TEKNIK PENGKODEAN SINYAL Sumber: Bab 5 Data and Computer Communications William Stallings Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi Jurusan Teknik Elektro Sekolah Tinggi Teknologi Telkom 3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
1
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 Æ perangkat pengkodean data digital menjadi sinyal digital lebih sederhana dan murah daripada perangkat modulasi digital-to-analog • Data analog, sinyal digital Æ konversi data analog ke bentuk digital memungkinkan penggunaan perangkat transmisi dan switching digital • Data digital, sinyal analog Æ beberapa media transmisi hanya bisa merambatkan sinyal analog, misalnya unguided media • Data analog, sinyal analog Æ data analog dapat dikirimkan dalam bentuk sinyal baseband, misalnya transmisi suara pada saluran pelanggan PSTN 3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
2
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
3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
3
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
3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
4
Definisi Format Pengkodean
3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
5
Format Pengkodean Sinyal Digital
3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
6
Data Digital, Sinyal Digital Jika faktor lain konstan, maka pernyataan berikut adalah benar: • Laju data naik Æ BER (bit error rate/ratio) naik • SNR naik Æ BER turun • Bandwidth naik Æ laju data (datarate) naik Parameter pembanding teknik pengkodean: • Spektrum sinyal Æ jumlah komponen frekuensi tinggi yang sedikit berarti lebih hemat bandwidth transmisi • Clocking Æ menyediakan mekanisme sinkronisasi antara source dan destination • Deteksi kesalahan Æ kemampuan error detection dapat dilakukan secara sederhana oleh skema line coding • Kekebalan terhadap interferensi sinyal dan derau Æ dinyatakan dalam BER • Biaya dan kompleksitas Æ semakin tinggi laju pensinyalan atau laju data, semakin besar biaya Bandingkan keenam teknik line coding di atas berdasarkan parameter tersebut! 3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
7
Rapat Spektral Pengkodean diferensial Æ 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 3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
8
BER Teoritis Multilevel binary • Untuk memperoleh BER tertentu, perlu daya 3 dB lebih besar dibandingkan NRZ
3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
9
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 3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
10
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
3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
11
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 3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
12
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…) Carilah laju transisi sinyal jika aliran datanya 11001100…
3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
13
Teknik Scrambling Terdapat 2 teknik yang sering digunakan pada layanan transmisi jarak jauh. B8ZS (bipolar with 8-zeros substitution) Æ 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-3 zeros) Æ Eropa dan Jepang Polaritas pulsa sebelum 4-zero
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 3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
14
Teknik Scrambling
3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
15
Data Digital, Sinyal Analog Contoh: transmisi data digital melalui jaringan telepon publik (PSTN); perangkat digital dihubungkan ke jaringan melalui modem.
3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
16
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)
3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
17
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
JARINGAN KOMPUTER I
18
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?
3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
19
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 Æ SNR=6,02n+1,76 dB • Delta modulation Æ implementasi lebih sederhana, karakteristik SNR lebih buruk
3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
20
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
3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
21
Pulse Code Modulation Jika data suara dibatasi pada frekuensi di bawah 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? 3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
22
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
3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
23
Data Analog, Sinyal Analog Alasan utama diperlukannya modulasi analog: • Transmisi efektif terjadi pada frekuensi tinggi • Memungkinkan frequencydivision multiplexing Modulasi amplitudo s(t) = [1+nax(t)]cos(2πfct) • cos(2πfct) adalah pembawa • x(t) adalah sinyal masukan (membawa data)
3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
24
Data Analog, Sinyal Analog Modulasi sudut s(t) = Accos[2πfct+φ(t)] • Modulasi fasa: φ(t) = npm(t) • Modulasi frekuensi: φ’(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(2πfct)+d2(t)sin(2πfct)
3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
25
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 Æ sinyal di-broadcast dengan deretan frekuensi radio yang acak, berpindah dari 1 frekuensi ke frekuensi lain pada selang waktu yang sempit • Direct sequence Æ 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
3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
26
Contoh Direct Sequence
3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
27
Soal Dari 8 teknik line coding yang dipelajari, mana yang termasuk pengkodean diferensial? Sinyal pada gambar berikut merupakan bentuk pengkodean Manchester. Tentukan awal dan akhir periode bit, serta temukan urutan datanya!
Gelombang bipolar-AMI yang mewakili urutan biner 0100101011 ditransmisikan pada kanal noisy. Sinyal yang diterima mengandung sebuah bit salah, tentukan dan jelaskan lokasi kesalahan ini!
3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
28
Soal Gambar berikut menunjukkan demodulator QAM. Buktikan bahwa susunan tersebut menghasilkan 2 sinyal d1(t) dan d2(t), yang dapat digabungkan untuk memperoleh sinyal masukan di penerima
3/17/2006
JARINGAN KOMPUTER I
29
