02/05/2017,,
KONVERSI
ANALOG TO DIGITAL
Pengertian Sinyal Digital dan Sinyal
Analog
Gelombang
Pembawa
Gelombang
Pembawa (carrier wave) adalah bentuk gelombang (biasanya sinusodial)yang
dimodifikasi untuk mewakili informasi yang disalurkan. Gelombang pembawa ini biasanya
mempunyai frekuensi yang lebih tinggi dari pada sinyal yang mengandung informasinya.
Gelombang pembawa digunakan saat mengirimkan sinyal radio pada sebuah pesawat
radio penerima. Kedua sinyal modulasi frekuensi (FM) dan modulasi amplitudo
(AM) dikirimkan dengan bantuan gelombang pembawa.
Analogi
Analogi dalam ilmu bahasa adalah persamaan antar bentuk
yang menjadi dasar terjadinya bentuk-bentuk yang lain. Sedangkan Digital merupakan menggambaran dari
suatu keadaan bilangan yang terdiri dari angka 0 dan 1 atau off dan on (bilangan biner ). Semua sistem komputer menggunakan sistem digital sebagai
basis datanya.
Sistem
bilangan biner
dengan
menggunakan dua simbol yaitu 0 dan 1. Sistembilangan biner modern
ditemukan oleh
Pengubah
Analog-ke-digital Dalam elektronik, sebuah pengubah analog-ke-digital (bahasa Inggris: analog-to-digital converter , disingkat ADC ) adalah sebuah
alat yang mengubah sinyal berkelanjutan menjadi angka digital terpisah.Biasanya, sebuah ADC mengubah sebuah
Audio
Sampling
Pada
dasarnya semua suara audio, baik vokal maupun bunyi tertentu merupakansuatu
bentukan dari getaran. Ini menandakan semua audio memiliki bentukgelombangnya
masing-masing. Umumnya bentukan gelombangnya disebut dengansinyal analog.
Sinyal
analog adalah sinyal yang bentuknya seperti pada Gambar 1. Namun sebuahteknik memungkinkan
sinyal ini diubah dan diproses sehingga menjadi lebih baik.Teknik ini
memungkinkan perubahan sinyal analog menjadi bit-bit digital. Teknik itudisebut
teknik sampling. Jika telah menjadi sinyal digital maka sinyal ini jauh
lebihbaik, sedikit noisenya dan juga dapat diproses dengan mudah. Digital
SignalProsessing merupakan perkembangan dari teknik ini yang memungkinkan
kitamembentuk sample-sample yang berupa suara seperti yang ada pada
keyboard,syntitizer, Audio Prosessing, dll.
Proses
sampling
Pada
proses ini terjadi suatu pencuplikan dari bentukan sinyal analog. Pencuplikan dilakukan pada bagian-bagian sinyal analog. Ini
dilakukan dengan sinyal-sinyalsample. Bentukan sinyal sample dapat
dilihat pada gambar diatas. Ada suatu aturan tertentu dari sinyal ini.
Teori Shannon menyatakan frekuensi sinyalini paling sedikit adalah 2 kali
frekuensi sinyal yang akan disampling(sinyal analog).Ini adalah batas minimum
dari frekuensi sample agar nantinya cuplikan yang diambil menunjukkan bentukan sinyal yang asli (analog).
Lebih besar tentunya lebih baik,karena
cuplikan akan lebih menggambarkan sinyal yang asli. Setelah dilakukan proses
ini maka terbentuklah suatu sinyal analog-diskrit yang bentuknya menyerupai aslinya
namun hanya diambil diskrit-diskrit saja.
Quantisasi
(Perhitungan)
Ini
adalah proses pembandingan level-level tiap diskrit sinyal hasil sampling
dengantetapan level tertentu. Level-level ini
adalah tetapan angka-angka yang dijadikan menjadi bilangan biner. Sinyal-sinyal
diskrit yang ada akan disesuaikan levelnyadengan tetapan yang ada. Jika
lebih kecil akan dinaikkan dan jika lebih besar akan diturunkan. Prosesnya
hampir sama dengan pembulatan angka. Tetapan level yang
ada tergantung pada resolusi dari alat, karena tetapan
level merupakan kombinasi angka biner, maka jika bitnya lebih besar kombinasinya
akan lebih banyak dantetapan
akan lebih banyak. Ini membuat pembulatan level sinyal diskrit menjadi
tidak jauh dengan level aslinya. Dan bentukan sinyal akan lebih bervariasi
sehingga akanterbentuk seperti aslinya. Proses ini membuat sinyal lebih baik
karena bentukkannya lebih tetap. Proses ini
juga mengecilkan error dari suatu sinyal.
