Komunikasi Data 2. Dasar Transmisi Data Dosen : S. Indriani Lestariningati, M.T

KONSEP DAN ISTILAH-ISTILAH Data ditransmisikan melewati transmitter (pemancar) dan receiver (penerima) dengan melalui medium transmisi. Media transmisi diklasifikasikan sebagai: Media terpandu (guided media): gelombang-gelombang dipandu melewati jalur fisik. Media tak terpandu (unguided media): menyediakan suatu peralatan untuk mentransmisikan gelombang elektromagnetik tetapi tidak memandunya.

Sistem transmisi menurut ANSI: Direct Link : menyatakan arah transmisi antara dua perangkat dimana sinyal disebarkan langsung dari transmiter ke pesawat penerima tanpa perangkat perantara (amplifier atau repeater yang dipakai untuk meningkatkan kekuatan sinyal.) Sistem transmisi menurut ANSI: Simplex, sinyal ditransmisikan dalam satu arah saja. Stasiun yang satu bertindak sebagai pendirim dan yang lainnya sebagai oenerima Half Duplex, kedua stasiun dapat melakukan transmisi tetapi hanya sekali dalam satu waktu. Full Duplex, kedua stasiun dapat melakukan transmisi secara simultan, medium membawa dalam dua arah pada waktu yang sama.

Bandwidth: Semua sistem komunikasi elektronik mengirimkan informasi dengan memancarkan energi elektromagnetik. Energi elektromagnetik ini dapat berjalan sebagai sebuah tegangan atau arus yang melalui dawai sebagaimana emisi radio melintasi udara. Untuk mengirim informasi, sistem komunikasi harus menggunakan spektrum elektromagnetik dalam jumlah atau range tertentu. contoh: musik menggunakan range frekuensi dari 0 sampai 20.000 siklus per detik (cycle per second) atau juga disebut Hertz (Hz)  20kHz. Sebagai konsekuensi nya, untuk mengirim keseluruhan sinyal musik, sistem komunikasi harus mengalokasikan bandwidth paling tidak 20kHz

Carrier: merupakan sinyal tetap dalam sebuah sirkuit yang berada dalam frekuensi tertentu atau dalam range frekuensi tertentu. Hertz (Hz) : merupakan ukuran bandwidth dalam sirkuit analog. Istilah ini diambil dari nama ilmuwan fisika Heinrich Rudolf Hertz, orang yang menemukan gelombang suara. Hertz merupakan jumlah dalam bentuk gelombang elektromagnetik yang ditransmisikan per detik. bps (bit per second): jika satuan bandwidth pada sirkuit analog yang diukur dalam Hertz. Satuan bandwidth sirkuit digital diukur dalam bps. Bps adalah jumlah bit data biner yang dapat ditransmisikan per detik.

Baud : jumlah sinyal yang terjadi per detik dalam sebuah sirkuit analog. Secara umum baud digunakan untuk menjelaskan tingkatan signaling untuk transmisi data modem melalui sirkuit analog, sementara Baud rate : hampir sama dengan Hertz.

TRANSMISI ANALOG DAN DIGITAL Transmisi data dibagi menjadi dua, yaitu transmisi analog dan digital. Sinyal Analog

Sinyal analog adalah sinyal data dalam bentuk gelombang kontinyu, yang membawa informasi dengan mengubah karakteristik gelombang. Dua parameter/ karakteristik terpenting yang dimiliki oleh isyarat analog adalah amplituda dan frekuensi. Isyarat analog biasanya dinyatakan dengan gelombang sinus, mengingat gelombang sinus merupakan dasar untuk semua bentuk isyarat analog. Hal ini didasarkan kenyataan bahwa berdasarkan analisis fourier, suatu sinyal analog dapat diperoleh dari perpaduan sejumlah gelombang sinus. Dengan menggunakan sinyal analog, maka jangkauan transmisi data dapat mencapai jarak yang jauh, tetapi sinyal ini mudah terpengaruh oleh noise.

Gelombang pada sinyal analog yang umumnya berbentuk gelombang sinus memiliki tiga variable dasar, yaitu amplitudo, frekuensi dan phase. Amplitudo merupakan ukuran tinggi rendahnya tegangan dari sinyal analog. Frekuensi adalah jumlah gelombang sinyal analog dalam satuan detik. Phase adalah besar sudut dari sinyal analog pada saat tertentu.

