Teknik Pengkodean Sinyal

TEKNIK PENGKODEAN SINYAL

• Data digital ke sinyal digital• Data digital ke sinyal analog• Data analog ke sinyal digital• Data analog ke sinyal analog

Teknik Pengkodean dan Modulasi

Encoder Decoder

Modulator Demodulator

g(t)

Digital/analog

m(t)

Digital/analog

x(t)

Digital

s(t)

Analog

g(t)

m(t)

Data Digital, Sinyal Digital

• Sinyal Digital– Diskrit, pulsa-pulsa voltase yang terputus-

putus– Satu pulsa = satu elemen sinyal– Data biner dikodekan ke elemen-elemen

sinyal


Istilah yang digunakan• Unipolar: semua sinyal elemen memiki tanda yang sama

(semua positif atau negatif)• Polar: satu state logika direpresentasikan dengan level

voltase positif, satu state logika lainnya dengan level voltase negatif

• Data rate: rate dari pengiriman data, dalam bit per detik (bit per second - bps)

• Durasi atau panjang dari sebuah bit: waktu yang diperlukan pengirim untuk mengirimkan sebuah bit

• Rate modulasi: – Rate dimana level sinyal berubah– Dalam satuan baud = jumlah elemen sinyal per detik


Interpretasi Sinyal• Harus tahu:

– Waktu dari bit-bit (durasi bit) – kapan bit-bit tersebut mulai dikirimkan dan kapan pengirimannya berakhir

– Level sinyal – tinggi atau rendah yang membedakan apakah sinyal tersebut untuk bit 1 atau 0

• Faktor yang mempengaruhi kesuksesan meng-intepretasikan sinyal:– Sinyal-to-noise ratio– Data rate– bandwidth


Teknik Pengkodean• Nonreturn to Zero:

– Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L)– Nonreturn to Zero Inverted (NRZI)

• Multilevel Binary:– Bipolar –AMI– Pseudoternary

• Biphase:– Manchester– Differential Manchester

• Scrambling Techniques:– B8ZS– HDB3


Nonreturn-to-Zero

• NRZ-L:– Bit 0 ditandai dengan voltase positif– Bit 1 ditandai dengan voltase negatif

• NRZI:– Bit 0 ditandai dengan ketidakadaan transisi– Bit 1 ditandai dengan transisi dari tinggi ke rendah atau dari rendah ke

tinggi• NRZ-L dan NRZI umumnya digunakan untuk magnetic recording,

bukan untuk pengiriman data


Multilevel Binary

• Bipolar-AMI:– Bit 0 ditandai dengan tidak adanya sinyal– Bit 1 ditandai dengan pulsa negatif atau positif

• Pseudoternary:– Bit 0 ditandai dengan perubahan antara pulsa positif dan negatif– Bit 1 ditandai dengan ketidakadaan sinyal

0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1


Biphase


Biphase• Manchester

– Transisi terjadi ditengah dari setiap periode bit– Transisi tersebut berperan sebagai waktu dan data– Bit 1 ditandai dengan transisi dari rendah ke tinggi– Bit 0 ditandai dengan transisi dari tinggi ke rendah– Digunakan oleh IEEE 802.3

• Differential Manchester– Transisi sama, tetapi hanya berperan sebagai waktu saja– Transisi pada awal periode bit menandakan bit 0– Tidak ada transisi pada awal periode bit menandakan bit 1– Termasuk skema pengkodean diferensial yang menggambarkan

perubahan daripada level– Digunakan oleh IEEE 802.5


Scrambling Techniques


Scrambling Techniques (1)• Bipolar with 8-zeros Substitution (B8ZS):

– Mengatasi kelemahan dari Bipolar-AMI, dimana rangkaian panjang bit 0 dapat menyebabkan hilangnya sinkronisasi

– Jika deretan 8 bit 0 terjadi dan pulsa voltase yang mendahuluinya positif, maka deretan tersebut dikodekan sebagai 000+-0-+

– Jika deretan 8 bit 0 terjadi dan pulsa voltase yang mendahuluinya negatif, maka deretan tersebut dikodekan sebagai 000-+0+-


Scrambling Techniques (2)• High-Density Bipolar-3-Zeros(HDB3):

