William Stallings Komunikasi Data dan Komputer. Bab 5 Data Encoding

Transkripsi

1 William Stallings Komunikasi Data dan Komputer Bab 5 Data Encoding Diterjemahkan oleh Andi Susilo andi.susilo@mail.com Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Elektro, Peminatan Teknik Telekomunikasi Universitas Krisnadwipayana, Jakarta, November 2005 Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 1

2 Teknik-teknik Encoding Digital data, digital signal Analog data, digital signal Digital data, analog signal Analog data, analog signal Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 2

3 Data Digital, Sinyal Digital Sinyal digital Diskrit, pulsa-pulsa tegangan diskontinu Setiap pulsa adalah merupakan elemen sinyal Data biner di-encoding menjadi elemen-elemen sinyal Istilah-istilah (1) Unipolar Semua elemen sinyal memiliki tanda yang sama Polar Kondisi logika satu diwakili oleh tegangan positif, kondisi yang lain oleh tegangan negatif Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 3

4 Istilah-istilah (2) Data rate Tarif dari pentransmisian data dalam bits per second (bps) Durasi atau panjang dari sebuah bit Waktu yang dibutuhkan bagi transmitter untuk memancarkan bit Modulation rate Nilai saat level sinyal berubah Diukur dalam satuan baud = jumlah elemen sinyal per detik Mark and Space (Nilai dan ruang) Biner 1 dan Biner 0 Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 4

5 Penafsiran Sinyal-sinyal Hal yang perlu diketahui Pewaktuan bit-bit saat dimulai dan berakhir Level-level sinyal Faktor-faktor yang mempengaruhi keberhasilan dalam penafsiran sinyal-sinyal Rasio sinyal terhadap noise Data rate Bandwidth Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 5

6 Perbandingan dari skema-skema Encoding (1) Spektrum Sinyal Kelemahan dari frekuensi tinggi adalah mengurangi bandwidth yang dibutuhkan Kelemahan dari komponen dc mengijinkan kopling ac melalui transformer, penyediaan isolasi Mengkonsentrasikan daya di tengah bandwidth Clocking Pensinkronisasian transmitter dan receiver Clock Eksternal Mekanisme sinkronisasi berbasis sinyal Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 6

7 Perbandingan dari skema-skema Encoding (2) Deteksi Error Dapat dibangun kepada peng-encoding-an sinyal Interferensi sinyal dan kekebalan terhadap noise Beberapa kode lebih baik daripada yang lainnya Biaya dan kompleksitas Semakin tinggi tarif sinyal (& maka data rate) mengarah kepada biaya yang lebih tinggi Beberapa kode membutuhkan tarif sinyal yang lebih besar daripada tarif data (data rate) Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 7

8 Skema-skema Encoding Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L) Nonreturn to Zero Inverted (NRZI) Bipolar -AMI Pseudoternary Manchester Differential Manchester B8ZS HDB3 Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 8

9 Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L) Dua tegangan yang berbeda untuk bit 0 dan 1 Tegangan konstan selama interval bit Tidak ada transisi I.e. no return to zero voltage e.g. Tidak ada tegangan bagi nol (0), tegangan positif konstan bagi satu (1) Lebih sering dipakai, tegangan negatif untuk nilai satu dan positif untuk nilai nol Ini adalah NRZ-L Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 9

10 Nonreturn to Zero Inverted Nonreturn to zero inverted on ones Pulsa tegangan konstan selama durasi bit Data di-encode sebagaimana ada atau tidaknya transisi sinyal di permulaan waktu bit Transisi (dari rendah ke tinggi atau tinggi ke rendah) dicatat sebagai biner 1 Tidak ada transisi dicatat sebagai biner 0 Sebuah contoh dari differential encoding Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 10

11 NRZ Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 11

12 Differential Encoding Data direpresentasikan oleh perubahan daripada level-levelnya Deteksi transisi lebih dapat diandalkan daripada level Didalam layout-layout transmisi yang kompleks adalah mudah untuk kehilangan indera polaritas Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 12

13 NRZ pros dan cons Pros Mudah bagi engineer Penggunaan bandwidth yang baik Cons Komponen dc Lemahnya kemampuan sinkronisasi Digunakan untuk perekaman magnetik Tidak sering digunakan untuk transmisi sinyal Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 13

14 Multilevel Binary Memakai lebih dari dua level Bipolar-AMI Nol diwakili oleh tidak ada jalur sinyal Satu diwakili oleh pulsa positif atau negatif Pulsa-pulsa satu bergantian didalam polaritas Tidak kehilangan sinkronisasi jika terdapat pita yang panjang dari satu (nol-nol masih menjadi masalah) Tidak bersih dari komponen dc Bandwidth lebih rendah Mudah dalam mendeteksi kesalahan Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 14

15 Pseudoternary Satu diwakili oleh ketiadaan jalur sinyal Nol diwakili oleh pergantian positif dan negatif Tidak ada keuntungan dan kerugian melewati bipolar-ami Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 15

16 Trade Off for Multilevel Binary Tidak seefisien NRZ Setiap elemen sinyal hanya mewakili satu bit Didalam sistem level 3 bisa mewakili log 2 3 = 1.58 bits Receiver harus bisa membedakan diantara ketiga level (+A, -A, 0) Membutuhkan sekitar 3dB lebih besar dari daya sinyal untuk probablilitas kesalahan bit yang sama Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 16

