Pengkodean Data
Untuk pensinyalan digital, sumber data yang dapat berbentuk
digital maupun analog dikodekan menjadi bentuk sinyal digital. Bentuk sinyal
tergantung pada teknik pengkodean. Tujuan pengkodean adalah untuk
optimalisasi media yang akan digunakan untuk transmisi.
Data digital merupakan bentuk paling sederhana dari pengkodean
digital. Dari data digital ditetapkan satu level voltase untuk biner 1 dan level
voltase lainnya untuk biner 0. Sebuah modem mengubah data digital
menajdi sinyal analog sehingga dapat ditransmisikan sepanjang saluran
analog. Teknik dasarnya adalah Amplitude-Shift Keying (ASK), Frequency-
Shift Keying (FSK) dan Phase-Shift Keying (PSK). Ketiganya mengubah satu
karakter atau lebih suatu frekuensi pembawa agar bisa menampilkan data
biner.
Dasar pensinyalan analog adalah sinyal frekuensi-konstan kontinu
yang disebut sebagai pembawa sinyal (carrier). Frekuensi dari sinyal
pembawa dipilih agar sesuai dengan media transmisi yang akan digunakan.
Data ditransmisikan melalui sinyal pembawa dengan cara modulasi. Modulasi
adalah proses pengkodean data dengan sinyal pembawanya. Semua teknik
modulasi melibatkan operasi pada satu atau lebih parameter sinyal, yaitu :
amplitudo, frekuensi dan fase. Sinyal pemodulasi disebut sinyal baseband.
Hasil dari modulasi sinyal pembawa disebut sinyal termodulasi.
Data analog, misalnya suara dan video, diubah menjadi bentuk digital
agar mampu menggunakan fasilitas transmisi digital. Teknik yang paling
sederhana adalah Pulse Code Modulation (PCM), yang melibatkan
pengambilan sample analog secara periodik dan mengkuantisasi sample.
Data analog dimodulasi oleh suatu frekuensi pembawa agar menghasilkan
sinyal analog dalam band frekuensi yang berlainan yang dapat digunakan
pada sistem transmisi analog. Teknik dasar untuk ini adalah Amplitude
Modulation (AM), Frequency Modulation (FM) dan Phase Modulation (PM).
Berikut merupakan beberapa istilah yang sering digunakan dalam
pengkodean data, yaitu :
Rate modulasi, adalah rate dimana level sinyal berubah,
dinyatakan dalam baud, yang berarti elemen-elemen sinyal per
detik.
Rate pensinyalan data (rate data) suatu sinyal adalah rate
dimana data ditransmisikan, ditunjukkan dalam bit per detik.
Durasi atau panjang bit adalah jumlah waktu yang diambil
transmitter untuk memancarkan bit; untuk rate R, durasi bitnya
adalah 1/R.
Skema pengkodean adalah pemetaan sederhana mulai dari bit-bit data
sampai menjadi elemen sinyal. Perbedaan tiap-tiap skema pengkodean
didasarkan atas hal-hal sebagai berikut.
• Spektrum sinyal. Beberapa aspek spektrum sinyal, seperti
komponen-komponen berfrekuensi tinggi, komponen dc, dan sifatsifat
spektrum sinyal, sangat menentukan kualitas sinyal yang
ditransmisikan. Kode-kode dirancang untuk tujuan pembentukan
spektrum sinyal yang akan ditransmisikan.
• Clocking. Dengan menentukan permulaan dan akhir bit dengan
benar akan mempengaruhi mekanisme sinkronisasi terhadap sinyal
yang ditransmisikan.
• Pendeteksian error.
• Kekebalan terhadap derau/noise dan interferensi sinyal.
• Biaya dan kelengkapan. Biasanya, semakin tinggi rate pensinyalan
dalam tujuannya mendapatkan rate data tertentu, biayanya
semakin besar.
Teknik Encoding
A. DATA DIGITAL, SINYAL DIGITALSinyal digital merupakan deretan pulsa terputus-putus dengan ciri
tersendiri pada masing-masingnya.
