Data Encoding

Data Encoding / Pengkodean Data

Dalam menyalurkan data baik antar komputer yang sama pembuatannya maupun dengan komputeer yang lain pembuatannya, data tersebut harus dimengerti oleh pihak pengirim maupun penerima. Untuk mencapai hal itu, data harus diubah bentuknya dalam bentuk khusus yaitu sandi untuk komunikasi data.

 Coding :

Penggambaran dari satu set simbol menjadi set simbol yang lain.

Sistem sandi yang umum dipakai :

a. ASCII (American Standard Code for Information Interchange)

Paling banyak digunakan, Merupakan sandi 7 bit, Terdapat 128 macam simbol yang dapat diberi sandi ini, Untuk transmisi asinkron terdiri dari 10 atau 11 bit yaitu : 1 bit awal, 7 bit data, 1 bit paritas, 1 atau 2 bit akhir

b. Sandi Baudot Code (CCITT Alfabet No. 2 / Telex Code)

Terdiri dari 5 bit, Terdapat 32 macam simbol, Digunakan 2 sandi khusus sehingga semua abjad dan angka dapat diberi sandi yaitu :

LETTERS (11111)

FIGURES (11011)

Tiap karakter terdiri dari : 1 bit awal, 5 bit data dan 1,42 bit akhir

c. Sandi 4 atau 8

Sandi dari IBM dengan kombinasi yang diperbolehkan adalah 4 buah “1” dan 4 buah “0”, Terdapat 70 karakter yang dapat diberi sandi, Transmisi asinkron membutuhkan bit, yaitu :   1 bit awal, 8 bit data dan 1 bit akhir.

d. BCD (Binary Coded Decimal)

Sandi 6 bit, Terdapat 64 kombinasi sandi, Transmisi asinkron membutuhkan 9 bit, yaitu : 1 bit awal, 6 bit data, 1 bit paritas dan 1 bit akhir.

e. EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code)

Sandi 8 bit untuk 256 karakter, Transmisi asinkron membutuhkan 11 bit, yaitu : 1 bit awal, 8 bit data, 1 bit paritas dan 1 bit akhir.

Pengelompokan Karakter

Pada komunikasi data informasi yang dipertukarkan terdiri dari 2 grup (baik ASCII maupun EBCDIC), yaitu :

- karakter data

- karakter kendali, digunakan untuk mengendalikan transmisi data, bentuk (format data), hubungan naluri data dan fungsi fisik terminal.

ASCII

Baudot Code

BCD

KARAKTER KENDALI

dibedakan atas :

a. Transmisi Control

Mengendalikan data pada saluran, terdiri atas :

•       SOH : Start Of Header

Digunakan sebagai karakter pertama yang menunjukkan bahwa karakteer berikutnya adalah header

•       STX : Start of Text

Digunakan untuk mengakhiri header dan menunjukkan awal dari informasi / text

•       ETX : End of Text

Digunakan untuk mengakhiri text

•       EOT : End Of Transmision

Untuk menyatakan bahwa transmisi dari text baik satu atau lebih telah berakhir

•       ENQ : Enquiry

Untuk meminta agar remote station tanggapan

•       ACK : Acknowledge

Untuk memberikan tanggapan positif ke pengirim dari penerima

•       NAK : Negatif Akcnowkedge

Merupakan tanggapan negatif dari penerima ke pengirim

•       SYN : Synchronous

Digunakan untuk transmisi sinkron dalam menjaga atau memperoleh sinkronisasi antar peralatan terminal

•       ETB : End of Transmision Block

Digunakan untuk menyatakan akhir dari blok data yang ditransmisikan, bila data dipecah menjadi beberapa blok

•       DLE : Data Link Escape

Mengubah arti karakter berikutnya, digunakan untuk lebih mengendalikan transmisi data.

Catatan : Header dapat berisi informasi tentang terminal, misalnya alamat, prioritas, tanggal. Tidak semua sistem menggunakan ETX sehingga dalam text harus ada informasi yang digunakan untuk merangkai berita.

b. Format Effectors

Digunakan untuk mengendalikan tata letak fisik informasi pada printout / tampilan layar

•       BS (Back Space), menyebabkan kursor / print head mundur satu posisi.

•       HT (Horizontal Tabulation), maju ke posisi yang telah ditentukan

•       LF (Line Feed), maju satu baris / spasi

•       VT (Vertical Tabulation, maju beberapa baris / spasi

•       FF (Form Feed), maju 1 halaman (halaman baru)

•       CR (Carriage Return), print head / kursor menuju ke awal baris

c. Device Control

Digunakan untuk mengendalikan peralatan tambahan dari terminal

d. Information Separators

Digunakan untuk mengelompokkan data secara logis. Umumnya ditentukan :

•       US (Unit Separators), tiap unit informasi dipisahkan oleh US

•       RS (Record Separator), tiap record terdiri atas beberapa unit dan dipisahkan oleh RS

•       GS (Group Separator), beberapa record membentuk suatu grup dan dipisahkan oleh GS

•       FS (File Separator),beberapa grup membentuk sebuah file yang dipisahkan oleh FS

Komunikasi data menggunakan sinyal digital.Kelemahan : jarak tempuh pendek akibat pengaruh redaman/derau yang terjadi pada media transmisi. Pengiriman sinyal analog : jarak tempuh jauh.

