenya diwakili oleh level tegangan positif dan yang lainnya oleh level tegangan negatif.

Durasi = panjang bit (1/R) adalah jumlah waktu yang dibutuhkan oleh transmiter untuk mengirimkan bit dengan kecepatan R

Faktor kesuksesan penerima dalam mengartikan sinyal yang datang :

1.    Ratio signal to noise (S/N) : peningkatan S/N akan menurunkan bit error rate

2.    Kecepatan data / data rate : peningkatan data rate akan meningkatkan bit error rate (kecepatan error dari bit)

3.    Bandwidth : peningkatan bandwidth dapat meningkatkan data rate.

Hubungan ketiga faktor tersebut adalah :

1.    Kecepatan data bertambah, maka kecepatan errorpun bertambah, sehingga memungkinkan bit yang diterima error.

2.    Kenaikan S/N mengakibatkan kecepatan error berkurang

3.    Lebar bandwidth membesar yang diperbolehkan, kecepatan data akan bertambah

5 faktor evaluasi

(faktor-faktor yang mempengaruhi coding) :

1.    Spektrum sinyal / signal spektrum

Ketidakadaan komponen frekuensi tinggi berarti diperlukan bandwidth sempit untuk transmisi.

2.    Kemampuan sinkronisasi / clocking / signal synchronization capability

Untuk menghitung posisi start dan stop dari tiap posisi bit dengan mekanisme sinkronisasi.

3.    Kemampuan mendeteksi error / signal error detecting capability

Kemampuan error detection dapat diberikan secara sederhana dengan pengkodean natural.

4.    Tahan terhadap gangguan / signal interference and noise immunity

Digambarkan oleh kecepatan bit error.

5.    Biaya dan kompleksitas / cost and complexity

Semakin tinggi kecepatan pensinyalan untuk memenuhi data rate yang ada, semakin besar biayanya.

Teknik Konversi Data Digital menggunakan Sinyal Digital terbagi atas :

1.    Non-Return to Zero / NRZ

2.    Return to Zero / RZ

3.    Biphase

4.    Delay Modulation

5.    Multilevel Binary

a.     Non-Return to Zero / NRZ

Level tegangannya tetap selama interval bit tidak ada transisi.

b.    NRZ-L (NRZ-Level)

Kode yang digunakan untuk menghasilkan dan menginterprestasikan data digital oleh terminal pemproses data / peralatan lainnya dan jika kode yang digunakan untuk transmisi berbeda. (tetap seperti data awal)

c. NRZ-M (NRZ-Mark)

Keuntungan transmisi dengan kode defferensial, dimana sinyal dikodekan dengan membandingkan polaritas elemen sinyal yang berdekatan dari harga absolut sinyal.

Keuntungannya : mudah dalam mendeteksi transisi noise

     Bit = 1 jika transisi pada awal pulsa clock

     Bit = 0 jika tidak ada transisi / perubahan

          d.  NRZ-S (NRZ-Space)

Sama dengan NRZ-M, tapi bedanya :

     Bit = 1 jika tidak ada transisi / perubahan   

Bit = 0 jika transisi pada awal pulsa clock

 

          e.   Return to Zero / RZ

·    Untuk melihat perbedaan antara kecepatan data dan kecepatan modulasi

·    Bit rate / kecepatan bit = 1/ tb, dan kecepatan maksimal modulasi = 2 / tb

·    Ukuran minimal elemen signal adalah pulsa untuk binari 1 besarnya ½ panjang interval bit

·    Kecepatan maksimum modulasi = 2 / t_B

·    Tidak memberikan perbaikan terhadap teknik NRZ, bandwidth sinyal besar

·    Bit = 1, pulsa berada pada awal ½ interval

·    Bit = 0, tidak ada pulsa

·  Biphase

Ø Diharapkan untuk mengatasi kerugian teknik pengkodean NRZ dan RZ

Ø Sekurang-kurangnya memerlukan 1 transisi waktu bit dan sebanyak-banyaknya 2 transisi, sehingga kecepatan maksimumnya 2 x NRZ

Ø Keuntungannya adalah :

a.   Synchronization, karena transisi dapat diramalkan selama masing-masing waktu bit sehingga penerima dapat sinkron dalam transisi tersebut.

b.   No-DC-Component, tidak mempunyai komponen DC, sehingga menghasilkan keuntungan untuk mendeteksi error.

c.   Error Detection, ketidak adaan transisi diharapkan dapat dipakai untuk mendeteksi error.