Perubahan
ke digital
Setelah
diquantisasi maka tiap-tiap diskrit yang ada telah memiliki tetapan tertentu.Tetapan ini dapat dijadikan kombinasi bilangan
biner, maka terbentuklah bilangan-bilangan biner yang merupakan informasi dari
sinyal. Setelah menjadi sinyal digitalmaka proses-proses perekayasaan dapat
dilakukan. Yang harus dilakukan adalahmerubah informasi digital tersebut dengan
proses digital sehingga menjadi suara-suara yang kita inginkan. Proses
dapat dilakukan dengan berbagai macam alat-alatdigital (co:komputer). Sample-sample yang ada juga digunakan sebagai
informasiuntuk menciptakan suara dari berbagai macam alat elektronik
(co:keyboard dansyntitizer). Penyimpanan suara juga akan lebih baik karena
informasinya adalahdigital sehingga berkembanglah CD dan DAT(Digital
Tape).
Sistem
Input Komputer
Piranti
input menyediakan informasi kepada sistem komputer dari dunia luar. Dalamsistem
komputer pribadi, piranti input yang paling umum adalah keyboard.
Komputer mainframe menggunakan keyboard dan pembaca kartu berlubang
sebagai pirantiinputnya. Sistem dengan mikrokontroler umumnya menggunakan
piranti input yang jauh lebih kecil seperti saklar atau keypad
kecil.Hampir semua input mikrokontroler hanya dapat memproses sinyal input
digitaldengan tegangan yang sama dengan tegangan logika dari sumber. Level nol
disebutdengan VSS dan tegangan positif sumber (VDD) umumnya adalah 5 volt.
Padahaldalam dunia nyata terdapat banyak sinyal analog atau sinyal dengan
tegangan levelyang bervariasi. Karena itu ada piranti input yang
mengkonversikan sinyal analogmenjadi sinyal digital sehingga komputer bisa
mengerti dan menggunakannya. Adabeberapa mikrokontroler yang dilengkapi dengan
piranti konversi ini, yang disebut dengan ADC, dalam satu rangkaian terpadu.
Sistem
Output Komputer
Piranti
output digunakan untuk berkomunikasi informasi maupun aksi dari sistemkomputer
dengan dunia luar. Dalam sistem komputer pribadi (PC), piranti outputyang umum
adalah monitor CRT. Sedangkan sistem mikrokontroler mempunyaioutput yang jauh
lebih sederhana seperti lampu indikator atau beeper. Frasakontroler dari kata
mikrokontroler memberikan penegasan bahwa alat ini
mengontrolsesuatu.Mikrokontroler atau komputer mengolah sinyal secara digital,
sehingga untuk dapatmemberikan output analog diperlukan proses konversi dari
sinyal digital menjadianalog. Piranti yang dapat melakukan konversi ini disebut
dengan DAC (Digital to Analog Converter).
PENGOLAHAN
SINYAL DIGITAL
Pada
masa sekarang ini, pengolahan sinyal secara digital telah diterapkanbegitu
luas. Dari peralatan instrumentasi dan kontrol, peralatan musik,
peralatankesehatan dan peralatan lainnya. Istilah pengolahan sinyal digital
sebenarnya kurangbegitu tepat, yang lebih tepat adalah pengolahan sinyal
diskrete. Tetapi karena istilahini sudah luas digunakan, maka istilah
pengolahan sinyal digital tetap digunakandalam artikel ini. Dalam artikel ini
akan dibahas dasar-dasar pengolahan sinyaldigital, terutama dari sudut
algoritma dan pemrograman di samping juga sedikitpembahasan tentang
pertimbangan hardware dari sistem yang disusun.
