TEKNIK PENGKODEAN SINYAL

A.      Data Digital, Sinyal-Sinyal Digital

Sebuah data digital adalah serangkaian pulsa tegangan diskrit, Masing-masing pulsa adalah sebuah elemen sinyal. Data biner ditransmisikan dengan mengkodekan setiap bit ke dalam elemen-elemen sinyal. Jika elemen-elemen sinyal semuanya memiliki tanda aljabar yang sama, yaitu positif atau negatif, maka sinyal tersebut adalah unipolar. Pada pensinyalan polar, satu kondisi logika direpresentasikan oleh tingkat tegangan positif, dan lainnya dengan dengan tingkat tegangan negatif. Pada kecepatan pensinyalan data, atau kecepatan data, dari sebuah sinyal adalah kecepatan dalam bit per detik, di mana data ditransmisikan. Durasi atau panjang bit adalah jumlah waktu yang diperlukan untuk transmitter memancarkan bit; untuk kecepatan data R, durasi bit adalah 1/R. Sebaliknya, kecepatan modulasi adalah kecepatan di mana tingkat sinyal diubah. Hal ini bergantung pada sifat alami pengkodean digital, seperti yang dijelaskan sebelumnya. Akhirnya, istilah yanda dan ruang, untuk alasan historis, mengacu pada digit biner 1 dan 0 secara berurutan. Tabel 5.1 meringkas istilah-istilah penting; hal ini seharusnya lebih jelas ketika melihat sebuah contoh berikutnya, di bagian ini.

Istilah	Satuan	Definisi
Elemen data	Bit	Biner tunggal 1 atau 0
Kecepatan data	Bit per detik	Kecepatan di mana elemen-elemen data ditransmisikan
Elemen sinyal	Digital; sebuah pulsa teganngan dari amplitudo konstanAnalog; sebuah pulsa dengan frekuensi, fase, dan amplitudo konstan	Bagian dari sinyal yang menggunakan interval terpendek dari kode pensinyalan
Kecepatan pensinyalan atau kecepatan modulasi	Elemen-elemen sinyal per detik	Kecepatan di mana elemen-elemen sinyal ditransmisikan

Terdapat faktor lin yang dapat digunakan untuk meningkatkan kinerja, dan itu adalah skema pengkodean. Skema pengkodean hanyalah sebuah pemetaan dari bit data ke elemen sinyal. Berbagai pendekatan telah dicoba. Apa yang mengikutinya, kita mendeskripsikan beberapa dari yang paling umum; mereka mendefinisikan dalam tabel 5.2.

Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L)

0 = tingkat tinggi

1 = tingkat rendah

Nonreturn to Zero Inverted (NRZI)

0 = tidak ada transisi dari permulaan interval (satu waktu bit)

1 = transisi pada awal interval awal

Bipolar-AMI

0 = tidak ada saluran sinyal

1= tingkat positif atau negatif, bergantian secara berurutan

Pseudoternary

0 = tingkat positif atau negatif, bergantian secara berurtan

1= tidak ada saluran sinyal

Manchester

0 = transisi dari tinggi ke rendah di pertengahan interval

1 = transisi dari rendah ke tinggi di pertengahan interval

Differential Manchester

Selalu sebuah transisi di pertengahan interval

0 = transisi pada awal interval

1 = tidak ada transisi pada awal interval

B8ZS

Sama dengan bipolar AMI, kecuali string apa pun dari delapan nol dipindahkan oleh sebuah string dengan dua kode pelanggaran

HDB3

Sama dengan bipolar AMI, kecuali string apa pun dari empat nol dipindahkan oleh sebuah string dengan satu kode pelanggaran

Sebelum mendeskripsikan teknik-teknik ini, mari kita amati cara-cara berikut dari mengevaluasi dan membandingkan berbagai teknik.

• Spektrum sinyal

Beberapa aspek dari spektrum sinyal itu penting. Kurangnya komponen frekuensi tinggi berarti lebih kecil bandwidth yang dibutuhkan untuk transmisi.

• Clocking

Kita menyebutkan kebutuhan untuk memutuskan awal dan akhirnya dari masing-masing posisi bit. Hal ini bukanlah tugas yang mudah. Satu pendekatan yang agak mahal adalah menyediakan jam terpisah yan mengarahkan sinkronisasi transmitter dan penerima.

• Deteksi kesalahan

Bagaimanapun juga, adalah hal yang berguna untuk memilliki kemampuan deteksi kesalahan yang ada dalam skema pengkodean sinyal fisik. Hal ini memungkinkan kesalahan deteksi lebih cepat

• Interferensi sinyal dan kerentanan noise

Kode-kode tertentu memperlihatkan kinerja superior dalam menghadirkan noise. Kinerja biasanya dinyatakan dalam istilah BER

• Biaya dan kekompleksan

Meskipun logika digital terus jatuh dalam harga, faktor ini seharusnya diabaikan. Khususnya semakin tinggi kecepatan pensinyalan untuk mencapai kecepatan tertentu, semakin besar biaya tersebut.

