Komunikasi Data Bab 5 Data Encoding 146 Komunikasi

Komunikasi Data Bab 5. Data Encoding 1/46

Komunikasi Data Outline • Teknik Encoding Data Digital Signal Digital • Teknik Encoding Data Analog Signal Digital • Teknik Encoding Data Digital Signal Analog • Teknik Encoding Data Analog Signal Analog Bab 5. Data Encoding 2/46

Komunikasi Data Teknik Encoding • • Data digital, sinyal digital Data analog, sinyal digital Data digital, sinyal analog Data analog, sinyal analog Bab 5. Data Encoding 3/46

Komunikasi Data Digital, Sinyal Digital • Sinyal digital – Diskret, pulsa-pulsa tegangan tidak kontinu / terputus-putus – Setiap pulsa merupakan sebuah elemen sinyal – Data biner di transmisikan melalui pengkodean menjadi elemen-elemen sinyal Bab 5. Data Encoding 4/46

Komunikasi Data Istilah-Istilah (1) • Unipolar – Semua elemen sinyal memiliki tanda yang sama • Polar – Satu kondisi logika dinyatakan oleh tegangan positif dan yang lain dengan tegangan negatif • Data rate – Kecepatan transmisi data dalam bits per second (bps) • Durasi atau panjang satu bit – Waktu yang digunakan transmitter untuk mengeluarkan satu bit Bab 5. Data Encoding 5/46

Komunikasi Data Istilah-Istilah (2) • Modulation rate – Kecepatan perubahan tingkat (level) sinyal – Diukur dalam baud = elemen sinyal per detik • Mark dan Space – Biner 1 dan Biner 0 Bab 5. Data Encoding 6/46

Komunikasi Data Menginterpretasikan Sinyal • Perlu diketahui – Timing of bits - ketika mulai sampai selesai – Signal levels (Tingkat sinyal) • Faktor-faktor yang mempengaruhi keberhasilan dalam menginterpretasikan sinyal – Signal to noise ratio (SNR) – perbandingan sinyal terhadap derau – Data rate – Bandwidth Bab 5. Data Encoding 7/46

Komunikasi Data Perbandingan Skema / Teknik Encoding / Pengkodean (1) • Spektrum Sinyal – Kurangnya frekuensi tinggi akan menurunkan kebutuhan bandwidth – Kurangnya komponen DC memberikan kesempatan “coupling” AC melalui transformer, sebagai isolasi – Memusatkan daya di tengah-tengah bandwidth • Clocking – Men-sinkron-kan transmitter dan receiver – External clock / clock yang terpisah – Mekanisme Syncronisaasi didasarkan pada sinyal Bab 5. Data Encoding 8/46

Komunikasi Data Perbandingan Skema / Teknik Encoding / Pengkodean (2) • Pendeteksian Kesalahan – Dapat dibuat kedalam pengkodean sinyal • Kekebalan sinyal terhadap interference / derau dan noise – Beberapa kode lebih baik daripada yang lain untuk mengatasi derau • Biaya dan Kompleksitas – Kecepatan sinyal (& berupa kecepatan data) yang lebih tinggi menjadikan biaya lebih tinggi / mahal – Beberapa kode memerlukan kecepatan sinyal lebih tinggi dibanding kecepatan data Bab 5. Data Encoding 9/46

Komunikasi Data Skema Encoding • Nonreturn to Zero-Level (NRZL) • Nonreturn to Zero Inverted (NRZ-I) • Bipolar -AMI • Pseudoternary • Manchester • Differential Manchester • B 8 ZS • HDB 3 Bab 5. Data Encoding 10/46

Komunikasi Data Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L) • Dua perbedaan tegangan untuk bit 0 dan 1 • Tegangan konstan selama interval bit – Tidak ada transisi – Contoh : tidak ada perubahan kembali ke tegangan nol • Contoh : tidak ada tegangan untuk biner 0 - nol, tegangan konstan positif untuk biner 1 - satu • Lebih sering, tegangan negatif untuk biner satu dan positif untuk yang lain • Inilah NRZ-L Bab 5. Data Encoding 11/46

