BAB 2 SISTEM KOMUNIKASI DATA Kompetensi: Mahasiswa diharapkan memiliki konsep dasar mengenai komuniasi data, baik modern maupun yang terkini. Diharapkan dengan mengerti dan memahami konsep, mahasiswa mampu berkreasi dalam merancang komunikasi data baik berupa algoritma maupun secara praktik. 2.1 Sistem Komunikasi Berbasis Perangkat Elektronik Piranti elektronik saat ini tidak dapat dipisahkan dalam kehidupan sehari-hari manusia. Begitu juga pada sistem komunikasi. Sistem komunikasi berbasis perangkat elektronik sangat banyak digunakan karena kemudahan dan kenyamanan dalam penggunaannya dengan harga yang sangat terjangkau. Dalam sistem komunikasi berbasis elektronik, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, antara lain keberadaannya, ketersediaannya dan potensi pengembangannya. Pada ilmu Komunikasi Data, pembaca diharapkan mampu mengembangkan piranti elektronik guna pengembangan komunikasi data untuk keperluan tertentu sesuai dengan minatnya. Piranti (device) elektronik untuk sistem Komunikasi Data yang perlu diketahui dan dipelajari adalah: a) Sensor, Transduser, detektor. b) Sistem Penguat elektronik. c) Sistem Pengolah Data. d) Sistem Pemancar dan Penerima gelombang radio (HT: Handheld Transceiver). e) Sistem Antena.
a). Sensor, Transduser, Detektor Sensor adalah piranti yang dirancang untuk merasakan suatu gejala alam atau fenomena alam dan mengubahnya menjadi besaran listrik (tegangan, arus, tahanan, kapasitansi, cacah pulsa, bentuk pulsa, dan sebagainya). Secara mudah, bisa dikatakan bahwa piranti ini bersifat seperti indera manusia. Contohnya adalah: Sensor suhu, sensor getaran, sensor tekanan, sensor kelembaban, dan sebagainaya. Transduser adalah piranti yang dirancang untuk mengubah gejala alam yang bersifat mekanik dan dinamis menjadi besaran listrik. Contohnya adalah: transduser gempa, transduser pendeteksi pintun terbuka, transduser longsoran tanah, dan sebagainya. Detektor adalah alat untuk mendeteksi kehadiran suatu partikel, zat, atau suatu kondisi menjadi informasi listrik. Contoh dari detektor adalah: Detektor radiasi Alpha, Detektor Asap, Detektor Pencuri, Detektor Kebohongan, Detektor Neutron, dan sebagainya. b). Sistem Penguat Elektronik Sistem Penguat Elektronik adalah suatu rangkaian elektronika yang berfungsi untuk memperkuat arus, memperkuat sinyal, memperkuat pulsa. Pada rangkaian ini seringkali juga ditambahkan fungsi untuk mengkondisikan sinyal, untuk mereduksi noise, dan juga untuk mengubah bentuk pulsa agar sesuai dengan sub-sistem berikutnya. Pada Sistem Penguat Elektronik seringkali dilibatkan Operational Amplifier (Op Amp) untuk menciptakan efek seperti yang diinginkan perancang elektroniknya. c). Sistem Pengolah data Mengingat seringkali kita memerlukan pengolahan data dalam bentuk digital, sistem elektronik juga melibatkan Pengubah Analog menjadi Digital (ADC-Analog to Digital
