TEKHNIK SINYAL ENCODING

TEKNIK ENCODING

Modulasi adalah proses encoding sumber data dalam suatu sinyal carrier dengan frekuensi fc.

Macam – macam teknik encoding :

• Data digital, sinyal digital
• Data analog, sinyal digital
• Data digital, sinyal analog
• Data analog, sinyal analog

DATA DIGITAL, SINYAL DIGITAL

Sinyal digital adalah sinyal diskrit dengan pulsa tegangan diskontinyu. Tiap pulsa adalah elemen sinyal data biner diubah menjadi elemen – elemen sinyal.

Spektrum sinyal : disain sinyal yang bagus harus mengkonsentrasikan kekuatan transmisinya pada daerah tengah dari bandwidth transmisi; untuk mengatasi distorsi dalam penerimaan sinyal digunakan disain kode yang sesuai dengan bentuk dari spektrum sinyal transmisi.
Elemen sinyal adalah tiap pulsa dari sinyal digital. Data binary ditransmisikan dengan meng-encoder-kan tiap bit data menjadi elemen-elemen sinyal.

Ketentuan :

• Unipolar: Semua elemen-elemen sinyal dalam bentuk yang sama yaitu positif semua atau negatif semua.
• Polar :adalah elemen-elemen sinyal dimana salah satu state logic dinyatakan oleh level tegangan positif dan sebaliknya oleh tegangan negatif
• Rating Data : Rating data transmisi data dalam bit per secon
• Durasi atau panjang suatu bit: Waktu yang dibutuhkan pemancar untuk memancarkan bit
• Rating modulasi

• Rating dimana level sinyal berubah
• Diukur dalam bentuk baud=elemen-elemen sinyal per detik

• Tanda dan ruang

• Biner 1 dan biner 0 berturut-turut
• Modulation rate adalah kecepatan dimana level sinyal berubah, dinyatakan dalam bauds atau elemen sinyal per detik.

• Istilah mark dan space menyatakan digit binary ’1′ dan ’0′.

Tugas-tugas receiver dalam mengartikan sinyal-sinyal digital:

• receiver harus mengetahui timing dari tiap bit

• receiver harus menentukan apakah level sinyal dalam posisi bit high(1) atau low(0).

Tugas-tugas ini dilaksanakan dengan men-sampling tiap posisi bit pada tengah-tengah interval dan membandingkan nilainya dengan threshold.
Faktor yang menentukan sukses dari receiver dalam mengartikan sinyal yang datang :

• Data rate (kecepatan data) : peningkatan data rate akan meningkatkan bit error

rate (kecepatan error dari bit).

• S/N : peningkatan S/N akan menurunkan bit error rate.

• Bandwidth : peningkatan bandwidth dapat meningkatkan data rate.

Lima faktor yang perlu dinilai atau dibandingkan dari berbagai teknik komunikasi :

• Spektrum sinyal : disain sinyal yang bagus harus mengkonsentrasikan kekuatan transmisinya pada daerah tengah dari bandwidth transmisi; untuk mengatasi distorsi dalam penerimaan sinyal digunakan disain kode yang sesuai dengan bentuk dari spektrum sinyal transmisi.

• Clocking : menentukan awal dan akhir dari tiap posisi bit dengan mekanisme synchronisasi yang berdasarkan pada sinyal transmisi.

• Deteksi error : dibentuk dalam skema fisik encoding sinyal.

• Interferensi sinyal dan Kekebalan terhadap noise

• Biaya dan kesulitan : semakin tinggi kecepatan pensinyalan untuk memenuhi data rate yang ada, semakin besar biayanya.

