teknik pengkodean sinyal - wenty's blog · ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk...

29
3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 1 TEKNIK PENGKODEAN SINYAL Sumber: Bab 5 Data and Computer Communications William Stallings Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi Jurusan Teknik Elektro Sekolah Tinggi Teknologi Telkom

Upload: duongduong

Post on 30-May-2019

271 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 1

TEKNIK PENGKODEAN SINYAL

Sumber: Bab 5Data and Computer Communications

William Stallings

Program Studi S1 Teknik TelekomunikasiJurusan Teknik Elektro

Sekolah Tinggi Teknologi Telkom

Page 2: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 2

Kombinasi PengkodeanDigital signaling: sumber data g(t), berupa digital atau analog, dikodekanmenjadi sinyal digital x(t) berdasarkan teknik tertentuAnalog signaling: sinyal input m(t) disebut “modulating signal” dikalikandengan 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 modulasidigital-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 bisamerambatkan sinyal analog, misalnya unguided media

• Data analog, sinyal analog data analog dapat dikirimkan dalambentuk sinyal baseband, misalnya transmisi suara pada saluranpelanggan PSTN

Page 3: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 3

Teknik Pengkodean dan ModulasiBentuk x(t) bergantung pada teknik pengkodean dan dipilih yang sesuai dengankarakteristik media transmisiFrekuensi sinyal pembawa dipilih yang kompatibel dengan media transmisi

Page 4: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 4

Data Digital, Sinyal DigitalSinyal digital merupakan deretan pulsa tegangan diskrit dan diskontinu, tiappulsa merupakan elemen sinyalJika semua elemen sinyal memiliki tanda aljabar yang sama (positif ataunegatif), maka sinyal tersebut unipolarPenerima harus mengetahui timing dari setiap bit

Page 5: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 5

Definisi Format Pengkodean

Page 6: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 6

Format Pengkodean Sinyal Digital

Page 7: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 7

Data Digital, Sinyal DigitalJika 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 biayaBandingkan keenam teknik line coding di atas berdasarkan parameter tersebut!

Page 8: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 8

Rapat Spektral

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 magnetikMultilevel binary• Kasus bipolar AMI dan

pseudoternary• Tidak ada akumulasi

komponen dc

Pengkodean diferensial informasi yang akan dikirim didasarkan atasperbedaan antara simbol data yang berurutan

Page 9: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 9

BER TeoritisMultilevel binary• Untuk memperoleh BER tertentu, perlu daya 3 dB lebih besar dibandingkan

NRZ

Page 10: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 10

BiphaseKasus Manchester dan differential ManchesterKeunggulan• 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 kesalahanKelemahan• 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 koaksialbaseband dan twisted pairKode differential Manchester digunakan pada IEEE 802.5 (token ring LAN), media transmisi STP

Page 11: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 11

Laju ModulasiYaitu laju perubahan level sinyal (pembangkitan elemen sinyal), berbedadengan laju dataContoh: pada Manchester • Data rate = 1/Tb• Modulation rate = 2/Tb

Page 12: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 12

Laju ModulasiSecara 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, positifatau negatifPolar: satu keadaan diwakili oleh level tegangan positif, dan keadaan lain oleh level negatif

Page 13: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 13

Laju Transisi SinyalSalah satu cara dalam penentuan laju modulasi adalah dengan mencarirata-rata jumlah transisi yang terjadi per periode bit.Tabel berikut memberikan contoh laju transisi sinyal dengan kasusaliran data 1 dan 0 bergantian (101010…)Carilah laju transisi sinyal jika aliran datanya 11001100…

Page 14: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 14

Teknik ScramblingTerdapat 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-3 zeros) Eropa dan Jepang

-00-000+Positif (+)+00+000-Negatif (-)GenapGanjil

Jumlah pulsa bipolar (bit 1) sejaksubstitusi terakhirPolaritas pulsa sebelum 4-zero

Teknik B8ZS memiliki 2 violation terhadap kode AMI, sedangkan HDB3 memiliki 1 violation pada bit keempat

Page 15: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 15

Teknik Scrambling

Page 16: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 16

Data Digital, Sinyal AnalogContoh: transmisi data digital melalui jaringan telepon publik (PSTN); perangkatdigital dihubungkan ke jaringan melalui modem.