Converter), atau sebalikanya, yakni mengubah bentuk Digital menjadi bentuk Analog (DAC- Digital to Analog Converter). Bagian yang tidak terpisahkan dengan sistem komunikasi berbasis elektronik adalah keberadaan dari mikroprosessor. Mikroprossesor kini mudah dan relative murah untuk didapatkan di toko-toko elektronik. Disamping kegunaannya dan fungsinya dalam sistem komunikasi data, mikroprossesor juga memungkinkan user untuk mengembangkan sistem komunikasi data sesuai kebutuhannya. Berbagai jenis mikroprosessor yang mempunyai spesifik kerja disebut mikrokontroler. Banyak perusahaan memproduksi mikrokontroler yang bersifat unik dan khusus untuk menyelesaikan suatu task tertentu. Mikrokontroler adalah peralatan elektronik berupa chip yang dapat dianalogikan dengan sebuah sistem komputer yang dikemas dalam sebuah chip. Dalam mikrokontroler sudah terdapat bagian-bagian selayaknya sistem komputer seperti mikroprosesor, ROM, RAM, Input/Output dan clock. Bentuknya hanya sebuah chip dan relatif kecil, sehingga kemampuan dari mikrokontroler ini juga terbatas dibandingkan dengan sistem komputer. Mikrokontroler tidak dapat melakukan proses komputasi yang rumit. Akan tetapi, mikrokontroler memiliki kelebihan untuk sistem yang kecil. Bentuk mikrokontroler yang sangat ringkas, sehingga mikrokontroler sangat sesuai untuk aplikasi sistem yang berdiri sendiri. Kebanyakan sistem automatisasi dan kendali menggunakan mikrokontroler sebagai komponen utamanya. Ada beberapa jenis mikrokontroler yang dikelompokan berdasarkan keluarga dan seri masing-masing. Pengelompokan ini berdasarkan arsitektur dan perusahaan pembuat mikrokontroler. Jadi satu keluarga mikrokontroler memiliki arsitektur dan kompatibilitas pemrograman yang sama. Yang membedakan mikrokontroler dalam satu keluarga hanya kemasan fisiknya saja. Berikut ini adalah contoh beberapa keluarga mikrokontroler yang ada di pasaran Indonesia. 1. Keluarga MCS-48 (Intel)
2. Keluarga MCS-51 (Intel) 3. Keluarga AT89 (Atmel, arsitektur Intel 8051) 4. Keluarga AT90, Attiny, Atmega (Atmel, Arsitektur AVR) 5. Keluarga MC68HC05 (Motorola) 6. Keluarga MC68HC05 (Motorola) 7. Keluarga MC68HC11 (Motorola) 8. Keluarga PIC 8 (Microchip) 9. Keluarga Z80 (Zilog) Salah satu mikrokontroler yang luas digunakan di Indonesia adalah keluarga Atmega. Mikrokontroler ini masuk dalam arsitektur AVR yang dikembangkan oleh perusahaan Atmel dari Norwegia. AVR merupakan mikrokontroler dengan arsitektur Havard dimana antara kode program dan data disimpan dalam memori yang terpisah. Umumnya, arsitektur Havard ini menyimpan kode program dalam memori permanen atau semi permanen (non-volatile) sedangkan data disimpan dalam memori tidak permanen (volatile). Dengan arsitektur seperti ini memori program mikrokontroler menjadi lebih terlindungi dari spike tegangan dan faktor lingkungan lain yang dapat merusak kode program. Pada beberapa mikrokontroler AVR terdapat memori FLASH, SRAM dan EEPROM yang terintegrasi dalam satu chip sehingga tidak memerlukan peripheral lain untuk menggunakan fitur memori tersebut. Ada tiga kelompok besar pada arsitektur AVR yaitu AVR tiny, AVR Mega, dan AVR dengan fungsi khusus. Pada saat ini, sistem elektronik kebanyakan sudah diintegrasikan dalam satu chip (keping) yang di dalamnya terdapat penguat sinyal, pengolah sinyal, dan termasuk di dalamnya terdapat mikroprosesor. Salah satu contoh piranti ini adalah PSoC (Programmable System on Chip). Dengan menggunakan PSoC, perancang elektronik maupun teknisi tidak perlu terlalu
banyak menyolder, di samping tidak perlu merangkai piranti elektronik di dalam sistemnya. Nyaris yang dibutuhkan hanya Sensor-PSoC-Monitor.
