bab 5
TRANSCRIPT
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 1
William StallingsKomunikasi Data dan Komputer
Bab 5Data Encoding
Diterjemahkan oleh Andi SusiloE-mail: [email protected] Teknik, Jurusan Teknik Elektro, Peminatan Teknik TelekomunikasiUniversitas Krisnadwipayana, Jakarta, November 2005
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 2
Teknik-teknik Encoding
Digital data, digital signalAnalog data, digital signalDigital data, analog signalAnalog data, analog signal
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 3
Data Digital, Sinyal Digital
Sinyal digitalDiskrit, pulsa-pulsa tegangan diskontinuSetiap pulsa adalah merupakan elemen sinyalData biner di-encoding menjadi elemen-elemensinyal
Istilah-istilah (1)Unipolar
Semua elemen sinyal memiliki tanda yang sama
PolarKondisi logika satu diwakili oleh tegangan positif, kondisi yang lain oleh tegangan negatif
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 4
Istilah-istilah (2)
Data rateTarif dari pentransmisian data dalam bits per second (bps)
Durasi atau panjang dari sebuah bitWaktu yang dibutuhkan bagi transmitter untukmemancarkan bit
Modulation rateNilai saat level sinyal berubahDiukur 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 5
Penafsiran Sinyal-sinyal
Hal yang perlu diketahuiPewaktuan bit-bit – saat dimulai dan berakhirLevel-level sinyal
Faktor-faktor yang mempengaruhi keberhasilan dalampenafsiran sinyal-sinyal
Rasio sinyal terhadap noiseData rateBandwidth
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 6
Perbandingan dari skema-skema Encoding (1)
Spektrum SinyalKelemahan dari frekuensi tinggi adalah mengurangi bandwidth yang dibutuhkanKelemahan dari komponen dc mengijinkan kopling ac melaluitransformer, penyediaan isolasiMengkonsentrasikan daya di tengah bandwidth
ClockingPensinkronisasian transmitter dan receiverClock EksternalMekanisme sinkronisasi berbasis sinyal
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 7
Perbandingan dari skema-skema Encoding (2)
Deteksi ErrorDapat dibangun kepada peng-encoding-an sinyal
Interferensi sinyal dan kekebalan terhadap noiseBeberapa kode lebih baik daripada yang lainnya
Biaya dan kompleksitasSemakin tinggi tarif sinyal (& maka data rate) mengarah kepadabiaya yang lebih tinggiBeberapa kode membutuhkan tarif sinyal yang lebih besardaripada tarif data (data rate)
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 8
Skema-skema Encoding
Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L)Nonreturn to Zero Inverted (NRZI)Bipolar -AMIPseudoternaryManchesterDifferential ManchesterB8ZSHDB3
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 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), teganganpositif konstan bagi satu (1)Lebih sering dipakai, tegangan negatif untuknilai satu dan positif untuk nilai nolIni adalah NRZ-L
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 10
Nonreturn to Zero Inverted
Nonreturn to zero inverted on onesPulsa tegangan konstan selama durasi bitData di-encode sebagaimana ada atau tidaknyatransisi sinyal di permulaan waktu bitTransisi (dari rendah ke tinggi atau tinggi kerendah) dicatat sebagai biner 1Tidak ada transisi dicatat sebagai biner 0Sebuah contoh dari differential encoding
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 11
NRZ
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 12
Differential Encoding
Data direpresentasikan oleh perubahan daripadalevel-levelnyaDeteksi transisi lebih dapat diandalkan daripadalevelDidalam layout-layout transmisi yang kompleksadalah mudah untuk kehilangan indera polaritas
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 13
NRZ pros dan cons
ProsMudah bagi engineerPenggunaan bandwidth yang baik
ConsKomponen dcLemahnya kemampuan sinkronisasi
Digunakan untuk perekaman magnetikTidak sering digunakan untuk transmisi sinyal
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 14
Multilevel Binary
Memakai lebih dari dua levelBipolar-AMI
Nol diwakili oleh tidak ada jalur sinyalSatu diwakili oleh pulsa positif atau negatifPulsa-pulsa satu bergantian didalam polaritasTidak kehilangan sinkronisasi jika terdapat pita yang panjang dari satu (nol-nol masih menjadi masalah)Tidak bersih dari komponen dcBandwidth lebih rendahMudah dalam mendeteksi kesalahan
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 15
Pseudoternary
Satu diwakili oleh ketiadaan jalur sinyalNol diwakili oleh pergantian positif dan negatifTidak ada keuntungan dan kerugian melewatibipolar-AMI
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 16
Trade Off for Multilevel Binary
Tidak seefisien NRZSetiap elemen sinyal hanya mewakili satu bitDidalam sistem level 3 bisa mewakili log23 = 1.58 bitsReceiver harus bisa membedakan diantara ketiga level (+A, -A, 0)Membutuhkan sekitar 3dB lebih besar dari daya sinyaluntuk probablilitas kesalahan bit yang sama
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 17
Biphase
ManchesterTransition in middle of each bit periodTransition serves as clock and dataLow to high represents oneHigh to low represents zeroUsed by IEEE 802.3
Differential ManchesterMidbit transition is clocking onlyTransition at start of a bit period represents zeroNo transition at start of a bit period represents oneNote: this is a differential encoding schemeUsed by IEEE 802.5
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 18
Biphase Pros dan Cons
ConAt least one transition per bit time and possibly twoMaximum modulation rate is twice NRZRequires more bandwidth
