BAB 5 TEKNIK SINYAL ENCODING

TEKNIK SINYAL ENCODING

A.      Pengertian

Encoding adalah salah satu proses yang sulit dalam algoritma genetika. Hal ini disebabkan karena proses encoding untuk setiap permasalahan berbeda-beda karena tidak semua teknik encoding cocok untuk setiap permasalahan. Proses encoding menghasilkan string yang kemudian disebut kromosom. String terdiri dari sekumpulan bit. Bit ini dikenal sebagai gen. Jadi satu kromosom terdiri dari sejumlah gen. Ada bermacam-macam teknik encoding yang dapat dilakukan dalam algoritma genetika.

B.       Macam-macam Teknik Encoding

Digital signaling  sumber data g(t), berupa digital atau analog, dikodekan menjadi sinyal digital x(t) berdasarkan teknik tertentu. Analog signaling: sinyal input m(t) disebut “modulating signal” dikalikan dengan sinyal pembawa, hasil modulasi berupa sinyal analog s(t) disebut “modulated signal”.

1.    Data digital, sinyal digital

Umumnya peralatan untuk mengubah kode data digital menjadi sebuah sinyal digital tidak terlalu kompleks dantidak terlalu mahal dibanding peralatan modulasi digital ke analog.

2.    Data analog, sinyal digital

Perubahan data analog ke bentuk digital memungkinkan penggunaan peralatan transmisi digital dan peralatan switching modern.

3.    Data digital, sinyal analog

Beberapa media transmisi seperti serat optik & media unguided hanya akan menyebarkan sinyal-sinyal analog

4.    Data analog, sinyal analog

Data analog dalam bentuk elektrik dapat ditransmisikan sebagai sinyal baseband dengan mudah & murah. Hal ini dilakukan dengan transmisi suara melalui jalur derajat –suara. Satu penggunaan modulasi yang umum dilkukan dengan mengalihkan badwidth sinyal basebaband ke bagian lain dari spectrum. Dengan cara ini sinyal multiple dimana masing-masing berada pada posisi yang berlainan pada spectrum dapat membagi media transmisi yang sama.

Berikut adalah gambar modulasi dan encoding sinyal :

C.      Data Digital dan Sinyal Digital

1.    Pengertian

Sinyal digital adalah sinyal diskrit dengan pulsa tegangan diskontinyu. Tiap pulsa adalah elemen sinyal data biner diubah menjadi elemen - elemen sinyal.
Spektrum sinyal  adalah disain sinyal yang bagus harus mengkonsentrasikan kekuatan transmisinya pada daerah tengah dari bandwidth transmisi; untuk mengatasi distorsi dalam penerimaan sinyal digunakan disain kode yang sesuai dengan bentuk dari spektrum sinyal transmisi.Elemen sinyal adalah tiap pulsa dari sinyal digital. Data binary ditransmisikan dengan meng-encoder-kan tiap bit data menjadi elemen-elemen sinyal.

2.    Ketentuan

a.    Unipolar: Semua elemen-elemen sinyal dalam bentuk yang sama yaitu positif semua atau negatif semua.

b.    Polar :adalah elemen-elemen sinyal dimana salah satu state logic dinyatakan oleh level tegangan positif dan sebaliknya oleh tegangan negative

c.    Rating Data : Rating data transmisi data dalam bit per second

d.   Durasi atau panjang suatu bit: Waktu yang dibutuhkan pemancar untuk memancarkan bit

e.    Rating modulasi

f.     Rating dimana level sinyal berubah

g.    Diukur dalam bentuk baud=elemen-elemen sinyal per detik

h.    Tanda dan ruang

i.      Biner 1 dan biner 0 berturut-turut

j.      Modulation rate adalah kecepatan dimana level sinyal berubah, dinyatakan dalam bauds atau elemen sinyal per detik.

k.    Istilah mark dan space menyatakan digit binary '1' dan '0'.

3.    Receiver

Tugas-tugas receiver dalam mengartikan sinyal-sinyal digital:

a.       receiver harus mengetahui timing dari tiap bit

b.      receiver harus menentukan apakah level sinyal dalam posisi bit high(1) atau low(0).
Tugas-tugas ini dilaksanakan dengan men-sampling tiap posisi bit pada tengah-tengah interval dan membandingkan nilainya dengan threshold.

Faktor yang menentukan sukses dari receiver dalam mengartikan sinyal yang datang :

a.         Data rate (kecepatan data) : peningkatan data rate akan meningkatkan bit error
rate (kecepatan error dari bit).