Komunikasi Data Nonreturn to Zero Inverted • Nonreturn to zero inverted pada nilai satu • Pulsa tegangan konstan untuk durasi bit • Data di-encode ketika ada atau tidaknya perubahan sinyal (transisi) pada awal waktu bit • Transisi (rendah ke tinggi atau tinggi ke rendah) dinyatakan sebagai biner 1 • Tidak ada transisi dinyatakan sebagai biner 0 • Sebuah contoh dari “differential encoding” Bab 5. Data Encoding 12/46

Komunikasi Data NRZ Bab 5. Data Encoding 13/46

Komunikasi Data Differential Encoding • Data direpresentasikan oleh perubahan, bukan level • Lebih handal pendeteksian transisi daripada pendeteksian level • Dalam layout transmisi yang rumit, ini akan mudah hilang polaritasnya Bab 5. Data Encoding 14/46

Komunikasi Data NRZ pros and cons • Pros – Mudah untuk para pembuatnya (engineer) – Make good use of bandwidth • Cons – Komponen DC – Kurangnya kemampuan sinkronisasi • Digunakan untuk “magnetic recording” • Jarang digunakan pada transmisi sinyal Bab 5. Data Encoding 15/46

Komunikasi Data Multilevel Binary • Menggunakan lebih dari dua level • Bipolar-AMI – nol direpresentasikan dengan tidak ada sinyal garis – satu direpresentasikan dengan pulsa positif atau negatif – satu membentuk pulsa yang berubah polaritasnya – Tidak ada loss sync jika terdapat deretan satu yang panjang (deretan nol masih ada masalah) – Tidak ada net komponen DC – Bandwidth yang lebih rendah – Mudah pendeteksian kesalahan Bab 5. Data Encoding 16/46

Komunikasi Data Pseudoternary • Satu direpresentasikan dengan tidak adanya sinyal garis • Nol direpresentesikan dengan berubah-ubahnya positif dan negatif • Tidak ada kelebihan dan kekurangan melalui bipolar. AMI Bab 5. Data Encoding 17/46

Komunikasi Data Bipolar-AMI and Pseudoternary Bab 5. Data Encoding 18/46

Komunikasi Data Trade Off for Multilevel Binary • Tidak seefisien NRZ – Setiap elemen sinyal hanya merepresentasikan satu bit – Didalam suatu sistem 3 level dapat merepresentasikan log 23 = 1. 58 bit – Receiver harus membedakan antara tiga level (+A, -A, 0) – Memerlukan sekitar 3 d. B lebih kuat sinyal untuk kemungkinan (probabilitas) yang sama dari bit error Bab 5. Data Encoding 19/46

Komunikasi Data Biphase • Manchester – – – Transisi ditengah-tengah setiap periode bit Transisi serves as clock and data Rendah ke Tinggi menyatakan satu Tinggi ke Rendah menyatakan nol Digunakan oleh IEEE 802. 3 • Differential Manchester – Transisi Midbit hanyalah “clocking” – Transisi pada awal periode bit menyatakan nol – Tidak ada transisi pada awal periode bit menyatakan satu – Catatan: Inilah skema differential encoding – Digunakan oleh IEEE 802. 5 Bab 5. Data Encoding 20/46

Komunikasi Data Biphase Pros and Cons • Con – Paling tidak satu transisi setiap waktu bit dan mungkin bisa dua – Kecepatan modulasi maksimum adalah dua kali NRZ – Perlu bandwidth yang lebih lebar • Pros – Sinkronisasi pada transisi mid bit (self clocking) – Tidak ada komponen DC – Pendeteksian kesalahan • Tidak ada transisi yang diharapkan Bab 5. Data Encoding 21/46

