BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1.
Komunikasi Data Komunikasi data merupakan pertukaran data antara dua devicemelalui suatu media transmisi (Forouzan, 2007).
2.1.1. Komponen Komunikasi Data Komunikasi data terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu source, transmitter, transmission system, receiver, dan media destination(Stallings, 2007). • Source, adalah sumber dari data yang akan dikirimkan. • Transmitter, untuk encode data agar menjadi form yang dapat dikirim. • Transmission System, adalah media atau saluran yang digunakan untuk mengirimkan data. • Receiver, menerima sinyal dari transmission system dan merubahnya dalam format yang dapat dimengerti oleh destination. • Destination, menerima data dari receiver.
Gambar 2.1 Blok Diagram Komunikasi Data
6
7
2.2. 2.2.1.
Perbedaan Sinyal Analog dengan Sinyal Digital Sinyal Analog Sinyal analog adalah sinyal data dalam bentuk gelombangyang kontinyu, yang membawa informasi dengan mengubah karakteristik gelombang (Kleitz, 2012). Dua parameter/karakteristik terpenting yang dimiliki oleh isyarat analog adalah amplitude dan frekuensi. Isyarat analog biasanya dinyatakan dengan gelombang sinus, mengingat gelombang sinus merupakan dasar untuk semua bentuk isyarat analog. Gelombang pada sinyal analog yang umumnya berbentuk gelombang sinus memiliki tiga variable dasar, yaitu amplitudo, frekuensi dan phase. • Amplitudo merupakan ukuran tinggi rendahnya tegangan dari sinyal analog. • Frekuensi adalah jumlah gelombang sinyal analog dalam satuan detik. • Phase adalah besar sudut dari sinyal analog pada saat tertentu.
2.2.2. Sinyal Digital Sinyal digital merupakan sinyal data dalam bentuk pulsa yang dapat mengalami perubahan yang tiba-tiba dan mempunyai besaran 0 dan 1 (Kleitz, 2012). Sinyal digital hanya memiliki dua keadaan, yaitu 0 dan 1.
Gambar 2.2 Perbandingan antara sinyal analog (a) dengan sinyal digital (b)
8
2.3 Modulasi Modulasi dapat didefinisikan suatu proses pengubah parameterparameter tertentu seperti amplitudo, frekuensi atau fasa dari gelombang pembawa oleh sinyal informasi (Mitchell,2012,hal.413). Dimana Informasi yang berada di wilayah A akan ditransmisikan ke wilayah B. Informasi tersebut pertama-tama diubah menjadi bentuk sinyal informasi dan ditransmisikan melalui sinyal pembawa / carrier. Proses inilah yang disebut proses modulasi dengan menggunakan alat modulator (peralatan untuk melaksanakan proses modulasi). Setelah tiba di wilayah B, sinyal informasi tersebut harus diubah lagi ke dalam bentuk informasi awal, dengan melakukan proses demodulasi dengan menggunakan alat demodulator (peralatan untuk memperoleh informasi awal dan kebalikan dari proses modulasi). Perlu diingat bahwa informasi ditransmisikan dari frekuensi rendah ke frekuensi tinggi. Semakin tinggi frekuensinya maka semakin jauh jangkauan antarnya (bandwidth). Secara garis besar modulasi terbagi menjadi modulasi analog dan modulasi digital. Perbedaan mendasar antara modulasi analog dan digital terletak pada bentuk sinyal informasinya. Pada modulasi analog, sinyal informasinya berbentuk analog dan sinyal pembawanya analog. Sedangkan pada modulasi digital, sinyal informasinya berbentuk digital dan sinyal pembawanya analog.
2.4 PSK (Phase Shift Keying) PSK merupakan salah satu modulasi digital (Stallings, 2011). Sesuai namanya, maka peubah sinyal carrier yang dipengaruhi adalah,
9
fasa. Selama ditransmisikan, sinyal carrier mempunyai frekuensi yang tetap,
sehingga logika-1 dan 0 direpresentasikan oleh nilai fasa
carrier tersebut. Osilogram sinyal PSK ditunjukkan pada gambar (c) dengan data 101101. Nampak pada osilogram beberapa tanda panah yang menunjukkan saat terjadinya perubahan fasa carrier (sinyal diskontinyu), yaitu dari fasa 0 derajat ke fasa 180 derajat. Fasa 0 derajat mewakili logika 1 data, sedang fasa 180 derajat mewakili logika-0 sinyal data. Sistem modulasi yang diuraikan ini adalah sistem BPSK (binary PSK), yaitu hanya terdapat dua perubahan fasa, 0 dan 180 derajat.