Non Return to Zero (NZR)
Yang paling umum dan paling mudah dalam mentransmisikan sinyalsinyal
digitak adalah dengan menggunakan dua tingkat voltase yang
berlainan untuk dua digit biner.
Variasi dari NRZ, yaitu NRZ-I (Non Return to Zero, Inverted on ones).
Seperti NRZ-L, NRZ-I mempertahankan pulsa voltase konstan untuk durasi
waktu bit. Bedanya, data-data ditandai saat ada/tidaknya transisi sinyal pada
permulaan waktu bit, misalnya adanya transisi dari tegangan tinggi ke
tegangan rendah atau tegangan rendah ke tinggi pada permulaan waktu
menunjukkan biner 1 untuk waktu bit tersebut; tanpa transisi menunjukkan
biner 0.
Kelemahan sinyal-sinyal NRZ adalah keberadaan komponen dc dan
kurangnya kemampuan sinkronisasi. Kode NRZ umumnya digunakan untuk
perekaman mahnetik digital dikarenakan kesederhanaan dan dan
karakteristik respons frekuensi rendahnya.
Multilevel Biner
Golongan teknik-teknik pengkodean yang disebut multilevel biner
diarahkan untuk mengatasi ketidakefisienan kode-kode NZR. Kode-kode ini
menggunakan lebih dari dua level sinyal. Teknik multilevel biner antara lain
Bipolar AMI (Alternate Mark Inversion) dan pseudoternary.
Pada teknik bipolar, keadaan non sinyal menunjukkan biner 0,
sedangkan biner 1 ditampilkan melaui pulsa positif atau negatif. Pulsa biner 1
terus berganti-ganti polaritasnya.
Sebaliknya, pada teknik pseudoternari menggunakan keadaan
ketiadaan sinyal sebagai biner 1 dan biner 0 dikodekan sebagai pulsa yang
berganti-ganti dari negatif dan positif.
Bifase
Teknik pengkodean yang dikelompokkan dalam bifase bertujuan
mengatasi keterbatasan kode-kode NRZ. Contoh dari teknik ini yaitu
Manchester dan Diffrential Manchester. Pada kode Manchester, terdapat
transisi di tengah-tengah setiap perioda bit. Transisi tersebut bermanfaat
sebagai mekanisme detak (clock) dan sekaligus sebagai data transisi rendah
ke tinggi yang menggambarkan biner 1. Sedangkan transisi tinggi ke rendah
menggambarkan biner 0.
Pada Differensial Manchester, transisi pertengahan bit hanya
digunakan untuk menyediakan detak. Pengkodean untuk biner 0
digambarkan melalui keberadaan transisi pada permulaan perioda bit. Skema
bifase memiliki beberapa keuntungan, antara lain :
Kemudahan sinkronisasi
Tidak adanya komponen dc
Pendeteksian kesalahan
Bandwidth untuk kode-kode bifase agak sempit akan tetapi masih
lebih lebar daripada bandwidth untuk kode-kode biner multilevel.
B. Data Analog, Sinyal DigitalPerangkat yang digunakan untuk mengubah data analog menjadi
bentuk digital dan melindungi data analog yang asli dari kondisi digital
disebut dengan Codek (Coder-Decoder).
Modulasi Kode Pulsa (Pulse Code Mudulation)
Pulse Code Modulation )PCM) didasarkan atas teori sampling yang
menyatakan :
Bila suatu sinyal f(t) disampel dengan interval yang teratur dan pada rate
yang dua kali lebih tinggi daripada frekuensi sinyal tertinggi, maka sampel
tersebut akan memuat segala informasi dari sinyal yang asli. Fungsi f(t) bisa
direkonstruksi dari sampel-sampel ini dengan penggunaan low pass filter.
Pada PCM, data analog di sample untuk dikarakterisasi dan disebut
sebagai Pulse Amplitudo Modulation. Untuk mengubahnya menjadi sinyal
digital, masing-masing sample analog tersebut harus ditandai dengan suatu
kode biner dan menjadi sinyal digital.