– Berdasarkan Bipolar-AMI– Merubah deretan 4 bit 0 dengan satu atau

dua pulsa• Untuk deretan 4 bit 0 pertama kali di set menjadi

000V, dimana V adalah violation bit (dimana pulsa voltase sama dengan pulsa voltase bit 1 sebelumnya)

• Untuk deretan 4 bit 0 selanjutnya di set menjadi B00V, dimana B adalah balance pulse, yang bernilai + atau -, yang merupakan valid bipolar signal (jika pulsa voltase bit 1 sebelumnya + maka B adalah -, dan sebaliknya)

Data Digital, Sinyal Analog

• Modulasi: proses mengkombinasikan sinyal input m(t) dan sebuah sinyal pembawa (carrier) dengan frekuesni fc untuk menghasilkan sebuah sinyal dimana bandwidth ditentukan oleh fc.

• Sistem telepon umum– 300 Hz s/d 3400 Hz– Menggunakan modem (modulator-demodulator)

• Teknik Pengkodean:– Amplitude shift keying (ASK)– Binary Frequency shift keying (BFSK)– Binary Phase shift keying (BPSK)

Data Digital, Sinyal Analog

Data Digital, Sinyal Analog Amplitudo Shift Keying

• Untuk bit 1, s(t) = A cos(2fct)

• Untuk bit 0, s(t) = 0

• fc = frekuensi pembawa

• Batasan penggunaan sampai 1200 bps

• Digunakan oleh serat optik

Data Digital, Sinyal Analog Binary Frequency Shift Keying

• Untuk bit 1, s(t) = A cos(2f1t)

• Untuk bit 0, s(t) = A cos(2f2t)

• f1 dan f2 adalah offset dari frekuensi fc.

• Batasan penggunaan sampai 1200 bps

• Digunakan untuk radio berfrekuensi tinggi dan LAN yang menggunakan kabel Coaxial

Data Digital, Sinyal Analog Binary Phase Shift Keying

• Untuk bit 1, s(t) = A cos(2fct)

• Untuk bit 0, s(t) = A cos(2fct+) atau s(t) = -A cos(2fct)

Data Analog, Sinyal Digital

• Digitisasi– Merubah data analog ke data digital– Data digital dapat ditransmisikan dengan

menggunakan NRZ-L atau teknik lainnya– Data digital dapat juga dikonversikan ke sinyal analog– Konversi analog ke digital menggunakan alat yaitu

codec– Teknik yang digunakan di Codec:

• Pulse code modulation• Delta modulation


Pulse Code Modulation (PCM)


PCM (…)• Perubahan dari analog ke digital diawali dengan pengambilan

sampel-sample analog yang kontinu baik dari faktor waktu dan amplitudo (disebut sample-sample dari pulse amplitude modulation – PAM samples)

• Setiap sample ditentukan binary code-nya• Contoh: lihat gambar di slide sebelumnya

– Setiap sample diambil setiap1/(2B) detik, dimana 2B adalah data rate dari PAM Samples tersebut

– Setiap sample analog ditentukan nilai levelnya, misalnya dari 0 s/d 16– Setiap sampel direpresentasikan dengan 4 bit berdasarkan nilai PAM

yang dibulatkan ke bawah (disebut quantized code number)• semakin tinggi bit, pada saat penerimaanya, kualitas perubahan dari sinyal

digital ke sinyal analog aslinya setara dengan pengirimannya dalam bentuk sinyal analog itu sendiri)

• Skema PCM ini diperbaiki dengan pengkodean tidak linier (lihat slide selanjutnya sebagai contoh), dimana jarak pembagian level tidak sama– Terutama untuk sinyal dengan amplitudo yang rendah


PCM (…) – Pengkodean Tidak Linier


Delta Modulation (DM)


DM(…)• Teknik alternatif, selain PCM

– DM juga mengambil sejumlah sampel analog setiap detik yang ditentukan (Ts)• Staircase function digunakan untuk mendekati input analog ke bentuk

sinyal digital– Digunakan sebuah nilai level kuantitas () pada setiap interval level– Output staircase function bernilai tinggi (naik, melambangkan bit “1”) atau rendah