Perlu diketahui

• Waktu bit saat mulai dan berakhirnya
• Level sinyal

Faktor-faktor penerjemahan sinyal yang sukses

• Perbandingan sinyal dengan noise(gangguan)
• Rating data
• Bandwidth

Perbandingan Pola-Pola Encoding

• Spektrum sinyal

Kekurangan pada frekuensi tinggi mengurangi bandwidth yang dibutuhkan. Kekurangan pada komponen dc menyebabkan kopling ac melalui trafo menimbulkan isolasi Pusatkan kekuatan sinyal di tengah bandwidth

• Clocking

• Sinkronisasi transmiter dan receiver
• Clock eksternal
• Mekanisme sinkronisasi berdasarkan sinyal

• Pendeteksian error

• Dapat dibangun untuk encoding sinyal

• Interferensi sinyal dan kekebalan terhadap noise

• Beberapa code lebih baik daripada yang lain

• Harga dan Kerumitan

• Rating sinyal yang lebih tinggi(seperti kecepatan data) menyebabkan harga semakin tinggi
• Beberapa code membutuhkan rating sinyal lebih tinggi

Pola –Pola encoding

• Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L)
• Nonreturn to Zero Inverted (NRZI)
• Bipolar-AMI
• Pseudoternary
• Manchester
• Differential Manchester
• B8ZS
• HDB3

Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L):yaitu suatu kode dimana tegangan negatif dipakai untuk mewakili suatu binary dan tegangan positif dipakai untuk mewakili binary lainnya.

• Dua tegangan yang berbeda antara bit 0 dan bit 1
• Tegangan konstan selama interval bit
• Tidak ada transisi yaitu tegangan no return to zero

Contoh:

• Lebih sering, tegangan negatif untuk satu hasil dan tegangan positif untuk yang lain
• Ini adalah NRZ-L

Nonreturn to Zero Inverted (NRZI):yaitu suatu kode dimana suatu transisi (low ke high atau high ke low) pada awal suatu bit time akan dikenal sebagai binary ’1′ untuk bit time tersebut; tidak ada transisi berarti binary ’0′. Sehingga NRZI merupakan salah satu contoh dari differensial encoding.

• Nonreturn to Zero Inverted (NRZI) dalam kesatuan

• Pulsa tegangan konstan untuk durasi bit

• Data dikodekan / diterjemahkan sebagai kehadiran(ada) atau ketiadaan sinyal transisi saat permulaan bit time

• Transisi (dari rendah ke tinggi atau tinggi ke rendah) merupakan biner 1

• Tidak ada transisi untuk biner 0

• Sebagai contoh encoding differential

Keuntungan differensial encoding :

• lebih kebal noise
• tidak dipengaruhi oleh level tegangan.

Kelemahan dari NRZ-L maupun NRZI :

• keterbatasan dalam komponen dc dan kemampuan synchronisasi yang buruk

Encoding differential

• Data menggambarkan perubahan daripada level

• Deteksi yang lebih dapat dipercaya untuk transisi daripada level

• Pada transmisi yang lebih komplek layoutnya lebih mudah hilang pada polatitas

NRZ pros and cons

• Pros

• Mudah untuk teknisi
• Membuat kegunaan bandwidth menjadi baik

• Cons

• Komponen dc
• Kekurangan dari kapasitas sinkronisasi

• Digunakan untuk recording magnetik

• Tidak sering digunakan untuk transmisi sinyal

Biner Multilevel

• Digunakan lebih dari 2 level

• Bipolar-AMI

• Zero menggambarkan tidak adanya line signal

• Satu menggambarkan positif atau negatif sinyal

• Satu pulsa menggantikan dalam polaritas

• Tidak ada kerugian dalam sinkronisasi jika panjang tali (nol masih bermasalah)

• Bandwidth rendah

• Tidak ada jaringan untuk komponen dc

• Mudah mendeteksi error

Pseudoternary

• Satu menggambarkan adanya jalur sinyal

• Zero menggambarkan perwakilan dari positif dan negatif

• Tidak adanya keuntungan atau kerugian pada bipolar-AMI

Keunggulan multilevel binary terhadap NRZ :

• kemampuan synchronisasi yang baik
• tidak menangkap komponen dc dan pemakaian bandwidth yang lebih kecil
• dapat menampung bit informasi yang lebih.

Kekurangannya dibanding NRZ :

• 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.

Bipolar-AMI and Pseudoternary

Pertukaran untuk biner multilevel

• Tidak ada efisiensi pada NZR

• Tiap elemen sinyal hanya menggambarkan satu bit
• Pada 3 level sistem dapat menggambarkan log23 = 1.58 bits
• Receiver harus membedakan diantara 3 level (+A, -A, 0)
• Membutuhkan kira-kira lebih dari 3db kekuatan sinyal untuk kemungkinan yang sama dalam bit error

Dua fase  ua tekniknya yaitu manchester dan differential manchester.