Sistem
Pengolahan Sinyal Digital
Proses
pengolahan sinyal digital, diawali dengan proses pencuplikan sinyal masukanyang
berupa sinyal kontinyu. Proses ini mengubah representasi sinyal yang
tadinyaberupa sinyal kontinyu menjadi sinyal diskrete. Proses ini dilakukan
oleh suatu unit ADC (Analog to Digital Converter). Unit ADC ini terdiri
dari sebuah bagianSample/Hold dan sebuah bagian quantiser. Unit sample/hold
merupakan bagian
yang
melakukan pencuplikan orde ke-0, yang berarti nilai masukan selama kurunwaktu T
dianggap memiliki nilai yang sama. Pencuplikan dilakukan setiap satusatuan
waktu yang lazim disebut sebagai waktu cuplik (sampling time). Bagianquantiser
akan merubah menjadi beberapa level nilai, pembagian level nilai ini bisasecara
uniform ataupun secara non-uniform misal pada Gaussian quantiser.Unjuk kerja
dari suatu ADC bergantung pada beberapa parameter, parameter utamayang menjadi
pertimbangan adalah sebagai berikut :
•Kecepatan
maksimum dari waktu cuplik.
•Kecepatan
ADC melakukan konversi.
•Resolusi
dari quantiser, misal 8 bit akan mengubah menjadi 256 tingkatannilai.
•Metoda
kuantisasi akan mempengaruhi terhadap kekebalan noise.
Gambar
1. Proses samplingSinyal input asli yang tadinya berupa sinyal kontinyu, x(T)
akan dicuplik dandiquantise sehingga berubah menjadi sinyal diskrete x(kT).
Dalam representasi yangbaru inilah sinyal diolah. Keuntungan dari metoda ini
adalah pengolahan menjadimudah dan dapat memanfaatkan program sebagai
pengolahnya. Dalam prosessampling ini diasumsikan kita menggunakan waktu cuplik
yang sama dan konstan,yaitu Ts. Parameter cuplik ini menentukan dari frekuensi
harmonis tertinggi darisinyal yang masih dapat ditangkap oleh proses cuplik
ini. Frekuensi samplingminimal adalah 2 kali dari frekuensi harmonis dari
sinyal.Untuk mengurangi kesalahan cuplik maka lazimnya digunakan filter
anti-aliasingsebelum dilakukan proses pencuplikan. Filter ini digunakan untuk
meyakinkan bahwakomponen sinyal yang dicuplik adalah benar-benar yang kurang
dari batas tersebut.Sebagai ilustrasi, proses pencuplikan suatu sinyal
digambarkan pada gambar berikutini.
Gambar
2. Pengubahan dari sinyal kontinyu ke sinyal diskretSetelah sinyal diubah
representasinya menjadi deretan data diskrete, selanjutnyadata ini dapat diolah
oleh prosesor menggunakan suatu algoritma pemrosesan yangdiimplementasikan
dalam program. Hasil dari pemrosesan akan dilewatkan ke suatuDAC (Digital to
Analog Converter) dan LPF (Low Pass Filter) untuk dapat diubahmenjadi sinyal
kontinyu kembali. Secara garis besar, blok diagram dari suatupengolahan sinyal
digital adalah sebagai berikut :Gambar 3. Blok Diagram Sistem Pengolahan Sinyal
DigitalProses pengolahan sinyal digital dapat dilakukan oleh prosesor general
sepertihalnya yang lazim digunakan di personal komputer, misal processor 80386,
68030,ataupun oleh prosesor RISC seperti 80860. Untuk kebutuhan pemrosesan real
time,dibutuhkan prosesor yang khusus dirancang untuk tujuan tersebut, misal
ADSP2100,DSP56001, TMS320C25, atau untuk kebutuhan proses yang cepat dapat
digunakanparalel chip TMS320C40. Chip-chip DSP ini memiliki arsitektur khusus
yang lazimdikenal dengan arsitektur Harvard, yang memisahkan antara jalur data
dan jalur kode. Arsitektur ini memberikan keuntungan yaitu adanya kemampuan
untukmengolah perhitungan matematis dengan cepat, misal dalam satu siklus
dapatmelakukan suatu perkalian matrix. Untuk chip-chip DSP, instruksi yang
digunakanberbeda pula. Lazimnya mereka memiliki suatu instruksi yang sangat
membantudalam perhitungan matrix, yaitu perkalian dan penjumlahan dilakukan
dalam siklus(bandingkan dengan 80386, proses penjumlahan saja dilakukan lebih
dari 1 siklusmesin).