Sinyal Digital Sinyal digital merupakan sinyal data dalam bentuk pulsa yang dapat mengalami perubahan yang tiba-tiba dan mempunyai besaran 0 dan 1

Sinyal digital hanya memiliki dua keadaan, yaitu 0 dan 1, sehingga tidak mudah terpengaruh oleh derau/noise, tetapi transmisi dengan sinyal digital hanya mencapai jarak jangkau pengiriman data yang relatif dekat. Biasanya sinyal ini juga dikenal dengan sinyal diskrit. Sinyal yang mempunyai dua keadaan ini biasa disebut dengan bit.

Transmisi Analog & Digital Rentan terhadap Noise Signal yang diterima diproses dengan diulang dan diamplifikasi. Mudah terjadi crosstalk Bentuk sinyal kontinyu. Kualitas signal diukur dalam satuan S/N (Signal To Noise Ratio) Tahan terhadap Noise Proses regenerasi dilakukan bagi signal yang diterima. Bebas cross talk Bentuk signal diskrit (discrete) Kualitas signal diukur dalam BER (Bit Error Rate)

Elemen Sistem Transmisi Untuk sistem komunikasi dua arah, maka pada arah transmisi yang berlawanan juga diperlukan elemen yang sama

Permasalahan umum sinyal analog dan digital adalah: Atenuasi (Attenuation) : peningkatan atenuasi seiring dengan fungsi frekuensi. Penurunan kekuatan sinyal seiring dengan fungsi jarak. Pengembalian kualitas sinyal dapat dilakukan dengan ada cara yaitu dengan amplifier untuk sinyal analog, dan repeater untuk sinyal digital. Delay distortion terjadi ketika komponen frekuensi yang berbeda berjalan pada kecepatan yang berbeda. Masalah yang mendasar adalah efek noise.

Attenuation (Atenuasi) Apabila sebuah sinyal dilewatkan suatu medium seringkali mengalami berbagai perlakuan dari medium (kanal) yang dilaluinya. Ada satu mekanisme dimana sinyal yang dilewati suatu medium mengalami pelemahan energi yang selanjutnya dikenal dengan atenuasi (pelemahan/ redaman) sinyal. Bentuk diagram blok dari sebuah operasi penurunan sinyal dapat diberikan pada gambar berikut: Sinyal masuk Media transmisi Sinyal keluar

Penguatan maupun penurunan sinyal seringkali dinyatakan dalam desibel , yang didefinisikan sebagai: Contoh: Amplified (3dB) 1 2 Artinya bahwa sinyal diperkuat dua kalinya atau sinyal diperkuat sebesar 3dB

Delay Distortion Terjadi akibat kecepatan sinyal yang melalui medium berbeda-beda sehingga tiba pada penerima dengan waktu yang berbeda. Hal ini merupakan hal yang kritis bagi data digital yang dibentuk dari sinyal-sinyal dengan frekuensi –frekuensi yang berbeda beda sehingga menyebabkan intersymbol interference (ISI) Tidak begitu berpengaruh pada komunikasi voice tapi merugikan pada komunikasi data.

Noise Noise → sinyal tambahan yang tidak diinginkan, sehingga bisa menghasilkan sejumlah retransmission data dan mengakibatkan lambatnya pengiriman (transfer) informasi Penyebab Noise : 1. Electromagnetic interference (EMI) 2. Radio frequency interference (RFI) Signal to noise ratio (SNR) → besarnya rasio/perbandingan antara daya sinyal utama dan daya noise/derau yang mengganggu sinyal utama(untuk mengukur kualitas sinyal yang ditransmisikan). Satuan dalam “decibel(db)”. S/N minimum; - suara : 40 dB - video (TV) : 45 dB - data : ~ 15 dB,tergantung tipe modulasi dan performansi error

Gambar menunjukkan kanal suara analog nominal (300-3400Hz) dengan signal test 1000 Hz. Vertikal : daya sinyal dalam dBm horizontal : frekuensi, 0 – 3400 Hz S/N = 10 dB; dimana level sinyal +15dBm, level noise +5dBm

Jenis-jenis Noise 1. Thermal Noise, Disebabkan oleh agitasi termal electron dalam suatu konduktor. Sering dinyatakan sebagai white noise. Tidak dapat dilenyapkan. Besar thermal noise (dalam watt per 1 Hz Bandwidth) Dapat dinyatakan sebagai: N=k.T.B Dimana: N=noise power density K= konstanta Boltzman = 1.3803 x 10-23 j /˚K T = Temperatur (˚K)