• Manchester

• Transisi di tengah untuk tiap periode bit
• Perpindahan transisi sebagai clock dan data
• Rendah ke tinggi menggambarkan nol
• Tinggi ke rendah menggambarkan zero
• Digunakan IEEE 802.3

• Differential Manchester

• Transisi Midbit adalah hanya clocking
• Transisi dimulai saat periode bit menggambarkan zero
• Tidak ada transisi yang dimulia saat periode bit dalam menggambarkan nol
• Catatan : ini adalah pola differential encoding
• Digunakan IEEE 802.5

Keuntungan rancangan biphase :

• Synchronisasi : karena adanya transisi selama tiap bit time, receiver dapat men-synchron-kan pada transis tersebut atau dikenal sebagai self clocking codes.

• Tidak ada komponen dc.

• Deteksi terhadap error : ketiadaan dari transisi yang diharapkan, dapat dipakai untuk mendeteksi error.

Kekurangannya :

• memakai bandwidth yang lebih lebar dari pada multilevel binary.

Manchester Encoding

MODULATION RATE (KECEPATAN MODULASI)

1

Data rate = ——————

durasi bit (tB)

Modulation rate adalah kecepatan dimana elemen-elemen sinyal terbentuk.
Contoh :untuk kode manchester,maksimum modulation rate = 2 / t B.
Salah satu cara menyatakan modulation rate yaitu dengan menentukan rata-rata jumlah transisi yang terjadi per bit time.
Pros dan Cons dua fase

• Con

• Paling sedikit satu transisi tiap bot time dan kemungkinan dua
• Kecepatan modulasi maksimum adalah kedua NZR
• Memerlukan lebih banyak bandwidth

• Pros

• Sinkronisasi dalam transisi bit mid (clocking sendiri)
• Tidak ada komponen dc
• Pendeteksian error

• Kehadiran dalam transisi yang diharapkan

Kecepatan Modulasi

ScramblingTeknik biphase memerlukan kecepatan pensinyalan yang tinggi relatif terhadap data rate sehingga lebih mahal pada aplikasi jarak jauh sehingga digunakan teknik scrambling dimana serangkaian level tegangan yang tetap pada line digantikan dengan serangkaian pengisi yang akan melengkapi transisi yang cukup untuk clock receiver mempertahankan synchronisasi.
Hasil dari disain ini :

• tidak ada komponen dc

• tidak ada serangkaian sinyal level nol yang panjang

• tidak terjadi reduksi pada data rate

• kemampuan deteksi error.

Bipolar with 8-Zeros Substitution (B8ZS) yaitu suatu kode dimana :

• jika terjadi oktaf dari semua nol dan pulsa tegangan terakhir yang mendahului oktaf ini adalah positif, maka 8 nol dari oktaf tersebut di-encode sebagai 000+ -0- +

• jika terjadi oktaf dari semua nol dan pulsa tegangan terakhir yang mendahului oktaf ini adalah negatif, maka 8 nol dari oktaf tersebut di-encode sebagai 000-+0+ -.

• Penggantian Bipolar With 8 Zeros

• Didasarkan pada bipolar-AMI

• Jika octet pada semua zero dan pulsa terakhir tegangan yang terdahulu adalah encode positif sebagai 000+-0-+

• Jika octet pada semua zero dan pulsa terakhir tegangan yang terdahulu adalah encode negatif sebagai 000-+0+-

• Karena dua pelanggaran pada kode AMI

• Tidak mungkin untuk terjadi seperti hasil noise

• Receiver mendeteksi dan menerjemahkan seperti octed pada semua zero

• Penggunaan Scrambling untuk menggantikan rangkaian yang menghasilkan tegangan konstan.

• Rangkaian Filling

• Harus cukup menghasilkan transisi untuk sinkronisasi
• Harus dapat diakui oleh receiver dan digantikan dengan yang asli
• Panjang sama dengan yang asli

• Tidak ada komponen dc

• Tidak ada rangkaian panjang pada saluran sinyal level zero

• Tidak ada penurunan pada kecepatan data

• Kemampuan pendeteksian error

High-density bipolar-3 zeros (HDB3):yaitu suatu kode dimana menggantikan stringstring dari 4 nol dengan rangkaian yang mengandung satu atau dua pulsa atau disebut kode violation, jika violation terakhir positive maka violation ini pasti negative dan sebaliknya (lihat tabel).