Masalah : bagaimana menggunakan tehnik sinyal analog untuk pengiriman sinyal digital. Sinyal digital mengenal dua keadaan (biner), maka digunakan tehnik  modulasi. Dengan  tehnik  modulasi sinyal  digital  dapat diubah menjadi  sinyal analog untuk dikirimkan dan setelah diterima diubah  kembali menjadi sinyal digital.

Demodulasi : tehnik mengubah  digital menjadi analog. Gelombang pembawa  sinyal  ini  disebut carrier dan berbentuk sinusoidal.

Terdapat 3 jenis modulasi untuk mengkonversi signal binary ke dalam bentuk yang cocok melalui PSTN, yaitu amplitude, frequency and phase.

Teknik modulasi merupakan dasar dari frequency domain :

Modulasi adalah proses encoding sumber data dalam suatu sinyal carrier dengan frekuensi f_c.

1. Amplitudo

Adalah besarnya (tinggi rendahnya) tegangan dari sinyal analog

2. Frequency

Adalah jumlah gelombang sinyal analog dalam waktu 1 detik

3. Phase

Adalah besarnya sudut dari sinyal analog pada saat tertentu

4 KOMBINASI MODULASI

1. Data Digital, Sinyal Digital

Secara umum peralatan untuk mengkode data digital menjadi sinyal digital adalah sedikit lebih komplek dan lebih mahal daripada peralatan modulator digital ke analog

b. Data Analog, Sinyal Digital

Yang diijinkan adalah menggunakan transmisi digital modern dan peralatan sakelar

c. Data Digital, Sinyal Analog

Beberapa media transmisi seperti serat optik / software yang hanya merambatkan sinyal analog

d. Data Analog, Sinyal Analog

Ditransmisikan sebagai baseband yang mudah dan murah. Penggunaan modulasi untuk menggeser bandwidth dari sinyal baseband ke porsi lainnya dari spektrum

Data Digital, Sinyal Digital

Elemen sinyal adalah tiap pulsa dari sinyal digital.Data binari / digital ditransmisikan dengan mengkodekan bit-bit data ke dalam elemen-elemen sinyal.

Contoh :               bit binari 0 untuk level tegangan rendah

                                                bit binari 1 untuk level tegangan tinggi

kecepatan data signalling dalam bps (bit per detik)

Sinyal unipolar adalah semua elemen sinyal yang mempunyai tanda yang sama, yaitu positif semua atau negatif semua. Sedangkan sinyal polar adalah elemen sinyal dimana salah satu logic statenya diwakili oleh level tegangan positif dan yang lainnya oleh level tegangan negatif.

Durasi = panjang bit (1/R) adalah jumlah waktu yang dibutuhkan oleh transmiter untuk mengirimkan bit dengan kecepatan R

Kecepatan modulasi : kecepatan perubahan level sinyal dalam satuan baud (besaran eleman sinyal perdetik)

v  Mark menunjukkan binari 1, dan

v  Space menunjukkan binari 0 

Faktor kesuksesan penerima dalam mengartikan sinyal yang datang :

1. Ratio signal to noise (S/N) : peningkatan S/N akan menurunkan bit error rate
2. Kecepatan data / data rate : peningkatan data rate akan meningkatkan bit error rate (kecepatan error dari bit)
3. Bandwidth : peningkatan bandwidth dapat meningkatkan data rate.

Hubungan ketiga faktor tersebut adalah :

1. Kecepatan data bertambah, maka kecepatan errorpun bertambah, sehingga memungkinkan bit yang diterima error.
2. Kenaikan S/N mengakibatkan kecepatan error berkurang
3. Lebar bandwidth membesar yang diperbolehkan, kecepatan data akan bertambah

5 faktor evaluasi (faktor-faktor yang mempengaruhi coding) :

1. Spektrum sinyal / signal spektrum

Ketidakadaan komponen frekuensi tinggi berarti diperlukan bandwidth sempit untuk transmisi.

2. Kemampuan sinkronisasi / clocking / signal synchronization capability

Untuk menghitung posisi start dan stop dari tiap posisi bit dengan mekanisme sinkronisasi.

3. Kemampuan mendeteksi error / signal error detecting capability

Kemampuan error detection dapat diberikan secara sederhana dengan pengkodean natural.

4. Tahan terhadap gangguan / signal interference and noise immunity

Digambarkan oleh kecepatan bit error.

5. Biaya dan kompleksitas / cost and complexity

Semakin tinggi kecepatan pensinyalan untuk memenuhi data rate yang ada, semakin besar biayanya.