Teknik pengkodean sinyal digital :

1. Nonreturn to Zero

Cara yang paling umum dan mudah untuk mentransmisikan sinyal-sinyal digital adalah menggunakan tingkat tegangan berbeda untuk dua digit biner. Kode-kode yang mengikuti strategi ini berbagi sifat bahwa tingkat tegangan tersebut itu konstan selama interval bit; tidak ada transisi (tidak ada yang kembali ke tingkat tegangan nol). Contohnya, tidak ada tegangan dapat digunakan untuk mewakili biner 0, dengan tegangan positif konstan digunakan untuk mewakili biner 1. Lebih umumnya, tegangan negatif mewakili satu nilai biner dan tegangan positif mewakili lainnya. Kode yang terakhir ini, dikenal dengan Nonreturn to zero-level (NRZ-L).

1. Biner Multitingkat

Sebuah kategori dari teknik-teknik pengkodean dikenal sebagai biner multitingkat yang menunjuk beberapa kekurangan dari kode-kode NRZ. Kode-kode ini digunakan pada lebih dari dua tingkat sinyal.

1. Biphase

Terdapat seperangkat lain teknik-teknik pengkodean, dikelompokkan dalam istilah biphase, yang mengatasi kelemahan dari kode-kode NRZ, Dua teknik ini,Manchester dan differentialManchester. Pada kodeManchester, terdapat sebuah transmisi di pertengahan masing-masing periode bit. Transmisi midbit tersebut berperan sebagai mekanisme clocking dan juga sebagai data; transisi rendah ke tinggi mewakili 1, dan transisi tinggi ke rendah mewakili 0. Pada differentialManchester, transisi midbit digunakan hanya untuk menyediakan clocking, Pengkodean 0 diwakili dengan adanya transisi di awal dari periode bit. Dan 1 diwakili dengan tidak adanya transisi pada awal periode bit. DifferentialManchester telah menambahkan keuntungan dari menggunakanpengkodean differential.

1. Kecepatan Modulasi

Ketika teknik pengkodean sinyal digunakan, perbedaan perlu dibuat antara kecepatan data ( dinyatakan dalam bit per detik) dan kecepatan modulasi (dinyatakan dalam baud).

Teknik-Teknik Scrambling

Meskipun teknik-teknik biphase telah mencapai penggunaan meluas dari aplikasi Local Area Network pada kecepatan data yang relatif tinggi (sampai 10 Mbps), mereka belum digunakan secara luas dalam aplikasi-aplikasi jarak jauh. Alasan utama untuk hal ini adalah mereka membutuhkan kecepatan pensinyalan tinggi relatif terhadap kecepatan data. Jenis ketidakefisienan ini lebih mahal dibandingkan aplikasi jarak jauh. Pendekatan lain adalah menggunakan beberapa jenis skema scrambling.

B. Data Digital, Sinyal-Sinyal Analog

Sekarang, kita beralih pada kasus pentransmisian data digital menggunakan sinyal-sinyal analog. Penggunaan yang paling umum dari transformasi ini adalah mentransmisikan data digital melalui jaringan telepon umum. Jaringan telepon didesain untuk menerima, mengalihkan, dan mentransmisikan sinyal-sinyal analog dengan frekuensi suara sekitar 300-3400 MHz. Untuk saat ini, hal itu belum sesuai untuk menangani sinyal-sinyal digital dari lokasi pelanggan (meskipun hal ini mulai berubah). Dengan demikian, perangkat digital yang dipasang ke jaringan melalui sebuah modem (modulator-demodulator), yan mengubah data digital menjadi sinyal-sinyal analog, dan sebaliknya. Kita menyebutkan bahwa modulasi dipengaruhi satu atau lebih dari tuga karakteristik sinyal pembawa; amplitodo, frekuensi, dan fase. Jadi, terdapat tiga pengkodean dasar atau teknik modulasi untuk mengubah data digital menjadi sinyal-sinyal analog seperti; amplitudo shift keying (ASK), frequency shift keying (FSK), dan phase shift keying (PSK).

a.       Amplitudo Shift Keying (ASK)

Teknik ASK digunakan untuk mentransmisikan data digital sepanjang serat optik. Untuk transmitter LED (light-emiting diode). Hal itu berarti satu elemen sinyal direpresentasikan oleh sebuah pulsa cahaya, sedangkan elemen sinyal lainnya direpresentasikan oleh tidak adanya cahaya.

b.       Frequency Shift Keying (FSK)

Bentuk yang paling umum dari FSK adalah FSK biner (binary FSK-BFSK), di mana nilai dua biner direpresentasikan oleh dua frekuensi berbeda yang dekat dengan frekuensi pembawa. BFSK lebih rentan terhadap kesalahan dibandingkan ASK. Pada jalur kelas suara, BFSK umumnya digunakan hingg 1200 bps, BFSK juga umum digunakan untuk transmisi radio befrekuensi tinggi (3-30 MHz). Bahkan, BFSK juga dapat digunakan pada frekuensi yang lebih tinggi pada local area network yang menggunakan kabel koaksial. Sebuah sinyal yang lebih efisien bandwidth, tetapi juga lebih rentan terhadap kesalahan adalah multiple FSK (MFSK). Di mana, lebih dari dua frekuensi yang digunakan.

c.        Phase Shift Keying (PSK)

Pada PSK, fase sinyal pembawa berpindah untuk mewakili data.