-          S/N : peningkatan S/N akan menurunkan bit error rate.

-          Bandwidth : peningkatan bandwidth dapat meningkatkan data rate.

4.    Faktor Perbandingan Teknik Komunikasi

Lima faktor yang perlu dinilai atau dibandingkan dari berbagai teknik komunikasi

a.    Spektrum sinyal

Disain sinyal yang bagus harus mengkonsentrasikan kekuatan transmisinya pada daerah tengah dari bandwidth transmisi; untuk mengatasi distorsi dalam penerimaan sinyal digunakan disain kode yang sesuai dengan bentuk dari spektrum sinyal transmisi

b.    Clocking

Untuk menentukan awal & akhir posisi setiap bit adalah dgn menyediakan clock  terpisah  utk sinkronisasi transmiter dan receiver. Mekanisme sinkronisasi berdasarkan sinyal yg ditransmisikan.

c.    Deteksi error

Dengan skema pengkodean sinyal scr fisik dpt mendeteksi error dgn lbh cepat.

d.   Interferensi sinyal dan Kekebalan terhadap noise
Beberapa kode tertentu menunjukkan kinerja yg sgt baik dlm mengatasi noise

e.    Harga dan Kelengkapan

Rating sinyal yang lebih tinggi(seperti kecepatan data) menyebabkan harga semakin tinggi. Beberapa kode membutuhkan rate sinyal ternyata lbhbesar dibanding rate data aktual

5.    Pola-Pola Encoding

Berikut adalah gambaran dari pola-pola encoding :

a.    Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L)

Yaitu suatu kode dimana tegangan negatif dipakai untuk mewakili suatu binary dan tegangan positif dipakai untuk mewakili binary lainnya.

–      Dua tegangan yang berbeda antara bit 0 dan bit 1

–      Tegangan konstan selama interval bit

–      Tidak ada transisi yaitu tegangan no return to zero

Contoh :Ketiadaan voltase dpt digunakan utk menampilkan biner 0 dan voltase positif konstan utk menampilkan nilai biner 1

b.   Nonreturn to Zero Inverted (NRZI)

Yaitu suatu kode dimana suatu transisi (low ke high atau high ke low) pada awal suatu bit time akan dikenal sebagai binary '1' untuk bit time tersebut; tidak ada transisi berarti binary '0'. Sehingga NRZI merupakan salah satu contoh dari differensial encoding.

–      Nonreturn to Zero Inverted (NRZI) dalam kesatuan

–      Pulsa tegangan konstan untuk durasi bit

–      Data dikodekan / diterjemahkan sebagai kehadiran(ada) atau ketiadaan sinyal transisi saat permulaan bit time

–      Transisi (dari rendah ke tinggi atau tinggi ke rendah) merupakan biner 1

–      Tidak ada transisi untuk biner 0

Sebagai contoh encoding differential

Keuntungan differensial encoding :

-       lebih kebal noise

-       tidak dipengaruhi oleh level tegangan.

Kelemahan dari NRZ-L maupun NRZI :

–      keterbatasan dalam komponen dc dan kemampuan synchronisasi yang buruk
NRZ

Berikut gambaran NRZ-L dan NRZI

c.    Bipolar-AMI

–           Teknik ini diarahkan utk mengatasi ketidakefisienan kode-kode NRZ

–           Digunakan lebih dari 2 level sinyal

–           Contoh untuk skema ini yakni Bipolar-AMI (Alternate Mark Inversion) dan pseudoternary

–           Sedangkan biner 1 ditampilkan melalui pulsa positif dan negatif

–           Pulsa biner 1 harus berganti-ganti polaritasnya

–           Bandwidth yg dihasilkan dari sinyal2 yang dihasilkan  sangat tipis dibanding bandwidth untuk NRZ

–           Karena sinyal2 biner 1 berganti voltase dari positif ke negatif maka tidak ada dc komponen murni

–           Sifat pulsa yg berganti-ganti memungkinkan hanya diperlukan alat yg sederhana untuk mendeteksi error

d.   Pseudoternary

–           Biner 1sesuai utk melalui No Line Signal

–           Biner 0 melalui pulsa yg berganti-ganti negatif & positif

Berikut adalah gambaran Bipolar-AMI dan Pseudoternary

Pertukaran untuk biner multilevel

–           Tidak ada efisiensi pada NZR

–           Tiap elemen sinyal hanya menggambarkan satu bit

–           Pada 3 level sistem dapat menggambarkan log23 = 1.58 bits

–           Receiver harus membedakan diantara 3 level (+A, -A, 0)

