Konversi analog to digital

02/05/2017,,

KONVERSI ANALOG TO DIGITAL

DOWNLOAD FILE DOCUMENTNYA DI BAWAH INI :http://adf.ly/1fFCQ9

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 

Sistem bilangan biner atau sistem bilangan basis dua adalah sebuah sistem penulisan angka

dengan menggunakan dua simbol yaitu  0 dan 1. Sistembilangan biner modern ditemukan oleh

Gottfried Wilhelm Leibniz pada abad –17.

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

voltase ke sebuah angka  digital. Sebuah pengubah digital-ke-analog(DAC) melakukan operasi yang berlawanan.

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.

Teknik Pengkodean Sinyal Data Analog dan 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?

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

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