PENGKODEAN DATA DARI DATA DIGITAL KE SINYAL DIGITAL

PENGKODEAN DATA DARI DATA DIGITAL KE SINYAL DIGITAL

OLEH :

AHMAD WAHYUDI 15101526

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Seiring dengan kemajuan kehidupan dalam segala bidang, komputer menjadi perangkat teknologi informasi dan komunikasi yang sudah menjadi bagian dari kehidupan manusia.  Komputer tidak hanya berperan dalam bidang pengetikan atau penghitungan, namun telah merambah ke berbagai  bidang lainnya, termasuk bidang komunikasi, bidang pendidikan, ekonomi, bisnis, militer, seni, hiburan, jaringan telekomunikasi telah memanfaatkan  kemampuan komputer untuk membantu memecahkan masalah.

Dalam bidang pendidikan, computer dapat dimanfaatkan sebagai media penunjang pembelajaran, alat analisis, dan hal-hal yang terkait dengan kegiatan akademik. Pemanfaatan komputer dalam bidang ekonomi dan bisnis dapat kita lihat melalui berbagai sektor usaha yang sekarang hampir seluruhnya terkomputerisasi. Oleh sebab itu pentingnya bagi kita mengetahui sedikit banyak tentang bagaimana proses yang terjadi pada komputer yakni apa yang dimaksud dengan pengkodean, sinyal, dan penyimpanan dalam sistem komputer.

1.2  Rumusan Masalah

Dari uraian latar belakang di atas, beberapa permasalahan yang akan dibahas pada makalah ini adalah:

  1.      Apa definisi Pengkodean.

  2.      Pengkodean, sinyal, data analog dan digital.

  3.      Macam-macam pengkodean.

         4.      Pengkodean Data dari Data Digital-Sinyal Digital.

1.3  Tujuan

Adapun tujuan dari makalah ini adalah untuk memenuhi tugas kelompok mata kuliah Komunikasi data dan mengetahui apa yang dimaksud dengan pengkodean, sinyal, data analog dan digital.

1.4  Manfaat Penulisan

a)      Untuk menambah pengalaman dan pengetahuan lebih bagi Penulis tentang Pengkodean sinyal, data analog dan digital.

b)      Untuk menambah pengalaman dan pengetahuan lebih pada masyarakat tentang Pengkodean sinyal, data analog dan digital.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1    Pengertian Pengkodean

        Pengkodean adalah suatu teknik yang dilakukan untuk memberikan penegasan pada proses yang terlibat (data dan pensinyalan)  transmisi data. Dalam proses tersebut perlu diperhatikan pula fasilitas-fasilitas komunikasi dan media yang tersedia.

        Pengkodean (Encoding) adalah proses perubahan karakter data yang akan dikirim dari suatu titik ke titik lain dengan kode yang dikenal oleh setiap terminal yang ada, dan menjadikan setiap karakter data dalam sebuah informasi digital ke dalam bentuk biner agar dapat ditransmisikan. Suatu terminal yang berbeda menggunakan kode biner yang berbeda untuk mewakili setiap karakter.

2.2 Tujuan Pengkodean

        Tujuan dari Pengkodean (Encoding) adalah menjadikan setiap karakter data dalam sebuah informasi digital ke dalam bentuk biner agar dapat ditransmisikan dan bisa melakukan komunikasi data. Kode-kode yang digunakan dalam komunikasi data pada system computer memiliki perbedaan dari generasi ke generasinya, karena semakin besar dan kompleksnya data yang akan dikirim / digunakan.

        Dapat dipahami bahwa pada proses komunikasi data, data tersebut harus dimengerti baik dari sisi pengirim maupun dari sisi penerima. Untuk mencapai hal tersebut, data harus diubah dalam bentuk khusus yaitu sandi (kode) untuk komunikasi data. Karena komputer hanya memahami angka biner yaitu 0 dan 1. Maka diperlukan pengkodean untuk memenuhi hal tersebut.