–           Membutuhkan kira-kira lebih dari 3db kekuatan sinyal untuk kemungkinan yang sama dalam bit error

Pertukaran dua fase dengan dua tekniknya yaitu manchester dan differential manchester.

e.    Manchester

–      Transisi di tengah untuk tiap periode bit

–      Perpindahan transisi sebagai clock dan data

–      Rendah ke tinggi menggambarkan 1

–      Tinggi ke rendah menggambarkan 0

Berikut adalah gambraran encoding Manchester :

f.     Differential Manchester

–      Transisi pertengahan bit hanya digunakan untuk clocking

–      Transisi dimulai saat periode bit menggambarkan 0

–      Tidak ada transisi yang dimulai saat periode bit dalam menggambarkan nol

–      Menggunakan differential encoding

Keuntungan rancangan biphase :

–      Synchronisasi : karena adanya transisi selama tiap bit time, receiver dapat mensynchron-kan pada transis tersebut atau dikenal sebagai self clocking codes.

–      Tidak ada komponen dc.

–      Deteksi terhadap error : ketiadaan dari transisi yang diharapkan, dapat dipakai untuk mendeteksi error.

Kekurangannya :

–      Memakai bandwidth yang lebih lebar dari pada multilevel binary.
Manchester Encoding

g.    B8ZS

–      Penggantian Bipolar With 8 Zeros

–      Skema pengkodean didasarkan pada bipolar-AMI

–      Kekurangan kode AMI adalah string panjang nol bisa menyebabkan hilangnya singkronisasi. Utk itu terdapat aturan :

–      Jika octet pada semua zero dan pulsa terakhir tegangan yang terdahulu adalah encode positif sebagai 000+-0-+

–      Jika octet pada semua zero dan pulsa terakhir tegangan yang terdahulu adalah encode negatif sebagai 000-+0+-

–      Teknik ini memaksa dua kode pelanggaran pada kode AMI

–      Receiver mendeteksi dan menerjemahkan seperti octed pada semua zero

h.   HDB3

–      Kepadatan tinggi Bipolar 3 Zeros

–      Didasarkan pada bipolar-AMI

–      String pada empat zero digantikan dengan satu atau dua pulsa

Berikut adalah adalah gambaran Bipolar AMI, B8ZS dan HDB3

6.    Rate Modulasi

Saat teknik pengkodean sinyal digunakan, perlu dibuat suatu perbedaan jelas antara rate data (dinyatakan dlm bit per detik) dan rate modulasi (dinyatakan dlm baud).Rate data atau rate bit adalah 1/tB,  tB = durasi bit.

Sedangkan rate modulasi adalah rate tempat elemensinyal dimunculkan.

D = R   

       b

Dimana :

D = rate modulasi, baud

      R = rate data, bps

      b = jumlah bit per elemen sinyal

salah satu cara menentukan karakteristik rate modulasi adalah dengan menentukan rata-rata jumlah transisi yang terjadi per waktu bit, dan hal ini tergantung pada runtutan tetap bit yang ditransmisikan.

Gambar Kecepatan Modulasi

7.    Scrambling

Dalam skema ini, rangkaian yg akan menghasilkan level voltase konstan dijalurnya dan digantikan oleh rangkaian pengisi (yg menyediakan transisi yg cukup utk clock-receiver dlm memelihara singkronisasi).  Runtunan pengisi harus dikenal receiver dan akan digantikan dengan runtunan data asli. Runtunan pengisi ini sama panjangnya dengan Runtunan yang asli, sehingga tidak ada peningkatan rate data.

Rangkaian Pengisi (Filling)

–      Harus cukup menghasilkan transisi untuk sinkronisasi

–      Harus dapat diakui oleh receiver dan digantikan dengan yang asli

–      Panjang sama dengan yang asli

Dengan ciri :

–      Tidak ada komponen dc

–      Tidak ada rangkaian panjang pada saluran sinyal level zero

–      Tidak ada penurunan pada kecepatan data

–      Kemampuan pendeteksian error

D.      Data Digital Sinyal Analog

Pentransmisian data ditigal menggunakansinyal-sinyal analog. Yang paling sering dilakukan adalah dengan mentransmisikan  data digital melalui jaringan telepon umum.Jaringan telepon dirancang untuk menerima, mengalihkan dan mentransmisikan sinyal-sinyal analog dengan rentang frekuensi suara 300Hz sampai 3400Hz. Untuk jaringan telepon (perangkat digital) yang dipasang ke jaringan melalui sebuah modem (modulator-demodulator) dapat mengubah data digital ke sinyal-sinyal analog.

