pengkodean data,sinyal analog dan sinyal digital

Pengkodean Data, Sinyal Analog dan Sinyal digital

Pengertian  Penkodean

Pengkodean karakter atau 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.

Sehingga Pengkodean Adalah Pengambaran dari satu set sandi menjadi set sadi yang lain.

Teknik Pengkodean Yang biasa digunakan Diantaranya sebagai berikut:

1.     ASCII (American Standard Code for Information Interchange)

Dengan ciri-cirinya :

·        Merupakan sandi 7 bit

·        Terdapat 128 macam symbol yang dapat diberi sandi ini

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

2.     Sandi Baudot Code (CCITT alphabet No.2 / Telex Code)

Dengan ciri-cirinya:

·        Terdiri dari 5 bit

·        Terdapat 32 macam symbol

·        Digunakan dua sandi khusus sehingga semua abjad dan angka dapat diberi sandi yaitu:

o   LETTERS (11111)

o   FIGURES (11011)

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

3.     Sandi 4 atau 8

Dengan ciri-cirinya:

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

·        Terdapat 70 karakter yang dapat diberi sandi ini

·        Transmisi asinkron membutuhkan 10 bit, yaitu: 1 bit awal, 8 bit data dan 1 bit akhir.

4.     BCD (Binary Coded Decimal)

Dengan cici-cirinya :

·        Terdiri dari 6 bit

·        Terdapat 64 kombinasi sandi

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

5.     EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code)

Dengan ciri-cirinya :

·        Sandi 8 bit untuk 256 karakter

·        Transmisi asinkron membutuhkan 11 bit, yaitu: 1 bit awal, 8 bit data, 1 bit paritas dan 1 bit akhir.  Teknik Pengkodean Data dan Modulasi

Ada empat kombinasi hubungan data dan sinyal, yaitu:

1)    Data digital, sinyal digital

Perangkat pengkodean data digital menjadi sinyal digital lebih sederhana daripada perangkat modulasi digital-to-analog. Data digital merupakan data yang memiliki deretan data yang memiliki ciri-ciri tersendiri. Salah satu contoh data digital adalah teks. Permasalahannya adalah data tersebut tidak dapat langsung ditransmisikan dalam sistem komunikasi. Data tersebut harus terlebih dahulu diubah dalam bentuk biner.
         Elemen sinyal adalah tiap pulsa dari sinyal digital. Data binary atau digital ditransmisikan dengan mengkodekan bit-bit data kedalam elemen-elemen sinyal.

Faktor kesuksesan penerima dalam mengartikan sinyal yang datang:

Ø  Ratio Signal to Noise (S/N) : peningkatan S/N akan menurunkan bit errorrate.

Ø  Kecepatan data (data rate) : peningkatan data rate akan meningkatkan bit error rate (kecepatan error pada bit)

Ø  Bandwidth : peningkatan bandwidth data meningkatkan data rate

Hubungan ketiga faktor tersebut adalah :          

ü Kecepatan data bertambah, maka kecepatan error pun bertambah, sehingga memungkinkan bit yang diterima error.

ü Kenaikan S/N mengakibatkan kecepatan error berkurang.

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

2)    Data analog, sinyal digital

Konversi data analog ke bentuk digital memungkinkan pengguna perangkat transmisi dan switching digital.Transformasi data analog ke sinyal digital, proses ini dikenal sebagai digitalisasi.

Tiga hal yang paling umum terjadi setelah proses digitalisasi adalah:

a.     Data digital dapat ditransmisikan menggunakan NRZ-L.

b.     Data digital dapat di-encode sebagai sinyal digital memakai kode NRZ-L Dengan demikian, diperlukan step tambahan

c.      Data digital dapat diubah menjadi sinyal analog, menggunakan salah satu teknik modulasi

Codec (Coder-decoder) adalah device yang digunakan untuk mengubah data analog menjadi bentuk digital untuk transmisi, yang kemudian mendapatkan kembali data analog dari data digital tersebut.

3)    Data Analog, Sinyal Analog

Alasan dasar dari proses ini adalah diperlukannya frekuensi tinggi untuk transmisi yang efektif. Untuk transmisi unguided, hal tersebut tidak mungkin untuk mentransmisi sinyal-sinyal baseband dan juga antena-antena yang diperlukan akan menjadi beberapa kilometer diameternya, modulasi mendukung frequency-division multiplexing.

Teknik Modulasi memakai data analog adalah :

                   I.            Amplitude Modulation (AM)

Modulasi ini menggunakan amplitudo sinyal analog untuk membedakan kedua keadaan sinyal digital, dimana frekuensi dan phasenya tetap, amplitudo yang berubah. AM adalah modulasi yang paling mudah, tetapi mudah juga dipengaruhi oleh keadaan media transmisinya.

                II.            Frequency Modulation (FM)

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

             III.            Phase Modulation (PM)

Modulasi ini menggunakan perbedaan sudut phase sinyal analog untuk membedakan kedua keadaan sinyal digital, dimana frekuensi dan amplitudo tetap, phase yang berubah. Cara ini paling baik, tapi paling sukar, biasanya dipergunakan untuk pengiriman data dalam jumlah besar yang banyak dan kecepatan yang tinggi.
 

4)    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 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

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

Ø 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 untukmewakili 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