(turun, melambangkan bit “0”) berdasarkan nilai – Output dari fungsi tersebut adalah deretan bilangan biner

• Pada saat diterima, deretan bilangan biner tersebut digunakan untuk membuat staircase function untuk penerima. Output dari staircase function diperhalus dengan fungsi integral atau atau diinputkan ke lowpass filter untuk menghasilkan sinyal analog yang mendekati sinyal aslinya

• Contoh: lihat di slide sebelumnya– Untuk setiap sampel, fungsi staircase naik atau turun berdasarkan nilai konstan

, sehingga setiap sampel direpresentasikan oleh sebuah bit (1 atau 0)– Untuk setiap sampel, input analognya dibandingkan dengan nilai staircase

function sebelumnya yang paling akhir– Jika nilai sampel tersebut melebihi nilai fungsinya maka bit 1 yang dihasilkan,

atau sebaliknya– Nilai staircase function selalu berubah searah dengan input analog dari setiap

sampel

Data Analog, Sinyal Analog

• Kenapa?– Frekuensi yang lebih tinggi membuat

pengiriman data lebih efisien– Untuk frequency division multiplexing

(dibahas terpisah!)

• Teknik modulasi analog:– Amplitudo– Frekuensi– Fase

Data Analog, Sinyal Analog

Modulasi Analog

Modulasi Amplitudo

• Modulasi yang paling sederhana

• s(t) = [1+nax(t)]cos 2fct

– cos 2fct adalah carrier

– x(t) adalah sinyal input (data)

– na = indeks modulasi

– 1 = komponen dc yang mencegah hilangnya informasi

– m(t) = nax(t)

Modulasi Sudut

• s(t) = Ac cos[2fct+(t)]

• Modulasi Fase (t) = npm(t)

• Modulasi Frekuensi ’(t) = nfm(t)

Kapasitas Saluran

• Data Rate:– Dalam bit per detik (bps)– Rate dimana data dapat dikomunikasikan

• Bandwidth:– Dalam siklus per detik (Hertz)– Dibatasi oleh pengirim dan media yang digunakan

• Noise:– Level rata-rata dari noise melalui jalur komunikasi

• Error rate:– Rate dimana error terjadi, yaitu berapa kesalahan bit

yang terjadi per detik (bit 1 yang diterima padahal bit yang dikirimkan sebenarnya adalah bit 0)

Formula Nyquist Bandwidth

• Untuk kasus dimana saluran transmisi yang bebas noise• Jika rate pengiriman sinyal adalah 2B, maka sinyal

dengan frekuensi tidak lebih besar dari B cukup untuk membawa sinyal dengan rate tersebut.

• C = 2B log2M (untuk sinyal dengan dua level voltase – sinyal biner)– C = kapasitas saluran (data rate - bps)– B = bandwidth– M = level voltase

• Contoh:– B = 3100 Hz– M = 8– C = 2(3100) log28= 18.600 bps

Formula Kapasitas Shannon

• Memperlihatkan hubungan antara data rate, noise, dan error rate

• Jika data rate dinaikkan, error rate meningkat karena pengaruh noise yang juga meningkat

• Untuk level noise tertentu, kekuatan sinyal lebih tinggi agar mampu menerima data tanpa error– Signal-to-noise ratio (SNR)

• SNR = (kekuatan sinyal/kekuatan noise)

– Ukuran SNR adalah dalam satuan desibel (dB)– SNRdB = 10 log10(SNR)– C = B log2(1+SNR)

Contoh

• Misalkan spektrum dari sebuah saluran pengiriman data adalah antara 3 MHz dan 4 MHz, dan SNRdB = 24 dB– B = 4 MHz – 3MHz = 1 MHz = 106 Hz– SNRdB = 24 dB = 10 log10(SNR),

SNR = 251,2 251– Formula shannon:

• C = 106 × log2(1+251) 106 × 8 = 8 Mbps• 8 Mbps adalah batasan secara teori, kemungkinan besar data rate

di lingkungan jaringan sebenarnya tidak akan pernah mencapai rate tersebut

– Level voltase:• C = 2B log2M

8 ×106 = 2 × 106 × log2M

4 = log2MM = 16

Documents

Teknik Pengkodean Sinyal