d). Sistem Pemancar dan Penerima Gelombang Radio Radio pemancar dan penerima (Transmitter dan Receiver=Transceiver) adalah pesawat pemancar radio sekaligus berfungsi ganda sebagai pesawat penerima radio yang digunakan untuk keperluan komunikasi. Alat ini terdiri atas bagian pemancar dan bagian penerima yang dirakit secara terintegrasi. Pada generasi awal, bagian pemancar atau transmitter dan bagian penerima atau receiver dirakit secara terpisah dan merupakan bagian yang berdiri sendiri. Pada saat ini kedua bagian diintegrasikan dipekerjakan secara bergantian. Pesawat pemancar sederhana terdiri atas suatu osilator pembangkit getaran radio dan getaran ini setelah ditumpangi dengan getaran suara (teknik modulasi) dipancarkan dalam bentuk gelombang radio/elektromagnetik melalui sistem Antena. e). Antenna Antena berfungsi menerima getaran listrik dari transmitter dan memancarkannya sebagai gelombang radio, dan sebaliknya, menerima gelombang radio dan meneruskan sinyal listriknya ke receiver. Jadi sebenarnya antena adalah suatu piranti yang terbuat dari konduktor dengan bentuk dan ukuran tertentu (tergantung frekuensi kerjanya) yang bertugas mengubang sinyal listrik (sifat gerakan elektron) menjadi gelombang radio (bersifat sebagai foton). Sedangkan sebaliknya pada antena penerima, mengubah sinyal radio (fotonik) menjadi sinyal listrik (gerakan elektron). Antena merupakan rangkaian resonansi, yang terdiri dari induktor, resistor dan kondensator namun bukan berupa komponen-komponen melainkan rangkaian linear sepanjang kabel antena. Kawat antena yang beresonansi akan mengakibatkan muatan listrik bergetar dengan frekuensi tertentu bolak-balik dari ujung ke ujung kawat. Getaran ini akan menempuh jarak sebesar panjang gelombang resonansi. Untuk dapat menampung getaran ini panjang antena harus paling sedikit setengah dari panjang gelombang resonansinya.
Sebagai konsekuensinya, untuk menangkap frekuensi rendah maka antena yang dibutuhkan akan menjadi sangat panjang hingga ketinggian yang tidak memungkinkan dalam penginstalasian. Untuk itulah digunakan ground plane, yaitu sistem konduktor yang dikonfigurasikan sebagai permukaan pemantul bagi elemen antena yang terhubung dengan satu sisi dari transmission line. Transmission line atau feed line adalah kawat atau kabel yang digunakan untuk menghubungkan transmitter atau receiver ke antena, sedangkan elemen adalah bagian konduktif dari sistem antenna yang menentukan karakteristik antena. Penggunaan ground plane membuat panjang antena menjadi tidak lebih dari seperempat dari panjang gelombangnya, karena memanfaatkan pencerminan atau penerusan gelombang oleh permukaan bumi sehingga kekurangan panjangnya dapat teratasi. Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam menentukan antena yang tepat dalam sistem repeater, diantaranya adalah direktivitas, gain, bandwidth, Standing Wave Ratio (SWR), impedansi, reaktansi, dan faktor ρ.
2.2 Sistem Komunikasi Berbasis Gelombang Radio Sistem komunikasi yang memanfaatkan gelombang radio sebagai media perantaranya telah dilakukan sejak berpuluh tahun yang lalu, yaitu sekitar tahun 1900 ketika Marconi menemukan cara transmisi data tanpa kabel (nirkabel). Sejak itu muncul berbagai organisasi yang mengadakan berbagai eksperimen ilmiah yang mengembangkan teknologi komunikasi radio. Pada mulanya, digunakan gelombang panjang untuk komunikasi jarak jauh, namun kini, perkembangan teknologi komunikasi telah memungkinkan digunakannya gelombang pendek di bawah 200 meter untuk berkomunikasi dengan jarak ratusan bahkan ribuan mil. Hal ini dimungkinkan dengan adanya suatu alat yang disebut repeater (Radio Pancar Ulang, RPU). Kemajuan teknologi di bidang komunikasi kini telah memanfaatkan satelit amatir radio yang mampu menangani jarak yang lebih jauh lagi, hingga mencakup satu negara atau benua yang terpisah jarak dan kondisi geografis yang berbeda-beda. a). Gelombang Radio Frekuensi