• Kepadatan tinggi Bipolar 3 Zeros

• Didasarkan pada bipolar-AMI

• String pada empat zero digantikan dengan satu atau dua pulsa

Aturan subsitusi HDB3

Kedua kode ini berdasarkan pada penggunaan AMI encoding dan cocok untuk transmisi dengan data rate tinggi.
DATA DIGITAL, SINYAL ANALOGTransmisi data digital dengan menggunakan sinyal analog(300Hz to 3400Hz). 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-TEKNIK ENCODING Tiga teknik dasar encoding atau modulasi untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog :

• Amplitude shift keying (ASK)

• Frequency shift keying (FSK)

• Phase shift keying (PSK)

Amplitude Shift Keying

dua binary diwakilkan dengan dua amplitudo frekuensi carrier (pembawa) yang berbeda .

data rate hanya sampai 1200 bps pada voice-grade line; dipakai untuk transmisi melalui fiber optik.

• Hasil diwakili oleh perbedaan amplitudo pada carrier

• Selalu, satu amplitudo adalah zero

• Yakni,kehadiran dan ketidakhadiran pada carrier adalah digunakan

• Rentan untuk pergantian gain tiba-tiba

• Tidak efisien

• Sampai dengan 1200bps pada voice grade line

• Digunakan pada fiber optic

Frequency shift keying (FSK)

dua binary diwakilkan dengan dua frekuensi berbeda yang dekat dengan frekuensi carrier atau dinyatakan sebagai:

Phase-shift keying (PSK)

• binary 0 diwakilkan dengan mengirim suatu sinyal dengan fase yang sama terhadap sinyal yang dikirim sebelumnya dan binary 1 diwakilkan dengan mengirim suatu sinyal dengan fase berlawanan terhadap sinyal yang dikirim sebelumnya.
• bila elemen pensinyalan mewakili lebih dari satu bit, maka bandwidth yang dipakai lebih efisien, sebagai contoh quadrature phase-shift keying (QPSK) memakai beda fase setiap 90 .
  sehingga tiap elemen sinyal mewakili 2 bit; jadi terdapat 12 sudut fase yang memakai modem standart 9600 bps.
  Hubungan data rate (dalam bps) dan modulation rate (dalam bauds) : D = R/l = R/ log2 L Jaringan Komputer Bab III Halaman 8/13 dimana : D = modulation rate, bauds R = data rate, bps L = jumlah elemen sinyal yang berbeda l = jumlah bit per elemen sinyal.
  Binary Frequency Shift Keying
  

  • Secara umum berbentuk binary FSK (BFSK)

  • Dua hasil biner diwakili oleh dua frekuensi yang berbeda(carrier dekat)

  • Tidak mudah error daripada ASK

  • Sampai dengan 1200bps pada voice grade line

  • Frekuensi radio tinggi

  • Tiap frekuensi tinggi pada LAN menggunakan koaksial

  Multiple FSK

  • Digunakan lebih dari dua frekuensi

  • Bandwidth lebih efisien

  • Lebih mudah error

  • Tiap elemen sinyal mewakili lebih dari satu bit

  Phase Shift Keying
  

  • Fase pada sinyal carrier adalah perubahan untuk mewakili data

  • Binary PSK

  • Dua fase diwakili dua digit biner

  • Differential PSK

  • Perubahan fase relatif untuk transmisi sebelumnya lebih dari beberapa sinyal referensi

  Differential PSK
  
  Quadrature PSK
  

  • Penggunaan lebih efisien oleh tiap elemen sinyal diwakili lebih dari satu bit

  • Misalnya perubahan pada p/2 (90o)

  • Tiap elemen diwakili dua bit

  • Dapat digunakan 8 sudut fase dan memiliki lebih dari satu amplitudo

  • 9600bps modem menggunakan sudut 12, empat pada tiap dua amplitudo

  • Offset QPSK (orthogonal QPSK)