ProsSynchronization on mid bit transition (self clocking)No dc componentError detection⌧Absence of expected transition
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 19
Modulation Rate
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 20
Scrambling
Use scrambling to replace sequences that would produce constant voltageFilling sequence
Must produce enough transitions to syncMust be recognized by receiver and replace with originalSame length as original
No dc componentNo long sequences of zero level line signalNo reduction in data rateError detection capability
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 21
B8ZS
Bipolar With 8 Zeros SubstitutionBased on bipolar-AMIIf octet of all zeros and last voltage pulse preceding was positive encode as 000+-0-+If octet of all zeros and last voltage pulse preceding was negative encode as 000-+0+-Causes two violations of AMI codeUnlikely to occur as a result of noiseReceiver detects and interprets as octet of all zeros
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 22
HDB3
High Density Bipolar 3 ZerosBased on bipolar-AMIString of four zeros replaced with one or two pulses
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 23
B8ZS and HDB3
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 24
Digital Data, Analog Signal
Public telephone system300Hz to 3400HzUse modem (modulator-demodulator)
Amplitude shift keying (ASK)Frequency shift keying (FSK)Phase shift keying (PK)
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 25
Teknik-teknik Modulasi
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 26
Amplitude Shift Keying
Values represented by different amplitudes of carrierUsually, one amplitude is zero
i.e. presence and absence of carrier is used
Susceptible to sudden gain changesInefficientUp to 1200bps on voice grade linesUsed over optical fiber
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 27
Frequency Shift Keying
Values represented by different frequencies (near carrier)Less susceptible to error than ASKUp to 1200bps on voice grade linesHigh frequency radioEven higher frequency on LANs using co-ax
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 28
FSK on Voice Grade Line
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 29
Phase Shift Keying
Phase of carrier signal is shifted to represent dataDifferential PSK
Phase shifted relative to previous transmission rather than some reference signal
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 30
Quadrature PSK
More efficient use by each signal element representing more than one bit
e.g. shifts of π/2 (90o)Each element represents two bitsCan use 8 phase angles and have more than one amplitude9600bps modem use 12 angles , four of which have two amplitudes
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 31
Performance of Digital to Analog Modulation Schemes
BandwidthASK and PSK bandwidth directly related to bit rateFSK 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 32
Analog Data, Digital Signal
DigitizationConversion of analog data into digital dataDigital data can then be transmitted using NRZ-LDigital data can then be transmitted using code other than NRZ-LDigital data can then be converted to analog signalAnalog to digital conversion done using a codecPulse code modulationDelta modulation
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 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 4000HzRequire 8000 sample per secondAnalog samples (Pulse Amplitude Modulation, PAM)Each sample assigned digital value
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 34
Pulse Code Modulation(PCM) (2)
4 bit system gives 16 levelsQuantized
Quantizing error or noiseApproximations mean it is impossible to recover original exactly
8 bit sample gives 256 levelsQuality comparable with analog transmission8000 samples per second of 8 bits each gives 64kbps
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 35
Nonlinear Encoding
Quantization levels not evenly spacedReduces overall signal distortionCan also be done by companding
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 36
Delta Modulation
Analog input is approximated by a staircase functionMove up or down one level (δ) at each sample intervalBinary behavior
Function moves up or down at each sample interval
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 37
Contoh- Modulasi Delta
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 38
Delta Modulation - Operation
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 39
Delta Modulation - Performance
Good voice reproduction PCM - 128 levels (7 bit)Voice bandwidth 4khzShould be 8000 x 7 = 56kbps for PCM
Data compression can improve on thise.g. Interframe coding techniques for video
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 40
Analog Data, Analog Signals
Why modulate analog signals?Higher frequency can give more efficient transmissionPermits frequency division multiplexing (chapter 8)
Types of modulationAmplitudeFrequencyPhase
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 41
Modulasi Analog
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 42
Spread Spectrum
Analog or digital dataAnalog signalSpread data over wide bandwidthMakes jamming and interception harderFrequency hoping
Signal broadcast over seemingly random series of frequencies
Direct SequenceEach bit is represented by multiple bits in transmitted signalChipping code
Bab 5 Data Encoding Sistem Komunikasi Data 43
Required Reading
Stallings chapter 5