Rendah Mengingat saat ini gelombang radio dengan orde mikro (Giga Hertz) sudah biasa digunakan, maka perlu dipahami bahwa istilah yang terlanjur dipakai seperti UHF (Ultra High ), sebenarnya masih tergolong rendah. Berdasarkan frekuensinya, gelombang radio dibagi menjadi lima kelompok yaitu Low (LF), Medium (MF), High (HF), Very High (VHF), dan Ultra High (UHF). Gelombang radio MF dan HF dapat mencapai tempat yang jauh di permukaan bumi karena dapat dipantulkan oleh lapisan ionosfer (lapisan atmosfer bagian atas). Gelombang LF diserap oleh ionosfer, sedangkan VHF dan UHF dapat menembus ionosfer, sehingga dapat digunakan untuk komunikasi dengan satelit. Di atas UHF, ada Super High (SHF) dan Extremely High (EHF), namun keduanya sering digolongkan sebagai
spektrum sendiri yaitu spektrum gelombang mikro (microwave). Pembagian spektrum gelombang radio lebih lengkapnya dijelaskan pada Tabel 2.1. Tabel 2.1. Pembagian rentang frekuensi radio Jenis Panjang Frekuensi Frekuensi Gelombang Penggunaan Very Low VLF 9 khz 30 khz 33 km 10 km Untuk navigasi kapal, komunikasi kapal selam Low LF 30 khz 300 khz 10 km 1 km Radio gelombang panjang dan komunikasi jarak jauh Medium MF 300 khz 3 MHz 1 km 100 m Gelombang medium lokal dan radio jarak jauh High HF 3 MHz 30 MHz 100 m 10 m Radio gelombang pendek dan komunikasi radio amatir dan CB Very High VHF 30 MHz 300 MHz 10 m 1 m Radio FM, polisi, dan pelayanan darurat Ultra High UHF 300 MHz 3 GHz 1 m 100 mm TV (jalur 4 dan 5) Super High SHF 3 GHz 30 GHz 100 m 10 mm Radar, telepon, dan saluran TV Extremely High EHF 30 GHz 300 GHz 10 mm 1 mm Komunikasi satelit Secara umum, frekuensi yang digunakan oleh radio komunikasi adalah High (HF), Very High (VHF) dan Ultra High (UHF).
Gambar 2.1. Penggunaan Radio Untuk Komunikasi Frekuensi High (HF) merupakan gelombang radio yang bekerja pada frekuensi operasi yang relatif rendah, biasa digunakan untuk radio komunikasi jarak jauh karena sifat gelombangnya yang dapat dipantulkan oleh permukaan bumi, sehingga tidak mudah terhambat dengan adanya objek penghalang. Frekuensi ini juga dapat memantul di ionosfer, sehingga jarak yang jauh pun dapat terjangkau, asalkan didukung oleh keadaan cuaca yang baik (cerah). Dengan memanfaatkan sifat gelombangnya ini, frekuensi HF populer untuk siaran radio yang sangat jauh. Gelombang dipantulkan ke ionosfer dengan menggunakan antena yang pancarannya mendongak, kemudian dipantulkan lagi oleh ionosfer ke bumi, dan seterusnya hingga mencapai jarak yang jauh. Oleh karena itu, gelombang ini juga disebut dengan sky wave atau ionospheric reflected wave. VHF biasa digunakan untuk keperluan radio komunikasi jarak dekat. Frekuensi operasi yang digunakan biasanya adalah 100 300 MHz. Oleh karena gelombang radio dipancarkan secara lurus (horisontal), apabila ada penghalang (bangunan tinggi, pepohonan, atau
pegunungan) antara stasiun pengirim dan penerima, transmisi akan terganggu. Namun, kelebihan dari gelombang VHF ini dapat menembus lapisan ionosfer, sehingga dapat dimanfaatkan untuk komunikasi satelit. Sedangkan untuk gelombang Ultra High (UHF) biasa digunakan untuk televisi. Namun terkadang radio komunikasi juga menggunakan frekuensi UHF, karena frekuensi ini tidak terlalu ramai digunakan untuk radio komunikasi. b). Gelombang Mikro Gelombang mikro (microwaves) adalah gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi saat ini untuk komunikasi data. Gelombang mikro dihasilkan oleh peralatan khusus, misalnya dalam tabung klystron. Gelombang mikro digunakan pada aplikasi-aplikasi khusus seperti pemanas microwave, komunikasi radar, dan analisis tajam dan terinci dari struktur molekul dan atomik. Diskusi dan teknologi gelombang mikro akan dibahas secara ringkas pada kuliah Komunikasi data, mengingat saat ini kebutuhan pada frekuensi UHF dan VHF lebih diutamakan untuk menunjang sistem kendali jauh dan sistem telemetri untuk pendidikan bagi mahasiswa Teknik Fisika.