17 Biphase Manchester Transition in middle of each bit period Transition serves as clock and data Low to high represents one High to low represents zero Used by IEEE Differential Manchester Midbit transition is clocking only Transition at start of a bit period represents zero No transition at start of a bit period represents one Note: this is a differential encoding scheme Used by IEEE Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 17

18 Biphase Pros dan Cons Con At least one transition per bit time and possibly two Maximum modulation rate is twice NRZ Requires more bandwidth Pros Synchronization on mid bit transition (self clocking) No dc component Error detection Absence of expected transition Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 18

19 Modulation Rate Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 19

20 Scrambling Use scrambling to replace sequences that would produce constant voltage Filling sequence Must produce enough transitions to sync Must be recognized by receiver and replace with original Same length as original No dc component No long sequences of zero level line signal No reduction in data rate Error detection capability Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 20

21 B8ZS Bipolar With 8 Zeros Substitution Based on bipolar-ami If octet of all zeros and last voltage pulse preceding was positive encode as If octet of all zeros and last voltage pulse preceding was negative encode as Causes two violations of AMI code Unlikely to occur as a result of noise Receiver detects and interprets as octet of all zeros Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 21

22 HDB3 High Density Bipolar 3 Zeros Based on bipolar-ami String of four zeros replaced with one or two pulses Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 22

23 B8ZS and HDB3 Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 23

24 Digital Data, Analog Signal Public telephone system 300Hz to 3400Hz Use modem (modulator-demodulator) Amplitude shift keying (ASK) Frequency shift keying (FSK) Phase shift keying (PK) Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 24

25 Teknik-teknik Modulasi Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 25

26 Amplitude Shift Keying Values represented by different amplitudes of carrier Usually, one amplitude is zero i.e. presence and absence of carrier is used Susceptible to sudden gain changes Inefficient Up to 1200bps on voice grade lines Used over optical fiber Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 26

27 Frequency Shift Keying Values represented by different frequencies (near carrier) Less susceptible to error than ASK Up to 1200bps on voice grade lines High frequency radio Even higher frequency on LANs using co-ax Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 27

28 FSK on Voice Grade Line Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 28

29 Phase Shift Keying Phase of carrier signal is shifted to represent data Differential PSK Phase shifted relative to previous transmission rather than some reference signal Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 29

30 Quadrature PSK More efficient use by each signal element representing more than one bit e.g. shifts of π/2 (90 o ) Each element represents two bits Can use 8 phase angles and have more than one amplitude 9600bps modem use 12 angles, four of which have two amplitudes Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 30

31 Performance of Digital to Analog Modulation Schemes Bandwidth ASK and PSK bandwidth directly related to bit rate FSK bandwidth related to data rate for lower frequencies, but to offset of modulated frequency from carrier at high frequencies (See Stallings for math) In the presence of noise, bit error rate of PSK and QPSK are about 3dB superior to ASK and FSK Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 31

32 Analog Data, Digital Signal Digitization Conversion of analog data into digital data Digital data can then be transmitted using NRZ-L Digital data can then be transmitted using code other than NRZ-L Digital data can then be converted to analog signal Analog to digital conversion done using a codec Pulse code modulation Delta modulation Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 32

33 Pulse Code Modulation(PCM) (1) If a signal is sampled at regular intervals at a rate higher than twice the highest signal frequency, the samples contain all the information of the original signal (Proof - Stallings appendix 4A) Voice data limited to below 4000Hz Require 8000 sample per second Analog samples (Pulse Amplitude Modulation, PAM) Each sample assigned digital value Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 33

34 Pulse Code Modulation(PCM) (2) 4 bit system gives 16 levels Quantized Quantizing error or noise Approximations mean it is impossible to recover original exactly 8 bit sample gives 256 levels Quality comparable with analog transmission 8000 samples per second of 8 bits each gives 64kbps Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 34

35 Nonlinear Encoding Quantization levels not evenly spaced Reduces overall signal distortion Can also be done by companding Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 35

36 Delta Modulation Analog input is approximated by a staircase function Move up or down one level (δ) at each sample interval Binary behavior Function moves up or down at each sample interval Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 36

37 Contoh- Modulasi Delta Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 37

38 Delta Modulation - Operation Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 38

39 Delta Modulation - Performance Good voice reproduction PCM levels (7 bit) Voice bandwidth 4khz Should be 8000 x 7 = 56kbps for PCM Data compression can improve on this e.g. Interframe coding techniques for video Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 39

40 Analog Data, Analog Signals Why modulate analog signals? Higher frequency can give more efficient transmission Permits frequency division multiplexing (chapter 8) Types of modulation Amplitude Frequency Phase Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 40

41 Modulasi Analog Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 41

42 Spread Spectrum Analog or digital data Analog signal Spread data over wide bandwidth Makes jamming and interception harder Frequency hoping Signal broadcast over seemingly random series of frequencies Direct Sequence Each bit is represented by multiple bits in transmitted signal Chipping code Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 42

43 Required Reading Stallings chapter 5 Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 43