Delta Modulation
Alternatif selain PCM adalah Delta Modulation. Dengan DM, suatu input
analog didekati melalui fungsi tangga yang bergerak naik/turun dengan satu
level kuantisasi pada setiap interval sampling. Pada dasarnya, aliran bit lebih
dihasilkan dari pendekatan derivative sinyal analog dari amplitudonya.
Transisi yang terjadi di setiap interval pengambilan sampel dipilih
sedemikian sehingga fungsi tangga melintas sedekat mungkin terhadap
bentuk gelombang analog yang asli. Pada setiap waktu pengambilan sampel,
input analog dibandingkan dengan nilai yang terbaru dari fungsi tangga
pendekatan. Bila amplitudo sampel melebihi nilai fungsi, diperoleh biner 1,
sebaliknya, diperoleh biner 0.
C. Data Digital, Sinyal AnalogTeknik-teknik Pengkodean
Modulasi dipengaruhi oleh satu atau lebih dari 3 karakteristik sinyal
pembawa, yaitu amplitudo, frekuensi dan fase. Tiga dasar pengkodean yang
menggunakan ketiga karakteristik ini adalah :
Amplitudo-shift keying
Frequency-shift keying
Phase-shift keying
Teknik ASK digunakan untuk mentransmisikan data digital sepanjang serat
optik.
Pada FSK, dua nilai biner ditunjukkan oleh dua frekuensi yang berbeda di
dekat frekuensi pembawa. Sinyal yang dihasilkan adalah
s t A ( f t) 1 ( ) = cos 2π untuk biner 1
s t A ( f t) 2 ( ) = cos 2π untuk biner 0
Dengan f1 dan f2 merupakan peyeimbang khusus dari frekuensi pembawa fc
namun dalam jumlah yang berlawanan. Transisi FSK, misalnya digunakan
untuk operasi full duplex sepanjang jalur telepon.
D. Data Analog, Sinyal AnalogModulasi didefinisikan sebagai proses menggabungkan suatu sinyal
input dengan sinyal pembawa frekuensi agar menghasilkan sebuah sinyal
yang baru. Alasan dilakukannya modulasi, adalah :
Diperlukan frekuensi yang lebih tinggi agar transmisi yang
dilakukan lebih efektif.
Diperbolehkannya frequency-division multiplexing.
Teknik utama modulasi menggunakan data analog, yaitu Amplitudo
Modulation, Frequency Modulation dan Phase Modulation.
Amplitudo Modulation
AM adalah bentuk modulasi yang paling sederhana. Dasar yang
dipakai adalah perkalian sinyal input dengan pembawanya. Suatu sinyal
pembawa perlu menyediakan mekanisme detak untuk mengetahui waktu
kedatangan bit. Hal ini diperlukan agar receiver tahu titik permulaan masingmasing
bit agar dapat mengartikan data dengan benar.
Frequency Modulation dan Phase Modulation
FM dan PM merupakan kasus khusus mengenai sudut modulasi. Sinyal
yang dimodulasi dinyatakan sebagai
s(t) A cos[2 f t (t)] c c = π +φ
Untuk PM, fasenya sebanding dengan sinyal pemodulasi :
(t) n m(t) p φ =
Dengan np adalah indeks modulasi fase.
Sedangkan untuk FM, diperoleh fase yang sebanding dengan sinyal modulasi,
yaitu :
(t) n m(t) t φ =
Dengan nt adalah indeks modulasi frekuensi.
Perbedaannya dengan AM yaitu diperlukan bandwidth yang lebih besar
untuk transmisi.
Quadrature Amplitude Modulation
QAM merupakan teknik pensinyalan analog yang digunakan dalam
ASDL. Teknik ini merupakan kombinasi dari modulasi amplitudo dan
modulasi fase. Pada QAM, dua sinyal yang terpisah (independent) secara
serempak ditransmisikan sepanjang media yang sama. Pada receiver, dua
sinyal dimodulasikan kembali dan hasilnya dikombinasikan agar
menghasilkan input biner yang asli.
Biner 0 ditampilkan melalui ketiadaan gelombang dari sinyal
pembawa, sedangkan biner 1 ditampilkan melalui keberadaan gelombang
pembawa pada amplitudo yang konstan.