Komunikasi Data Kecepatan Modulasi Bab 5. Data Encoding 22/46

Komunikasi Data Scrambling • Gunakan “scrambling” untuk mengganti urutan yang akan menghasilkan tegangan konstan • Cara memasukkan urutan – Harus menghasilkan transisi yang cukup untuk sync – Harus bisa dikenali oleh receiver dan diganti dengan yang asli – Panjangnya sama dengan yang asli • Tidak ada komponen DC • Tidak ada urutan garis sinyal level nol yang panjang • Tidak ada pengurangan dalam kecepatannya (data rate) • Kemampuan pendeteksian kesalahan Bab 5. Data Encoding 23/46

Komunikasi Data B 8 ZS • Bipolar dengan 8 Zeros Substitution • Berdasarkan pada bipolar-AMI • Jika octet dari semua nol dan pulsa tegangan terakhir yang mendahuluinya adalah positif maka di-encode seperti 000+-0 -+ • Jika octet dari semua nol dan pulse tegangan terakhir yang mendahuluinya adalah negatif maka di-encode seperti 000 -+0+ • Menyebabkan dua “violation” AMI code • Bukan menjadi seperti hasil noise • Receiver mendeteksi dan menginterpretasikan sebagai octet dari semua nol Bab 5. Data Encoding 24/46

Komunikasi Data HDB 3 • High Density Bipolar 3 Zeros • Berdasarkan pada bipolar-AMI • String dari empat nol digantikan dengan satu atau dua pulsa Bab 5. Data Encoding 25/46

Komunikasi Data B 8 ZS dan HDB 3 Bab 5. Data Encoding 26/46

Komunikasi Data Digital, Sinyal Analog • Sistem Public Telephone – 300 Hz sampai 3400 Hz – Menggunakan modem (modulator-demodulator) • Amplitude shift keying (ASK) • Frequency shift keying (FSK) • Phase shift keying (PK) Bab 5. Data Encoding 27/46

Komunikasi Data Teknik Modulasi Bab 5. Data Encoding 28/46

Komunikasi Data Amplitude Shift Keying (ASK) • Nilai-nilainya dinyatakan oleh perbedaan amplitudo pada suatu carrier • Biasanya, satu amplitudo menyatakan nol – Contoh; penerapan : ada dan tidaknya carrier • Susceptible to sudden gain changes • Tidak efisien • Mampu sampai 1200 bps pada voice grade lines • Digunakan melalui serat optik Bab 5. Data Encoding 29/46

Komunikasi Data Frequency Shift Keying (FSK) • Nilai-nilainya dinyatakan dengan perbedaan frekuensi (near carrier) • Less susceptible to error than ASK • Mampu sampai 1200 bps pada voice grade lines • Radio Frekuensi tinggi • Bahkan frekuensi lebih tinggi lagi pada LAN menggunakan co-ax Bab 5. Data Encoding 30/46

Komunikasi Data FSK pada Voice Grade Line Bab 5. Data Encoding 31/46

Komunikasi Data Phase Shift Keying (PSK) • Fase sinyal carrier digeser untuk merepresentasikan data • Differential PSK – Lebih memanfaatkan : Fase digeser relatif terhadap transmisi sebelumnya – Daripada : beberapa sinyal referensi Bab 5. Data Encoding 32/46

Komunikasi Data Quadrature PSK • Lebih efisien penggunaan dengan setiap elemen sinyal yang menyatakan lebih dari satu bit – Contoh; menggeser sebesar /2 (90 o) – Setiap elemen menyatakan dua bit – Bisa menggunakan 8 sudut fase dan mempunyai lebih dari satu amplitude – Modem 9600 bps menggunakan 12 sudut, ada 4 yang mempunyai dua amplitude Bab 5. Data Encoding 33/46

Komunikasi Data Kinerja Skema Modulasi Digital ke Analog • Bandwidth – Bandwidth ASK dan PSK berhubungan langsung ke bit rate (kecepatan bit) – Bandwidth FSK berhubungan ke data rate (kecepatan data) untuk frekuensi yang lebih rendah, tetapi berhubungan dengan offset frekuensi yang termodulasi dari sinyal carrier pada frekuensi-frekuensi yang tinggi – (Lihat Stallings untuk perhihtungannya) • Ketika terdapat noise, bit error rate dari PSK dan QPSK sekitar 3 d. B lebih tinggi (superior) terhadap ASK dan FSK Bab 5. Data Encoding 34/46