Gambar 2.3 Osilogram sinyal termodulasi digital (a) sinyal data 101101;(b) OOK;(c) BPSK;(d)FSK 2.5
QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) Secara umum modulasi PSK disebut sebagai modulasi MPSK (M-ary PSK), dimana M merupakan bilangan yang menunjukkan jumlah level digital. MPSK adalah jenis variasi modulasi fasa yang merupakan peningkatan dari modulasi BPSK pada sisi jumlah
10
perubahan fasa sinyal pembawa. Bila M = 4 level, maka modulasi pulsa yang diterapkan adalah QPSK (quaternary atau quadrature PSK). Bila M = 2, maka modulasi pulsa yang dihasilkan adalah BPSK (binary PSK). Nilai M mengikuti bilangan 2v dengan v = 1, 2, 3, dst. Dengan nilai v yang demikian itu, maka kemungkinan nilai M adalah, 2, 4, 8, 16, dst.Pada sistem modulasi QPSK terdapat empat fasa berbeda yang dihasilkan untuk masing-masing bit. Kombinasi bit 00 akan memodulasi sinyal pembawa yang mempunyai fasa 45 derajat, sedang dibit 01 memodulasi sinyal pembawa yang mempunyai fasa 135 derajat. Sementara bit 10 dan 11, masing-masing dengan fasa 315 derajat dan 225 derajat. Konstelasi atau penggambaran penyebaran fasa isyarat QPSK ditunjukkan pada diagram salib sumbu.
Gambar 2.4 Fasa Modulasi QPSK 2.6 Offset-QPSK Offset-QPSK merupakan teknik modulasi yang digunakan oleh XBEE.Pada sistem modulasi Offset QPSK, sinyal QPSK diperlambat satu Bit Interval relatif terhadap sinyal In-phase BPSK, dengan demikian transisi simbol kedua sinyal BPSK tidak pernah terjadi pada saat yang sama , sehingga tidak pernah terjadi loncatan fasa sebesar 180 derajat.
11
Gambar 2.5 Fasa Modulasi OQPSK
Gambar 2.6 Perbandingan Sinyal OQPSK dengan QPSK 2.7 Radio Frequency (RF) Frekuensi Radio adalah sinyal arus berfrekuensi tinggi yang berubah-ubah
yang melewati konduktor tembaga yang panjang dan
kemudian diradiasikan ke udara melalui sebuah antenna. Sebuah antenna mentranformasikan sinyal kabel ke sinyal wireless dan sebaliknya. Ketika sinyal AC berfrekuensi tinggi diradiasikan ke udara,akan membentuk gelombang radio. Gelombang radio tersebut berpindah dari sumber (antenna) pada sebuah garis lurus secara bersamaan. 2.8 Perambatan Gelombang Dalam perjalanannya dari antena pemancar ke antena penerima, gelombang radio melalui berbagai lintasan dengan beberapa mekanisme perambatan dasar yang mungkin. Mekanisme perambatan dasar yang
12
dimaksud adalah LOS (Line of Sight), reflection (pantulan), diffraction (difraksi), dan scattering (hamburan) (Stallings, 2011). a.
Line of Sight Line of Sight merupakan lintasan gelombang radio yang mengikuti
garis pandang. Transmisi ini terjadi jika antena pemancar dan penerima dapat “saling melihat” yaitu jika di antara keduanya dapat ditarik garis lurus tanpa hambatan apa pun.
Gambar 2.7 Line of Sight b.
Reflection Lintasan
LOS
juga
sering
disebut
dengan
lintasan
tak
terhalang(unobstructed). Tiga mekanisme perambatan gelombang yang lain, yaitu reflection, diffraction dan scattering menghasilkan lintasan yang termasuk dalam kategori lintasan terhalang (obstructed). Hal ini membuat tiga lintasan yang ini mempunyai efektivitas yang lebih rendah daripada lintasan LOS karena path loss yang lebih besar. Reflection terjadi jika gelombang elektromagnetik membentur benda yang terdiri dari partikelpartikel yang berukuran besar jika dibandingkan dengan panjang gelombang.Reflection dapat terjadi pada permukaan bumi, bangunan, dinding, dan obstacles lainnya.
13
Gambar 2.8Reflection Reflection dapat mempengaruhi kondisi jaringan wireless, seperti mengurangi kualitas sinyal dikarenakan sebagian dari energi sinyal yang terpantul telah diserap oleh permukaan pantul tersebut. c.