Derau diasumsikan sebagai keleluasaan frekuensi, sehingga derau suhu dalam watt ditampilkan dalam suatu bandwith (B) Hertz dapat dinyatakan sebagai: N=k.T.B atau dalam desibel watt N (dB) = 10 log K + 10 log T + 10 log B 10 log 1,38 x 10 -23 J/⁰K= -228.6 Contoh: sebuah receiver tertentu dengan derau efektif sebesar 100ºK dan Bandwidth 10 MHz, tingkat derau suhu pada output receiver adalah……

2. Intermodulation noise, Disebabkan sinyal pada frekuensi-frekuensi yang berbeda tersebar pada medium transmisi yang sama sehingga menghasilkan sinyal pada suatu frekuensi yang merupakan penjumlahan atau pengalian dari frekuensi-frekuensi asalnya. Misalnya, sinyal frekuensi f1 dan f2 maka akan mengganggu sinyal dengan frekuensi f1+f2 Hal ini timbul karena ketidak-linieran transmitter, receiver atau sistem transmisi.

3. Crosstalk Suatu penghubung antar sinyal yang tidak diinginkan. Dapat terjadi oleh hubungan elektrikal antara kabel yang berdekatan dan dapat pula karena energi dari gelombang mikro. Contoh: Di telepon,terdengar percakapan orang lain Terjadi karena sambungan yang kurang baik atau kabel elektrik yang berdekatan, melalui antenna gelombang elektromagnetik

Crosstalk

Impulse Noise Terdiri dari pulsa-pulsa tak beraturan atau spike noise dengan durasi pendek dan dan amplituda yang relatif tinggi Dihasilkan oleh kilat, kesalahan dan cacat pada sistem komunikasi Noise ini merupakan sumber utama kesalahan dalam komunikasi data digital dan hanya merupakan gangguan kecil bagi data analog.

Keuntungan Transmisi Digital Teknologi digital, murah (LSI, VLSI) Data integrity Jarak lebih panjang melalui saluran kualitas rendah Capacity utilization Ekonomis untuk link dengan bandwidth tinggi Multiplexing untuk derajat yang tinggi lebih mudah pada teknologi digital Security & privacy Encryption Integration Perlakuan sama untuk data analog maupun digital

Kanal Komunikasi (Communication Channel) Kanal komunikasi adalah bagian dari sistem transmisi yang menghubungkan transmitter dengan receiver, yang menurut jenis media-nya terbagi: media fisik (mis. kabel, fiber optik) media non fisik (mis. udara, ruang angkasa) Dalam kanal komunikasi selalu ada gangguan-gangguan yang menyebabkan penyaluran informasi mengalami ketidaksempurnaan yang menyebabkan terjadinya distorsi sinyal Jenis gangguan antara lain : Noise Interferensi Redaman Fading Akibat gangguan Analog: degradasi kualitas sinyal  signal-to-noise ratio (S/N) Digital: bit error

Kapasitas kanal (Channel Capacity) Kapasitas kanal menyatakan kecepatan yang mana data dapat ditransmisikan melalui suatu jalur komunikasi yang diberikan, atau kanal, dibawah kondisi tertentu yang diberikan Kapasitas kanal dibatasi oleh keadaan fisik dari medium transmisi atau dari sumber-sumber lainnya.

dimana: C = kapasitas kanal (bps) Menurut Nyquist: C = 2 W log2 M dimana: C = kapasitas kanal (bps) W = bandwidth dari kanal (Hz) M = jumlah sinyal diskrit atau level tegangan Menurut Claude Shannon C = W log2 (1 + S/N)

Kecepatan data dapat ditingkatkan dengan meningkatkan kekuatan sinyal ataupun bandwidth. Tetapi dengan kekuatan sinyal yang meningkat akan timbul ketidak linieran dalam sistem sehingga meningkatkan intermodulation noise. Disamping itu dengan semakin melebarnya bandwidth maka noise akan semakin mudah untuk masuk ke sistem. Peningkatan W akan menurunkan S/N

Istilah analog dan digital yang dalam komunikasi data dipakai dalam tiga konteks Data, didefinisikan sebagai entitas yang mengandung suatu arti Signaling (pensinyalan), adalah tindakan penyebaran sinyal melalui medium yang sesuai Transmission, adalah komunikasi data dengan penyebaran dan pemrosesan sinyal