Untuk jaringan telepon digunakan modem-modem yang menghasilkan sinyal-sinyal dalam rentang frekuensi suara. Teknik-teknik dasar yang sama digunakan untuk modem yang menghasilkan sinyal-sinyal pada frekuensi yang lebih tinggi.

1.      Modulasi dipengaruhi oleh karakteristik sinya pembawa yaitu :amplitudo, frekuensi, fase

2.      Ada tiga teknik dasar pengkodean atau teknik modulasi yakni:

-       Amplitude shift keying (ASK)

-       Frequency shift keying (FSK)

-       Phase shift keying (PSK)

Berikut ini adalah gambaran ASK, BFSK, BPSK

a.    Amplitude shift keying (ASK)

Dua nilai  biner dilambangkan dua amplitudo berbeda dari frekuensi sinyal pembawa.Selalu, salah satu amplitudo adalah zero (nol) yakni, satu digit biner yg ditunjukkan melalui keberadaan sinyal pd amplitudo yg konstan dr sinyal pembawa, sedangkan yg lain melalui ketidakadaan sinyak pembawa. ASK sangat rentan untuk pergantian gain (bati) yang tiba-tiba, sehingga menyebabkan ASK menjadi Teknik Modulasi yg tidak terlalu efisien. Pada derajat suara (voice grade line) hanya sampai dengan 1200bps. ASK sering digunakan untuk mentransmisikan data pada fiber optic.

b.   Frequency shift keying (FSK)

Secara umumFSK berbentuk binary sehingga disebut juga Binary Frequency Shift Keying (BFSK).Dua hasil biner diwakili oleh dua frekuensi yang berbeda(carrier dekat) di dekat frekuensi pembawa. Pada FSK, fase sinyal pembawa diubah untuk menampilkan data. FSK lebih stabil dan tidak mudah error bila dibandingkan dengan ASK. Sama seperti ASK, pada derajat suara (voice grade line) hanya sampai dengan 1200 bps. FSK untuk operasi Full-Duplex zspanjang jalur derajat-suara, akan melewatkan frekuensi pada kisaran rentang 300-3400 Hz. Full-Duplex berarti sinyal-sinyal ditransmisikan dua arah pada saat yang bersamaan.

gambar transmisi full duplex FSK pada garis suara

c.       Phase shift keying (PSK)

–      Fase pada sinyal carrier adalah perubahan untuk mewakili data

–      Binary PSK : Dua fase diwakili dua digit biner

–      Differential PSK

–      Perubahan fase relatif untuk transmisi sebelumnya lebih dari beberapa sinyal referensi

Quadrature PSK

–      Penggunaan lebih efisien oleh tiap elemen sinyal diwakili lebih dari satu bit

–      Misalnya perubahan pada p/2 (90^o)

–      Tiap elemen diwakili dua bit

–      Dapat digunakan 8 sudut fase dan memiliki lebih dari satu amplitudo

–      9600bps modem menggunakan sudut 12, empat pada tiap dua amplitudo

–      Offset QPSK (orthogonal QPSK)

–      Delay dalam aliran Q

E.       Data Analog Sinyal Digital

Digitalisasi adalah Konversi dari data analog ke data digital. Data digital dapat ditransmisikan dengan menggunakan NRZ-L. Data digital dapat ditransmisikan dengan menggunakan code selain NRZ-L. Data digital dapat dirubah menjadi sinyal analog.  Bila data analog diubah menjadi data digital, maka akan terjadi banyak hal, diantaranya:

1.      Data digital dapat ditransmisikan menggunakan NRZ-L.

2.      Data digital dapat ditandai sebagai sinyal digital dengan menggunakan kode lain selain NRZ-L. sehingga diperlukan satu data tambahan.

3.      Data digital dapat diubah menjadi suatu sinyal analog, dengan menggunakan salah satu teknik modulasi.

Konversi analog ke digital menggunakan codec (Coder-Decoder). Dua teknik yg digunakan dalam Codec adalah Pulse Code Modulation dan Delta Modulation.

1.        Pulse Code Modulation(PCM)

Ciri-ciri :

–      Jika sinyal diambil pada interval regular dan pada rate yg lebih tinggi dua kali daripada frekuensi sinyal tertinggi, maka sample memuat banyak informasi dari sinyal original atau disebut Proof - Stallings appendix 4A.

–      Batas data voice(suara) sampai 4000Hz.

–      Membutuhkan 8000 sample tiap detik untuk menggolongkan sinyal suara dengan lengkap.