Proses
pengembagan aplikasi DSP
Apabila
proses pengolahan sinyal dilakukan menggunakan komputer biasa, makapengembangan
program tidak berbeda seperti halnya pemrograman biasa lazimnya.
Hanya
algoritma yang diterapkan dan teknik pengkodean harus mempertimbangkanwaktu
eksekusi dari program tersebut.Tata cara pengembangan perangkat lunak menjadi
berbeda apabila kitamenggunakan sistem chip DSP, misal TMS320C25. Terlebih lagi
bila sistem tersebutnantinya akan bekerja sendiri (
stand
alone
).
Pengembangan model harus dilakukandengan menggunakan perangkat bantu pengembang
(
development
tool
).
Sebagaicontoh digambarkan suatu sistem pendisain perangkat lunak DSP buatan
SPW-DSP Frameworks, yang secara garis besar digambarkan sebagai berikut :
Gambar
4. Perangkat lunak pengembang aplikasi pengolahan sinyal digital.
Keterangan
:
•Design
Database
,
berisi library disain yang telah tersedia dan lazim digunakanmisal, FIR, IIR,
Comb Filter dan lain-lain.
•Signal
Calculator
,
merupakan perangkat lunak simulasi sinyal. Dapatmelakukan manipulasi dan
pengolahan sinyal sederhana.
•Sistem
Disain Filter
,
merupakan perangkat lunak, untuk mendisain filter dengan response yang
kita ingini, berikut pengujian filter tersebut. Lazimnyamenggunakan beberapa
algoritma disain seperti Park-McLelland, dan akandihasilkan koefisien filter
yang diingini.
•TIL
,
akan menghasilkan Custon HDL dan Netlist , yaitu gambar diagramimplementasi
algoritma secara perangkat keras, dengan menggunakan chip-chip, misal chip FIR,
IIR.
•HDS
,
VHDL Generator, akan menghasilkan implementasi algoritma dalamdeskripsi VHDL
yang lazim digunakan dalam disain chip ASIC.
•DSP
ProCoder
-
Assembly Code Generator, menghasilkan program dalambahasa assembly chip DSP
tertentu
•MultiProx
,
akan menghasilkan program yang diimplementasikan pada paralelDSP chip.
•CGS
,
C Code Generator akan menghasilkan program dalam bahasa C.Pada komputer utama,
kita melakukan simulasi, disain filter, dan uji-coba awal.Program bantu
tersebut tersedia pada program pengembang (development tool program ).
Apabila kita telah puas dengan algoritma tersebut, kita
dapatmengimplementasikan sesuai dengan sistem yang akan kita gunakan. Program
akanmenghasilkan kode atau deskripsi yang dibutuhkan oleh jenis implementasi
tertentu.Misal akan menghasilkan deskripsi dalam format VHDL, apabila kita
inginmengimplementasikan sistem menggunakan chip ASIC. Atau juga dapat
dihasilkankode dalam bahasa C bila kita menginginkan portabilitas dari
implementasi yangdihasilkan.Untuk lebih jelasnya langkah-langkah pengembangan
program untuk sistem DSPdapat digambarkan sebagai berikut :
Gambar
5. Langkah-langkah pengembangan sistem DSP dalam tahapan pengembangan ini,
digunakan komputer utama sebagai perangkatbantu pengembang, dan sebuah DSP
board , sebagai sasaran (target board ) dari pengembangan program.