2.3  Macam-macam pengkodean

Ada beberapa macam pengkodean dalam komuikasi data yaitu :

a)      BCD (Binary Coded Decimal)

b)      SBCDIC ( Standard Binary Coded Decimal Intercharge code )

c)      EBCDIC (Extended Binary Code Decimal for Information Intercharge)

d)      ASCII  (American Standard Code For Information Intercharge)

2.4  Data, Sinyal Analog dan Digital

a.       Data Analog

Data analog adalah sinyal data dalam bentuk gelombang yang yang kontinyu, yang membawa informasi dengan mengubah karakteristik gelombang. Dua parameter/karakteristik terpenting yang dimiliki oleh isyarat analog adalah amplitudo dan frekuensi. Isyarat analog biasanya dinyatakan dengan gelombang sinus atau setengah lingkaran, mengingat gelombang sinus merupakan dasar untuk semua bentuk isyarat analog. Hal ini didasarkan kenyataan bahwa berdasarkan analisis fourier, suatu sinyal analog dapat diperoleh dari perpaduan sejumlah gelombang sinus.

Dengan menggunakan sinyal analog, maka jangkauan transmisi data dapat mencapai jarak yang jauh, tetapi sinyal ini mudah terpengaruh oleh noise. Gelombang pada sinyal analog yang umumnya berbentuk gelombang sinus memiliki tiga variable dasar, yaitu amplitudo, frekuensi dan phase.
Amplitudo merupakan ukuran tinggi rendahnya tegangan dari sinyal analog.
Frekuensi adalah jumlah gelombang sinyal analog dalam satuan detik.
Phase adalah besar sudut dari sinyal analog pada saat tertentu.
Data Analog disebarluaskan melalui gelombang elekromagnetik (gelombang radio) secara terus menerus, yang banyak dipengaruhi oleh faktor ”pengganggu”. Analog merupakan bentuk komunikasi elektromagnetik yang merupakan proses pengiriman sinyal pada gelombang elektromagnetik dan bersifat variable yang berurutan. Jadi sistem analog merupakan suatu bentuk sistem komunikasi elektromagnetik yang menggantungkan proses pengiriman sinyalnya pada gelombang elektromagnetik.

Kecepatan gelombang ini disebut dengan Hertz (Hz) yang diukur dalam satuan detik. Misal dalam satu detik gelombang dikirim sebanyak 1000, maka disebut dengan 1000 Hertz. Kekurangan sistem analog ini adalah pengiriman sinyal agak lambat dan sering terjadi error. Hal-hal seperti ini tidak terjadi pada sistem digital. Oleh karenanya saat ini banyak peralatan maupun aplikasi yang beralih dari sistem analog menjadi sistem digital.

Data analog diuraikan mempergunakan suatu codec untuk memproduksi suatu aliran bit digital

(1)   Sinyal menempati spektrum yang sama seperti data analog

(2)   Data analog diuraikan untuk menempati posisi spektrum yang berbeda

b.      Data Digital

Data digital adalah sinyal data dalam bentuk pulsa yang dapat mengalami perubahan yang tiba-tiba dan mempunyai besaran 0 dan 1. Sinyal digital hanya memiliki dua keadaan, yaitu 0 dan 1, sehingga tidak mudah terpengaruh oleh derau, tetapi transmisi dengan sinyal digital hanya mencapai jarak jangkau pengiriman data yang relatif dekat. Biasanya sinyal ini juga dikenal dengan sinyal diskret. Sinyal yang mempunyai dua keadaan ini biasa disebut dengan bit. Bit merupakan istilah khas pada sinyal digital. Sebuah bit dapat berupa nol (0) atau satu (1). Kemungkinan nilai untuk sebuah bit adalah 2 buah (21). Kemungkinan nilai untuk 2 bit adalah sebanyak 4 (22), berupa 00, 01, 10, dan 11. Secara umum, jumlah kemungkinan nilai yang terbentuk oleh kombinasi n bit adalah sebesar 2n buah.