Ø Jenis-jenis Biphase :

a.   Biphase-L (biphase-level / manchester)

Bit = 1,      transisi dari high ke low di tengah interval

Bit = 0,      transisi dari low ke high di tengah interval

b.   Biphase-M

Selalu terjadi transisi di awal interval

Bit = 1, transisi di tengah interval

Bit = 0, tidak ada transisi di tengah interval

c.   Biphase-S

Selalu terjadi transisi di awal interval

Bit = 1, tidak ada transisi di tengah interval

Bit = 0, transisi di tengah interval

d.   Differensial Manchester

Selalu terjadi transisi di tengah interval

Bit = 1, tidak ada transisi di awal interval

Bit = 0, transisi di awal interval

Ø  Delay Modulation (Miller-Codding)

Ø  Ada 1 transisi per 2 waktu bit dan pernah lebih dari 1 transisi per bit

Ø  Bit = 1, transisi di tengah interval

Ø  Bit = 0, tidak ada transisi jika diikuti 1, dan transisi pada akhir interval jika diikuti 0

Ø  Bipolar / Multilevel Binary

·         Menggunakan lebih dari 2 level sinyal

·         Mempunyai pusat bandwidth pada ½ kecepatan bit

·         Keuntungannya : tidak ada komponen DC / kemampuan sikronisasi yang baik dan pemakaian bandwidth yang lebih kecil, dapat menampung bit informasi lebih.

·         Kerugiannya : 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.

·         Bit = 1, pulsa   pada   tengah  bit   interval  awal  dan mempunyai polaritas

·         Bit = 0, tidak ada pulsa

·         Memberikan beberapa error detection capability jika 1 harus mempunyai tanda berlawanan

ü  Data Digital, Sinyal Analog

·         Yang paling populer yaitu jaringan telepon umum. Device yang dipakai adalah modem (modulator dan demodulator) yang mengubah data digital ke sinyal analog (modulator) dan sebaliknya mengubah sinyal analog ke data digital (demodulator).

·         Karena operasi modulasi meliputi 1atau lebih dari 3 sifat sinyal pembawa yaitu amplitudo, frequency, phase, dimana sinyal yang dihasilkan menempati pusat bandwidth pada frequency pembawa

a.   ASK = Amplitudo Shift Keying

©    2 bilangan binary digambarkan oleh 2 perbedaan amplitudo dari frequency pembawa

©    Dapat menerima perubahan perbesaran secara tiba-tiba dan teknik modulasinya kurang efisien

©    Dalam jalur voice grade adalah digunakan hanya untuk diatas 1200 bps

©    Data = 1, level high

s(t) = A cos (2pf_ct) + q_c

©    Data = 0, level low

s(t) = 0

b.   FSK = Frequency Shift Keying

·         Harga 2 binary digambarkan oleh 2 perbedaan frequency mendekati frequency pembawa

·         Sangat mudah membuat kesalahan dibanding ASK

·         Dalam jalur voice grade adalah digunakan hanya sampai dengan 1200 bps

·         Dipakai untuk frequency tinggi pada jaringan locak dengan kabel coaxial

·         Data = 1, frequency f₁

§  s(t) = A cos (2pf₁t) + q_c

·         Data = 0, frequency f₂

§  s(t) = A cos (2pf₂t) + q_c

c.   PSK = Phase Shift Keying

·         Harga 2 binary digambarkan oleh 2 perbedaan phase dari frequency pembawa yang digeser untuk menggambarkan data

·         Data = 1, phase = 180⁰

§  s(t) = A cos (2pf_ct) + q_c

·         Data = 0, phase = 0⁰

§  s(t) = A cos (2pf₀t)

d.   QPSK = Quardrature Phase Shift Keying

·         Metode yang lebih komplek dalam sistem pengiriman

·         Memakai pergeseran phase perkalian 90⁰

·         Tiap urutan 2 bit dinyatakan dengan phase yang berbeda

·         Tujuannya agar pengiriman data lebih cepat dan penggunaan bandwidth medianya lebih efisien

·         Data 11, s(t) = A cos (2pf_ct) +  45⁰

·         Data 10, s(t) = A cos (2pf_ct) + 135⁰

·         Data 00, s(t) = A cos (2pf_ct) + 225⁰

·         Data 01, s(t) = A cos (2pf_ct) + 315⁰

Secara umum kecepatan pengiriman data yang termodulasi (D) tergantung pada kecepatan pengiriman data dan banyaknya data yang dikirim secara paralel, sehingga :

            D = R / l = R / log₂ L

Dengan : D =          kecepatan modulasi

     R  =        kecepatan data

     L   =        jumlah perbedaan elemen-elemen sinyal

     I    =        jumlah bit per-elemen sinyal

       

Bandwidth signal modulasi :

a.      Bandwidth transmisi B_T untuk ASK dan PSK

B_T = ( 1 + r ) R

Dengan :           

B_T     =          bandwidth transmisi (Hz)

  r       =          faktor transmisi, dimana 0<r<1

  R     =          kecepatan bit (bps)

b.      Bandwidth transmisi B_T untuk FSK

B_T = 2LF + ( 1 + r ) R,

dimana LF = f₂ – f₁

Dengan :    

LF     =          offset frekuensi modulasi dari frekuensi pembawa

  f₁     =          frekuensi sinyal

  f₂     =          frekuensi pembawa

c.      Bandwidth transmisi B_T untuk multilevel PSK

B_T = ( (1+r) / l ) R = ( (1+r) / log₂ L) ) R

Efisiensi Bandwidth

Eb/No = S/NoR

Hubungan antara noise dengan bandwidth signal B_T adalah  N = No . B_T

Maka :

        Eb/No = (S. B_T) / NR

Jadi kecepatan bit error dapat dikurangi dengan kenaikan Eb/No dengan dilakukan oleh kenaikan bandwidth / penurunan kecepatan data dengan menurunkan effisiensi bit.