Data Data : representasi informasi dalam bentuk formal yang cocok untuk proses komunikasi, interprestasi ataupun proses pada manusia maupun mesin Informasi : arti dari data berdasarkan konvensi

Data Analog Digital Nilai-nilai kontinu didalam beberapa interval Contoh; suara (sound), gambar (video) Digital Nilai-nilai Diskret Contoh; text, integer

Spektrum Akustik (Analog)

Sinyal Data yang dijalarkan/ dipropagasikan/ ditransmisikan Analog Variabel secara kontinu Berbagai media transmisi kawat, serat optik, udara Speech Bandwidth 100Hz sampai 7kHz Telephone Bandwidth 300Hz sampai 3400Hz Video Bandwidth 4MHz Digital Menggunakan dua komponen DC (komponen frekuensi nol)

Sinyal dengan Komponen DC

Data and Sinyal Biasanya menggunakan sinyal digital untuk data digital dan sinyal analog untuk data analog Bisa menggunakan sinyal analog untuk membawa data digital Modem Bisa menggunakan sinyal digital untuk membawa data analog Compact Disc audio

Sinyal Analog membawa Data Analog dan Data Digital

Sinyal Digital membawa Data Analog dan Digital

Data Rate Maksimum dari Sebuah Kanal Transmisi

Symbol Rate (Baud Rate) dan Bandwidth Komunikasi membutuhkan bandwidth transmisi yang memadai untuk mengakomodasi adanya spektrum sinyal; kalau tidak, akan terjadi distorsi

Kenyataan: Setiap kanal komunikasi memiliki bandwidth yang terbatas Semakin tinggi data rate, durasi pulsa digital yang digunakan akan semakin pendek Semakin pendek durasi pulsa, semakin lebar bandwidth yang digunakan Ketika sebuah sinyal berubah-rubah dengan cepat (dari sisi waktu), spektrumnya akan melebar sehingga kita katakan bahwa sinyal itu memiliki bandwidth yang lebar

Ilustrasi Misalnya kita masukan sebuah pulsa digital berdurasi T (T = 1ms) ke dalam suatu kanal yang memiliki sifat seperti lowpass filter ideal dengan bandwidth B Pulsa keluaran yang diharapkan Pulsa keluaran Jika B=2*1/T Pulsa keluaran Jika B=1*1/T Kanal Transmisi dengan Bandwidth B Pulsa keluaran Jika B=(1/2)*1/T Pulsa keluaran Jika B=(1/4)*1/T

Esensi dari ilustrasi Pulsa keluaran akan semakin terdistorsi bila bandwidth kanal transmisi semakin kecil

Ilustrasi lain Andaikan kita kirim beberapa pulsa digital untuk kasus yang paling buruk (bandwidth terkecil) dari yang sudah ditunjukkan pada ilustrasi sebelumnya Kanal Transmisi dengan Bandwidth B = (1/4)*1/T intersymbol interference (ISI) ISI akan menyebabkan kesalahan pendeteksian sinyal di penerima Bit ‘0’ bisa disangka bit ‘1’ dan sebaliknya

Esensi ilustrasi Pengiriman sinyal dengan data rate tinggi harus menggunakan kanal transmisi yang bandwidthnya lebar Supaya efek ISI tidak terasa Bandingkan ilustrasi berikut dengan ilustrasi sebelumnya Kanal Transmisi dengan Bandwidth B = 2*1/T ISI yang terjadi tidak akan menyebabkan kesalahan deteksi

Pada transmisi baseband, suatu sinyal digital yang terdiri dari r symbols per detik memerlukan bandwidth transmisi, B (dalam satuan Hertz), sebesar : B  r/2 Istilah symbol mengacu pada satu sinyal pulsa yang digunakan untuk mentransmisikan data digital Satu symbol belum tentu merepresentasikan 1 bit data Contoh: Pada modulasi QPSK, satu symbol merepresentasikan 2 bit data digital Oleh karena itu jumlah symbol yang dikirimkan per detik dinyatakan di dalam baud (bukan bit rate) Jadi transmisi data dengan kecepatan 1000 baud (symbol/detik) sama dengan bit rate 2000 bit per detik bila menggunakan modulasi QPSK Dengan demikian, bandwidth yang tersedia (dalam satuan hertz) menentukan maximum symbol rate dalam satuan bauds Catatan: B merupakan bandwidth teoritis