  • Delay dalam aliran Q

  QPSK dan Modulator OQPSK
  

  Performance pada Pola Modulasi Digital ke Analog
  

  • Bandwidth

  • Bandwidth ASK dan PSK berhubungan langsung pada kecepatan bit

  • Bandwidth FSK berhubungan pada kecepatan data untuk frekuensi rendah tetapi pada offset frekuensi modulasi untuk frekuensi tinggi carrier

  • (lihat Stallings pada math)

  • Pada saat noise, kecepatan bit error pada PSK dan QPSK adalah kira-kira 3dB superior untuk ASK dan FSK

  Quadrature Amplitude Modulation
  

  • QAM digunakan pada asymmetric digital subscriber line (ADSL) dan beberapa wireless

  • Kombinasi dari ASK dan PSK

  • Logical extension pada QPSK

  • Dikirimkan dua sinyal simultan yang berbeda dalam frekuensi carrier yang sama

  • Digunakan dua copy carrier,satu shifted 90°

  • Tiap carrier adalah modulasi ASK

  • Dua sinyal independen sama media

  • Demodulasi dan kombinasi untuk output sinyal original

  QAM Modulator
  
  Level-level QAM
  

  • Dua level ASK

  • Setiap dua aliran dalam satu keadaan
  • Empat sistem keadaan
  • Essentially QPSK

  • Empat level ASK
  

  • Kombinasi aliran menjadi satu pada 16 perubahan

  • 64 dan 256 sistem keadaan memiliki implementasi

  • Kecepatan data diperbaiki untuk bandwidth yang dinerikan
  

  • Ditambahkan potensial kecepatan error

  Data Analog, Sinyal Digital
  

  • Digitalisasi

  • Konversi dari data analog ke data digital
  • Data digital dapat ditransmisikan dengan menggunakan NRZ-L
  • Data digital dapat ditransmisikan dengan menggunakan code selain NRZ-L
  • Data digital dapat dirubah menjadi sinyal analog
  • Konfersi analog ke digital menggunakan code
  • Pulse code modulation
  • Modulasi delta

  Digitalisali Data Analog
  
  Pulse Code Modulation(PCM)
  

  • Jika sinyal diambil pada interval regular kecepatannya lebih tinggi daripada kedua sinyal frekuensi, sample menahan banyak informasi pada sinyal original–(Proof – Stallings appendix 4A)

  • Batas data voice(suara) sampai 4000Hz

  • Membutuhkan 8000 sample tiap detik

  • Sample-sample analog (Pulse Amplitude Modulation, PAM)

  • Tiap sample diberikan nilai digital

  • Sistem 4 bit memberi 16 level

  • Kualitas

  • Kualitas error atau noise
  • Kira-kira diartikan dimungkinkan untuk menutup kembali ketepatan original

  • 8 bit sample memberi 256 level

  • Perbandingn kualitas dengan transmisi analog

  • 8000 samples tiap detik pada tiap 8 bit memberi 64kbps

  PCM Example
  
  Nonlinear Encoding
  

  • Kualitas level bukan tempat yang rata

  • Mengurangi sinyal distorsi

  • Selalu dapat dilakukan oleh companding

  Effect of Non-Linear Coding
  
  Modulasi Delta
  

  • Input analog kira-kira seperti fungsi tangga rumah

  • Perpindahan naik atau turun satu level (d) pada tiap sample interval

  • Binary behavior

  • Fungsi perpindahan naik atau turun satu level pada tiap sample interval
  • Modulasi Delta – Performance
    

    • Menghasilkan suara yang baik

    • PCM – 128 levels (7 bit)
    • Bandwidth suara 4khz
    • Harus 8000 x 7 = 56kbps for PCM

    • Data compression dapat memperbaiki seperti

    • Misal teknik coding interface pada video

    Data Analog,Sinyal Analog

    • Mengapa modulasi sinyal analog?

    • Frekuensi yang tinggi dapat memberikan efisiensi lebih pentransmisian
    • Permits frequency division multiplexing (chapter 

    • Tipe-tipe modulasi

    • Amplitudo
    • Fase
    • Frekuensi

    Modulasi Analog