–      Untuk mengubah menjadi digital, tiap sample harus ditandai dengan suatu kode biner.

–      Sistem 4 bit sample memberi 16 level.

Kualitas :

–      Kualitas error atau noise

–      Kira-kira diartikan dimungkinkan untuk menutup kembali ketepatan original

–      8 bit sample memberi 256 level kuantisasi

–      Mutu sinyal suara yg diwakili lbh baik dibandingkan kualitas dengan transmisi analog

–      8000 samples tiap detik pada tiap 8 bit memberi  64kbps

2.        Non-Linier Encoding

Skema PCM menggunakan Nonlinear Encoding yg artinya bahwa level-level kuantisasi tidak diperlakukan sama. Untuk mengurangi sinyal distorsi dapat dilakukan dengan menggunakan kuantisasi yang seragam dan companding yakni proses mempersingkat rentang intensitas sebuah sinyal dengan penambahan lebih banyak penguat untuk sinyal-sinyal yang lemah dibanding sinyal yang kuat pada input.

Gambar efek pengkodean Nonlinier

3.    Modulasi Delta

–      Dengan DM, suatu input analog  kira-kira seperti fungsi tangga yang bergerak naik-turun dengan satu level kuantisasi pada tiap interval sampling

–      Output dari proses DM adalah tuntunan biner yang dapat digunakan receiver  untuk rekonstruksi fungsi tangga yang jalannya mirip biner. Pada setiap waktu pengambilan sampel, fungsi bergerak naik turun sebesar  sehingga output dari proses modulasi delta dapat ditampilkan sebagai suatu digit biner tunggal untuk setiap sampel.

Contoh modulasi delta

Output dari proses DM adalah runtunan biner yang dapat digunakan receiver untuk merekonstruksi fungsi tangga. Kemudian fungsi tangga dapat diperhalus lagi dengan melalui lebih banyak jenis proses integrasi agar dapat menghasilkan pendekatan analog dari sinyal input analog.

F.       Data Analog, Sinyal Analog

Terdapat dua alas an utama untuk modulasi analog dari sinyal-sinyal analog:

a.    Diperlukan frekuensi yang lebih tinggi agar transmisi yang dilakukan lebih efektif

b.   Modulasi memperbolehkan frequency-division multiplexing

Tipe-tipe modulasi

–      Amplitudo Modulation (AM)

–      Phase Modulation (PM)

–      Frequency Modulation (FM)

AMPLITUDO MODULATION

Dikenal sebagai double sideband transmitter carrier (DSBTC). Secara matematik proses ini dinyatakan sebagai : 

s(t) = [1 + n_ax(t)] cos2π f_ct 

dimana : 

cos2π f_ct   = carrier

x(t) = sinyal input (pembawa data)

n_a = indeks modulasi = ration amplitudo dari sinyal input terhadap carrier.

Gambar 3.10 menunjukkan spektrum sinyal AM yang terdiri dari sinyal carrier

ditambah spektrum dari sinyal input sehingga terdapat lower sideband (f > f_c) dan

upper sideband (f < f_c). 

Jenis AM : 

·         Yang populer yaitu single sideband (SSB) dimana pengiriman hanya satu sideband dan menghapus sideband lain dan carriernya.

Keuntungan : 

o   Hanya separuh dari bandwidth yang dibutuhkan

o   Diperlukan power yang lebih kecil sebab tidak ada power yang dipakai untuk men-transmisi carrier pada sideband yang lain.

• Double sideband suppressed carrier (DSBSC) dimana menyaring frekuensi carrier dan mengirimkan kedua sideband.

Keuntungan : menghemat power tetapi memakai bandwidth yang besarnya sama dengan DSBTC. 

Kerugian dari kedua -duanya : menahan carrier, padahal carrier dapat dipakai untuk

tujuan synchronisasi. 

Solusi : dengan vestigial sideband (VSB) dimana memakai satu sideband dan mengurangi power carrier. 

DAFTAR PUSTAKA

Anonim.2011.Teknik Sinyal Encoding.(http://pendekarbloger.blogspot.com/2011/03/teknik-sinyal-encoding.html diakses tanggal 5 Februari 2013).

Harisamt.2011.Teknik Encoding Data Digital, & Sinyal Digital(http://haris-ti.blogspot.com/2012/04/teknik-encoding-data-digital-sinyal.html diakses tanggal 5 Februari 2013).

Stallings, William. 2001. Komunikasi Data dan Komputer: Dasar-Dasar Komunikasi Data. Jakarta: Salemba Teknika.