Komunikasi Data Analog, Sinyal Digital • Digitization – Konversi dari data analog menjadi data digital – Data digital dapat ditransmisikan menggunakan NRZ-L – Data digital dapat ditransmisikan menggunakan code selain NRZ-L – Data digital dapat dikonversi menjadi sinyal analog – Konversi analog ke digital dlakukan menggunakan codec – Pulse code modulation (PCM) – Delta modulation (DM) Bab 5. Data Encoding 35/46

Komunikasi Data Pulse Code Modulation (PCM) (1) • Jika suatu sinyal dicuplik pada interval yang teratur pada kecepatan yang lebih tinggi dari duakali fekuensi sinyal tertinggi, hasil cuplikan akan mengandung semua informasi dari sinyal asli – (Buktikan - Stallings appendix 4 A) • Data suara (Voice) terbatas hanya sampai 4000 Hz • Perlu 8000 cuplik per detik • Pencuplikan analog (Pulse Amplitude Modulation, PAM) • Setiap cuplik menyatakan nilai digital Bab 5. Data Encoding 36/46

Komunikasi Data Pulse Code Modulation (PCM) (2) • Sistem 4 bit yang memberikan 16 level • Quantized (Terhitung) – Quantizing (Dapat menghitung) error atau noise – Approximation maksudnya adalah : tidak mungkin memperbaiki sinyal menjadi “persis sama” aslinya • 8 bit cuplik akan memberikan 256 level • Kualitasnya dapat dibandingkan dengan transmisi analog • 8000 cuplik per detik dari setiap 8 bit akan memberikan 64 kbps Bab 5. Data Encoding 37/46

Komunikasi Data Nonlinear Encoding • “Quantization level” tidak selalu di-”spaced” • Mengurangi seluruh distorsi sinyal • Dapat juga diselesaikan dengan “companding” Bab 5. Data Encoding 38/46

Komunikasi Data Delta Modulation (DM) • Input analog diaproksimasikan dengan fungsi tangga (staircase function) • Gerakan keatas atau kebawah satu level ( ) pada setiap interval pencuplikan • Perilaku Biner – Fungsi gerakan keatas atau kebawah pada setiap interval pencuplikan Bab 5. Data Encoding 39/46

Komunikasi Data Contoh Delta Modulation Bab 5. Data Encoding 40/46

Komunikasi Data Operasi Delta Modulation Bab 5. Data Encoding 41/46

Komunikasi Data Kinerja Delta Modulation • Reproduksi suara (voice reproduction) yang baik – PCM - 128 level (7 bit) – Voice bandwidth 4 khz – Harus 8000 x 7 = 56 kbps untuk PCM • Kompresi (pemampatan) data dapat ditingkatkan pada metode ini – Contoh; Cara “Interframe Coding” untuk gambar (video) Bab 5. Data Encoding 42/46

Komunikasi Data Analog, Sinyal Analog • Kenapa sinyal analog perlu dimodulasi ? – Frekuensi yang lebih tinggi dapat memberikan transmisi lebih efisien – Bisa menerapkan Frequency Division Multiplexing (Bab 8) • Jenis-jenis modulasi – Amplitudo – Frekuensi – Fase Bab 5. Data Encoding 43/46

Komunikasi Data Modulasi Analog Bab 5. Data Encoding 44/46

Komunikasi Data Spektrum Tersebar • Data analog atau digital • Sinyal analog • Menyebarkan data melalui bandwidth yang lebar • Menjadikan “jamming” dan “interception” lebih susah • Frequency hoping – Sinyal disiarkan melalui tampaknya seperti deretan acak dari frekuensi • Direct Sequence – Setiap bit dinyatakan oleh berbagai bit didalam sinyal yang ditransmisikan – Chipping code Bab 5. Data Encoding 45/46

Komunikasi Data Referensi • Stallings chapter 5 Bab 5. Data Encoding 46/46