Pendekatan untuk mendapatkan bandwidth yang lebih baik adalah :

        B_T = 0,5 ( 1 + r ) D

Untuk NRZ, D= R, maka :

        R/B = 2 / (1 + r)

ü  Data Analog, Sinyal Digital

Digitalisasi adalah :

·         Proses transmisi data analog ke dalam sinyal-sinyal data

·         Konversi data analog ke dalam sinyal digital

Beberapa kemungkinan yang dapat terjadi dalam proses digitalisasi adalah :

1.     Data digital dapat ditransmisikan menggunakan NRZ-L

2.     Data digital dapat di-encode sebagai sinyal digital memakai kode selain NRZ-L

3.     Data digital dapat dikonversikan ke dalam sinyal analog dengan menggunakan 1 dari teknik modulasi

Contoh :

Data suara yang berupa data analog akan di-digitalisasi dan dikonversikan ke dalam sinyal analog ASK, maka peralatan yang dipakai untuk konversi data analog ke dalam bentuk digital dalam transmisi dan memperoleh kembali barisan data analog digital diketahui sebagai CODEC (Coder – Decoder)

Ø  Teknik CODEC (Coder and Decoder)

1.   PCM = Pulse Code Modulation

Berdasarkan teori sampling, apabila sinyal f(t) di sampling pada interval waktu reguler dan kecepatan tertingginya 2 kali atau lebih dari ketinggian frequency sinyal yang mana sample berisikan seluruh informasi sinyal asli, maka fungsi f(t) dibentuk kembali dari sample ini menggunakan low pass filter.

Sinyal original diambil untuk bandlimited dengan bandwidth B, sample diambil pada rate 2B atau setiap 1/2B detik, yang digambarkan sebagai pulsa sempit yang amplitudonya sebanding dengan harga sinyal original. Proses ini dinamakan PAM (Pulse Amplitudo Modulation) yang merupakan langkah pertama dari PCM.

2.   DM = Delta Modulation

·         Data analog fungsinya kurang lebih seperti tangga rumah yang bergerak keatas ke bawah oleh 1 level quantizasi pada masing-masing waktu sampling

·         Sifat terpenting dari fungsi tangga rumah / staircase function adalah binary. Pada masing-masing waktu sampling fungsi gerakan keatas kebawah jumlahnya adalah konstan, maka keluaran proses DM adalah single binary digit untuk masing-masing sample. Pada pokoknya aliran bit dihasilkan dari pendekatan pengurangan amplitudo sinyal analog.

·         Nilai 1 = dihasilkan jika fungsi tangga rumah bergerak keatas selama interval berikutnya

·         Nilai 0 = dihasilkan kebalikannya

·         Sinyal berubah 0,1,0,1 dipakai jika amplitudo konstan

ü  Data Analog, Sinyal Analog

Modulasi adalah :

Proses kombinasi sinyal masukan m(t) dan sinyal pembawa (carrier) pada frequency f_c untuk menghasilkan sinyal s(t) yang mempunyai bandwidth yang biasanya berpusat pada f_c.

Prinsip teknik modulasi menggunakan data analog adalah :

a.   AM = Modulasi Amplitudo

Modulasi ini menggunakan amplitudo sinyal analog untuk membedakan kedua keadaan sinyal digital, dimana frequency dan phasenya tetap, amplitudo yang berubah.

Dengan cara ini, maka keadaan ‘1’ (high) diwakili dengan tegangan yang lebih besar dari ‘0’ (low), misalkan ‘1’ = 5 V dan ‘0’ = 0 V.

AM adalah modulasi yang paling mudah, tetapi mudah juga dipengaruhi oleh keadaan media transmisinya.

Variant AM yang populer untuk diketahui adalah SSB (Single Side Band), keuntungannya adalah pengirim hanya memerlukan 1 side band dan membersihkan side band lainnya, dan sinya pembawa. Dan DSBTC (Double Sideband Transmitter Carrier) dimana menyaring frekuensi carrier dan mengirimkan kedua sideband.

b.   FM = Modulasi Frequency

Modulasi ini menggunakan sinyal analog untuk membedakan kedua keadaan sinyal digital, dimana amplitudo dan phasenya tetap, frequency yang berubah. Kecepatan transmisi mencapai 1200 bit persekon. Untuk transmisi data sistem yang umum dipakai FSK