DSP Board ini ada yang berhubungan dengan PC melalui ekspansion slot, dan
melalui memori share, ada juga yang berhubungan dengan PC menggunakan hubungan
serial atau parallel printer card, sehingga benar-benar terpisah dari PC
dan proses hubungan dengan PC hanyalah pentransferan kodebiner. Langkah-langkah
pengembangan program aplikasi adalah sebagai berikut :Langkah pertama, adalah
mensimulasikan algoritma pengolahan sinyal denganmenggunakan perangkat simulasi
ataupun program. Sinyal masukan disimulasikandengan menggunakan data-data
sinyal standard. Untuk keperluan ini dapatdigunakan program-program khusus
simulasi ataupun program bantu matematisseperti halnya MATLAB dengan Sinyal
Processing Toolbox, Mathematica denganDSP extension, DSPWorks, Khoros, dan
lain-lain.Langkah kedua dilakukan dengan menggunakan sistem DSP yang akan
kitagunakan akhrinya, misal dengan menggunakan TMS320C25 Card (tipe ini
telahdigunakan di Laboratorium Teknik Komputer, STMIK Gunadarma). Biasanya
padacard DSP telah terdapat unit ADC dan DAC, sehingga dapat dilakukan
prosespencuplikan sinyal sesungguhnya. Pertama kali dicoba mengakuisisi sinyal
masukansesungguhnya, ini dilakukan dengan mencuplik sinyal masukan tersebut.
Hasilakuisisi tersebut akan berupa deretan data akan digunakan untuk menguji
algoritma.Kemudian secara off-line, baik menggunakan program bantu matematis
ataupunmelalui program yang ditulis untuk keperluan simulasi, sinyal tersebut
diolahberdasarkan algortima yang diimplementasikan. Hasil olahan sinyal
tersebutdisalurkan ke jalur keluaran untuk menguji hasil akhir sesungguhnya
dari algoritmatersebut. Proses ini masih dilakukan secara non-real time dan
diproses oleh prosesor pada PC. Pengujian terhadap sinyal sesungguhnya
dapat diukur denganmenggunakan alat ukur seperti osciloscope, spectrum analyzer
dan lain-lain.Kemudian, program yang ditulis dengan menggunakan instruksi dari
chip DSP yangterdapat pada DSP Board tersebut diuji. Proses penulisan program
dilakukan dikomputer utama (misal PC), dan proses kompilasi juga dilakukan di
komputer utama.Pengkompilasian menggunakan cross-compiler atau cross assembler khusus.Setelah program
berbentuk format biner, data akan ditransfer ke dalam memory diDSP board, dan
sistem DSP tersebut dieksekusi. Pada tahap ini, komputer utamahanya bekerja
untuk mengawasi keadaan memori, dan kerja dari program, tetapitidak melakukan
pengolahan sinyal. Pada tahap ini, masukan sesungguhnyadigunakan untuk diolah
dapat diberikan sehingga kerja dari algoritma dapat diamatipada keadaan
sesungguhnya.
Langkah
terakhir adalah dengan menulis kode biner tersebut ke dalam ROM,
danmeletakkannya ke DSP board yang nantinya akan bekerja berdiri sendiri
tanpaadanya sebuah PC. Misal DSP sistem tersebut digunakan untuk noise
eliminator pada line telepon. Untuk membuat sistem yang lebih lengkap,
sistem dapatdikombinasikan dengan mikrokontroller atau SBC (Single Board
Computer) sebagaiperangkat pengatur user interface.
.Dengan
demikian, secara garis besar langkah-langkah pengembangan perangkatlunak untuk
sistem DSP dapat diringkas sebagai berikut :
•Simulasikan
algoritma dengan menggunakan data simulasi.
•Lakukan
simulasi dengan sinyal sesungguhnya, pengolahan secara off-linedan proses masih
dilakukan di PC
•Tulis
program menggunakan instruksi DSP.
•Kompilasi
dan transfer ke RAM di DSP board.
•Eksekusi
dan uji dengan sinyal sesungguhnya.
•Bila
program sudah tidak ada kesalahan, tulis kode biner dari program keROM.
•Sistem
siap pakai dengan ditambahkan prosesor utama yang menanganisistem pendukung.Demikianlah pada tulisan awal ini telah dijelaskan
secara singkat tentangpengolahan
sinyal digital dan tahapan pengembangan sistem pengolahan sinyaldigital. Lebih
lanjut akan diterangkan tentang algoritma-algoritma yang digunakanuntuk
pengolahan sinyal 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
· 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 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 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?
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