• PSK Dua-Level

Skema paling sederhana yang menggunakan dua phase untuk mewakili dua digit biner dikenal sebagai binary fase shift keying. Sebuah bentuk alternatif dari PSK dua-level adalah differentiaal PSK(DPSK)

• PSK Empat-Level

Penggunaan bandwidth yang lebih efisien dapat dicapai jika setiap elemen pensinyalan merepresentasikan lebih dari satu bit. Sebagai contoh, alih-alih sebuah fase berputar 180°, sebagaimana yang diperbolehkan BPSK, sebuah teknik pengkodean umum, yang dikenal sebagai quadrature phase shift keying QPSK).

• PSK Multi-Level

Penggunaan dari banyak level dapat diperluas lebih dari mengambil dua bit dalam satu waktu. Sangat mungkin untuk mentransmisikan tiga bit pada satu waktu menggunakan delapan sudut fase yang berbeda. Lebih jauh lagi, setiap sudut dapat memiliki lebih dari satu amplitudo. Sebagai contoh, modem standar 9600 bps menggunakan 12 sudut fase, empat di antaranya memiliki dua nilai amplitudo, untuk keseluruhan 16 elemen sinyal yang berbeda.

C.  Data Analog, Sinyal-Sinyal Digital

Proses yang mengubah data analog ke data digital disebut dengan digitisasi. Ketika data analog telah dikonversi dalam data digital, sejumlah hal dapat terjadi. Tiga hal yang paling umum adalah :

1. Data digital dapat ditransmisikan menggunakan NRZ-L.
2. Data digital dapat dikodekan sebagai sebuah sinyal digital menggunakan sebuah kode yang berbeda dari NRZ-L. Dengan demikian dibutuhkan satu langkah tambahan
3. Data digital dapat dikonversikan ke dalam sinyal analog, menggunakan satu dari teknik modulasi,

Perangkat yang digunakan untuk mengubah data analog menjadi bentuk digital, dikenal sebagai codec (coder-decoder) . Teknik utama yang digunakan dalam codec adalah modulasi pulsa dan modulasi delta.

1.       Pulse Code Modulation

Pulse Code Modulation (PCM) didasarkan pada teori sampling berikut. Jika sebuah sinyal f (t) disampel pada interval waktu teratur pada kecepatan yang lebih tinggi dua kali dibandingkan dengan frekuensi sinyal tertinggi, maka sampel tersebut memuat segala informasi dari sinyal yang asli. Fungsi f (t) dapat direkontruksi dari sampel-sampel ini dengan penggunaan penyaring lolos-rendah (low-pass filter). Jika data suara dibatasi pada frekuensi di bawah 4000 Hz, prosedur lama dapat menjelaskannya, 8000 sampel per detik akan cukup mengkarakteristikan sinyal suara dengan lengkap. Patut dicatat bagaimanapun juga, bahwa sampel-sampel analog ini disebut sampel pulse amplitude modulation (PAM) atau modulasi amplitudo pulsa. Untu mengubah menjadi digital, masing-masing dari sampel analog ini harus ditandai dengan suatu kode biner.

2.       Modulasi Delta

Berbagai teknik telah digunakan untuk meningkatkan kinerja PCM atau untuk mengurangi kerumitannya. Satu dari alternatif yang paling populer dari PCM adalah modulasi Delta (Delta modulation-DM). Dengan modulasi delta, sebuah input analog diaproksimasi dengan sebuah fungsi tangga yang bergerak naik turun dengan satu tingkat kuantitas δ pada masing-masing interval sampling (T).

3.       Data Analog, Sinyal-Sinyal Digital

Terdapat dua alasan penting untuk modulasi analog ke sinyal digital :

1. Frekuensi yang lebih tinggi dibutuhkan untuk transmisi yang efektif. Untuk transmisi tak terkendali, secara maya tidak mungkin mentransmisikan sinyal baseband karena antena-antena yang dibutuhkan harus memiliki diameter berkilo-kilo meter.
2. Modulasi memperbolehkan frequency divosion multiflexing.

d.       Modulasi Amplitudo

Modulasi amplitudo (Amplitude Modulation­-AM) adalah bentuk yang paling sederhana dari modulasi

e.       Modulasi Sudut

Modulasi frekuensi atau freqency modulation (FM) dan modulasi fase atau phase modulation (PM) merupakan kasus spesial dari modulasi sudut.