Diffraction Difraksi terjadi jika gelombang radio membentur benda atau
penghalang yang berupa ujung yang tajam, sudut-sudut atau suatu permukaan batas (gelombang menyusur permukaan). Gelombang radio yang demikian akan terurai dan dapat menjangkau daerah berbayangbayang (shadowed region).
Gambar 2.9Diffraction d.
Scattering
14
Scattering terjadi jika medium tempat gelombang merambat terdiri atas benda-benda (partikel) yang berukuran kecil (jika dibandingkan dengan panjang gelombang). Mekanisme scattering akan menyebabkan gelombang menuju ke segala arah sehingga transmisi gelombang radio dengan mekanisme scattering mempunyai efisiensi yang kecil. Scattering dapat diakibatkan oleh rough surfaces.
Gambar 2.10Scattering
e.
Absorption Absorption terjadi ketika sinyal radio merambat pada suatu objek dan
terserap oleh material objek tersebut. Sinyal radio dapat diserap air, kayu, dinding,
dan
bahkan
manusia.
Masing-masing
memiliki
penyerapan yang berbeda.
Gambar 2.11Absorption
Tabel 2.1 Tingkat penyerapan sinyal oleh bahan yang berbeda
tingkat
15
2.9 Antena Antena
merupakan
bagian
sistem
telekomunikasi
RF
yang
menyebarkan energi gelombang elektromagnetik ke udara bebas untuk diterima di sisi receiver yang juga dilengkapi dengan antena (Saunders, 2007). 2.9.1 Parameter Antena Parameter-parameter
antenna
digunakan
untuk
menguji
atau
mengukur performa antenna yang akan digunakan. Berikut penjelasan beberapa parameter antenna yang sering digunakan yaitu direktivitas antena, gain antena, pola radiasi antena, dan polarisasi antena. a.
Direktivitas Directivity pada kemampuan yang dimiliki antena untuk memusatkan
energi dalam satu atau lebih ke arah khusus. Pemusatan energi ke semua arah disebut omnidirectional, sedangkan jika pemusatan energi hanya ke satu arah saja dinamakan unidirectional. b.
Gain Gain (directive gain) adalah karakter antena yang terkait dengan
kemampuan antena mengarahkan radiasi sinyalnya, atau penerimaan sinyal dari arah tertentu. Gain bukanlah kuantitas yang dapat diukur dalam satuan
16
fisis pada umumnya seperti watt, ohm, atau lainnya, melainkan suatu bentuk perbandingan. Oleh karena itu, satuan yang digunakan untuk gain adalah desibel. c.
Pola Radiasi Pola radiasi menjelaskan bagaimana antena meradiasikan energi ke
ruang bebas atau bagaimana antena menerima energi. •
Pola Radiasi Antena Directional Antena directional mempunyai pola radiasi yang terarah dan dapat menjangkau jarak yang relative jauh. Gambar merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena directional.
Gambar 2.12 Pola Radiasi Antena Directional •
Pola Radiasi Antena Omnidirectional Antena Omnidirectional adalah antena yang memancarkan daya ke segala arah, dan bentuk pola radiasinya digambarkan seperti bentuk donat (doughnut) dengan pusat berimpit.
Gambar 2.13 Pola Radiasi Antena Omnirectional
17
2.10 ZigBee (802.15.4) Spesifikasi 802.15.4/ZigBee telah dibuat dan dikelola oleh IEEE (Jon T. Adams, 2005). Spesifikasi ini mendefinisikan physical (PHY) dan Media Access Control (MAC) layer dari personal area, low-power dan wireless network. IEEE 802.15.4 didefinisikan sebagai berikut : - Mekanisme untuk menemukan jaringan. - Mekanisme untuk membentuk dan bergabung dengan jaringan. - Mekanisme untuk mengubah saluran. - Mekanisme untuk mendeteksi gangguan dan "noise" pada saluran tertentu - Metode modulasi data menggunakan DSSS, dimana salah satu kelebihannya adalah dapat merecover data menjadi data aslinya kembali jika terjadi kerusakan pada saat dikirim. Metode inilah yang membuat XBEE kuat terhadap noise. Berikut ini adalah stack protokol ZigBee. Lapisan MAC dan PHY berada di bawah pengendalian IEEE, sedangkan yang lainnya berada di bawah pengendalian ZigBee.
Gambar 2.14 Stack Protokol ZigBee