Page 17: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 17

Modulasi DigitalAda 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)

Page 18: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 18

KinerjaRasio 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<r<1), • ∆F=frekuensi offset=f2-fc=fc-f1, • b=jumlah bit per elemen sinyal, • D=laju modulasi

Page 19: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 19

Efisiensi BandwidthRasio datarate terhadap bandwidth transmisi untuk berbagai skemapengkodean digital-to-analog ditunjukkan pada tabel.Contoh: berapa efisiensi bandwidth FSK, ASK, PSK, dan QPSK untukBER 10-7 pada kanal yang memiliki SNR 12 dB?

Page 20: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 20

Data Analog, Sinyal DigitalSetelah konversi data analog ke data digital, proses selanjutnya adalah salahsatu 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

modulasiTeknik dasar yang digunakan dalam codec:• Pulse code modulation SNR=6,02n+1,76 dB• Delta modulation implementasi lebih sederhana, karakteristik SNR lebih

buruk

Page 21: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 21

Teorema PencuplikanJika 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

Page 22: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 22

Pulse Code Modulation

Jika data suara dibatasi pada frekuensi dibawah 4000 Hz, maka frekuensi 8000 cuplikan per detik dianggap cukup untukmewakili sinyal suaraPada gambar di samping, tiap cuplikandikuantisasi menjadi 16 levelKemudian hasil kuantisasi direpresentasikanoleh 4 bitBerapa laju bit yang dihasilkan?Contoh lain: jumlah level kuantisasi 256, frekuensi pencuplikan 8000 Hz, berapa lajubit?

Page 23: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 23

Contoh PCMPerbandingan sinyalterhadap noise untuk deraukuantisasi dapatdinyatakan sebagaiSNRdB = 20log2n+1,76 dBAlasan utama penggunaanteknik digital• Tidak ada additive

noise • Tida ada

intermodulation noise

Page 24: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 24

Data Analog, Sinyal AnalogAlasan utama diperlukannyamodulasi analog:• Transmisi efektif terjadi

pada frekuensi tinggi• Memungkinkan frequency-

division multiplexingModulasi amplitudo

s(t) = [1+nax(t)]cos(2πfct)• cos(2πfct) adalah pembawa• x(t) adalah sinyal masukan

(membawa data)

Page 25: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 25

Data Analog, Sinyal AnalogModulasi sudut s(t) = Accos[2πfct+φ(t)]• Modulasi fasa: φ(t) = npm(t)• Modulasi frekuensi: φ’(t) = nfm(t)

Contoh turunan AM: Quadrature Amplitude ModulationQAM merupakan teknik pensinyalan analog yang digunakan pada jaringanasymmetric digital subscriber line (ADSL)

Sinyal QAM:s(t) =

d1(t)cos(2πfct)+d2(t)sin(2πfct)

Page 26: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 26

Spread SpectrumTeknik ini digunakan untuk mengirimkan data analog atau digital, dengan sinyalanalog.Ide dasarnya adalah penyebaran sinyal informasi dalam bandwidth yang lebihlebar sehingga menyulitkan jammingSkema dalam penerapan spektral tersebar:• Frequency hopping sinyal di-broadcast dengan deretan frekuensi radio

yang acak, berpindah dari 1 frekuensi ke frekuensi lain pada selang waktuyang sempit

• Direct sequence tiap bit dalam sinyal asli diwakili oleh banyak bit dalamsinyal yang ditransmisikan, disebut sebagai chipping code; contoh: chipping code 10-bit menyebarkan sinyal pada pita frekuensi yang besarnya 10 kali

Page 27: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 27

Contoh Direct Sequence

Page 28: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 28

SoalDari 8 teknik line coding yang dipelajari, mana yang termasuk pengkodeandiferensial?Sinyal pada gambar berikut merupakan bentuk pengkodean Manchester. Tentukan awal dan akhir periode bit, serta temukan urutan datanya!

Gelombang bipolar-AMI yang mewakili urutan biner 0100101011 ditransmisikan pada kanal noisy. Sinyal yang diterima mengandung sebuah bit salah, tentukan dan jelaskan lokasi kesalahan ini!

Page 29: TEKNIK PENGKODEAN SINYAL - WENTY's Blog · Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: ... Setelah konversi data analog ke data

3/17/2006 JARINGAN KOMPUTER I 29

SoalGambar berikut menunjukkan demodulator QAM. Buktikan bahwa susunantersebut menghasilkan 2 sinyal d1(t) dan d2(t), yang dapat digabungkan untukmemperoleh sinyal masukan di penerima