Teknologi digital memiliki beberapa keistimewaan unik yang tidak dapat ditemukan pada teknologi analog, yaitu :

1)      Mampu mengirimkan informasi dengan kecepatan cahaya yang mengakibatkan informasi dapat dikirim dengan kecepatan tinggi.

2)      Penggunaan yang berulang-ulang terhadap informasi tidak mempengaruhi kualitas dan kuantitas informasi itu sendiri.

3)      Informasi dapat dengan mudah diproses dan dimodifikasi ke dalam berbagai bentuk.

4)      Dapat memproses informasi dalam jumlah yang sangat besar dan mengirimkannya secara interaktif.

Data digital diuraikan menggunakan suatu modem untuk memproduksi sinyal analog.
(1) Sinyal terdiri dari dua level tegangan yang mewakili dua angka binary
(2) Data digital diuraikan untuk menghasilkan suatu sinyal digital sesuai dengan keinginan.

c.       Data dan Sinyal

Data analog dapat merupakan sinyal analog. Demikian pula data digital dapat merupakan sinyal digital. Data digital dapat juga dijadikan sinyal analog dengan memakai modem (modulator/demodulator) sedangkan data analog dapat dijadikan sinyal digital dengan memakai codec (coder-decoder).

1)      Sinyal Analog

Disebarkan melalui amplifier; perlakuan yang sama baik sinyal yang digunakan sebagai data analog atau digital. Anggap bahwa sinyal analog mewakili data digital. Sinyal disebarkan melalui repeater; pada tiap repeater, data digital diperoleh kembali dari sinyal asal dan dipakai untuk menghasilkan suatu sinyal analog baru yang berbeda.

2)      Sinyal Digital

Sinyal digital mewakili suatu aliran dari ‘1′ dan ‘0′, dimana mungkin mewakili data digital atau mungkin suatu encoding dari data analog. Sinyal disebarkan melalui repeaterrepeater; pada tiap repeater, aliran dari ‘1′ dan ‘0′ diperoleh kembali dari sinyal asal dan dipakai untuk menghasilkan suatu sinyal digital baru yang berbeda.
3).  Transmisi analog

Adalah suatu upaya mentransmisi sinyal analog tanpa memperhatikan muatannya; sinyal-sinyalnya dapat mewakili data analog atau data digital. Untuk jarak yang jauh dipakai amplifier yang akan menambah kekuatan sinyal sehingga menghasilkan distorsi yang terbatas.

4).  Transmisi digital

Berhubungan dengan muatan dari sinyal. Untuk mencapai jarak yang jauh dipakai repeater yang menghasilkan sinyal sebagai ‘1′ atau ‘0′ sehingga tidak terjadi distorsi.

Keuntungan Komunikasi Digital :

a. Error hampir selalu dapat dikoreksi.

b. Mudah menampilkan manipulasi sinyal (seperti encryption).

c. Range dinamis yang lebih besar (perbedaan nilai terendah terhadap tertinggi)

dapat dimungkinkan.

Kerugian Komunikasi Digital :

a.      Biasanya memerlukan bandwidth yang lebih besar.

b.      Memerlukan sinkronisasi.

2.5  Pengkodean Data dari Data Digital ke 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. 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, 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

A. Digital signaling: sumber data g(t), berupa digital atau analog, dikodekan menjadi sinyal digital x(t) berdasarkan teknik tertentu.

B. Analog signaling: sinyal input m(t) disebut “modulating signal” dikalikan dengan sinyal pembawa, hasil modulasi berupa sinyal analog s(t) disebut “modulated signal”

A.      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

B.      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

1.       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

 

2.       BER Teoritis

Multilevel binary

Untuk memperoleh BER tertentu, perlu daya 3 dB lebih besar dibandingkan NRZ

 

3.       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

      4. 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

 

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 negative

Polar: satu keadaan diwakili oleh level tegangan positif, dan keadaan lain oleh level negative

5.       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…) 

6.       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

• Teknik B8ZS memiliki 2 violation terhadap kode AMI, sedangkan HDB3 memiliki 1 violation pada bit keempat
   
  C.      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?
  D.      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