TEKNIK Data Digital, Sinyal Digital 

1. Non-Return to Zero / NRZ

Level tegangannya tetap selama interval bit tidak ada transisi.

a. NRZ-L (NRZ-Level)

Kode yang digunakan untuk menghasilkan dan menginterprestasikan data digital oleh terminal pemproses data / peralatan lainnya dan jika kode yang digunakan untuk transmisi berbeda. (tetap seperti data awal)

b. NRZ-M (NRZ-Mark)

Keuntungan transmisi dengan kode defferensial, dimana sinyal dikodekan dengan membandingkan polaritas elemen sinyal yang berdekatan dari harga absolut sinyal.

Keuntungannya : mudah dalam mendeteksi transisi noise

                Bit = 1 jika transisi pada awal pulsa clock

                Bit = 0 jika tidak ada transisi / perubahan

c. NRZ-S (NRZ-Space)

Sama dengan NRZ-M, tapi bedanya :

                Bit = 1 jika tidak ada transisi / perubahan              

   Bit = 0 jika transisi pada awal pulsa clock

2. Return to Zero / RZ

v  Untuk melihat perbedaan antara kecepatan data dan kecepatan modulasi

v  Bit rate / kecepatan bit = 1/ tb, dan kecepatan maksimal modulasi = 2 / tb

v  Ukuran minimal elemen signal adalah pulsa untuk binari 1 besarnya ½ panjang interval bit

v  Kecepatan maksimum modulasi = 2 / t_B

v  Tidak memberikan perbaikan terhadap teknik NRZ, bandwidth sinyal besar

v  Bit = 1, pulsa berada pada awal ½ interval

v  Bit = 0, tidak ada pulsa

3. Delay Modulation (Miller-Codding)

v  Ada 1 transisi per 2 waktu bit dan pernah lebih dari 1 transisi per bit

v  Bit = 1, transisi di tengah interval

v  Bit = 0, tidak ada transisi jika diikuti 1, dan transisi pada akhir interval jika diikuti 0

4. Biphase

Ø  Diharapkan untuk mengatasi kerugian teknik pengkodean NRZ dan RZ

Ø  Sekurang-kurangnya memerlukan 1 transisi waktu bit dan sebanyak-banyaknya 2 transisi, sehingga kecepatan maksimumnya 2 x NRZ

Ø  Keuntungannya adalah :

1. Synchronization, karena transisi dapat diramalkan selama masing-masing waktu bit sehingga penerima dapat sinkron dalam transisi tersebut.
2. No-DC-Component, tidak mempunyai komponen DC, sehingga menghasilkan keuntungan untuk mendeteksi error.
3. Error Detection, ketidak adaan transisi diharapkan dapat dipakai untuk mendeteksi error.

Ø  Jenis-jenis Biphase :

1. Biphase-L (biphase-level / manchester)

v  Bit = 1, transisi dari high ke low di tengah interval

v  Bit = 0, transisi dari low ke high di tengah interval

b. Biphase-M

v  Selalu terjadi transisi di awal interval

v  Bit = 1, transisi di tengah interval

v  Bit = 0, tidak ada transisi di tengah interval

c. Biphase-S

v  Selalu terjadi transisi di awal interval

v  Bit = 1, tidak ada transisi di tengah interval

v  Bit = 0, transisi di tengah interval

d. Differensial Manchester

v  Selalu terjadi transisi di tengah interval

v  Bit = 1, tidak ada transisi di awal interval

v  Bit = 0, transisi di awal interval

5. Bipolar / Multilevel Binary

v  Menggunakan lebih dari 2 level sinyal

v  Mempunyai pusat bandwidth pada ½ kecepatan bit

v  Keuntungannya : tidak ada komponen DC / kemampuan sikronisasi yang baik dan pemakaian bandwidth yang lebih kecil, dapat menampung bit informasi lebih.

v  Kerugiannya : diperlukan receiver yang mampu membedakan 3 level (+A, -A, 0) sehingga membutuhkan lebih dari 3 dB kekuatan sinyal dibandingkan NRZ untuk probabilitas bit error yang sama.

v  Bit = 1, pulsa   pada   tengah  bit   interval  awal  dan mempunyai polaritas

v  Bit = 0, tidak ada pulsa

v  Memberikan beberapa error detection capability jika 1 harus mempunyai tanda berlawanan

Contoh Data Digital, Sinyal Digital

v  Catatan : bandwidth paling kecil yaitu delay modulation, dan terbesar yaitu biphase

Data Digital, Sinyal Analog

®     Yang paling populer yaitu jaringan telepon umum. Device yang dipakai adalah modem (modulator dan demodulator) yang mengubah data digital ke sinyal analog (modulator) dan sebaliknya mengubah sinyal analog ke data digital (demodulator).

®     Karena operasi modulasi meliputi 1atau lebih dari 3 sifat sinyal pembawa yaitu amplitudo, frequency, phase, dimana sinyal yang dihasilkan menempati pusat bandwidth pada frequency pembawa

1. ASK = Amplitudo Shift Keying

©       2 bilangan binary digambarkan oleh 2 perbedaan amplitudo dari frequency pembawa

©       Dapat menerima perubahan perbesaran secara tiba-tiba dan teknik modulasinya kurang efisien

©       Dalam jalur voice grade adalah digunakan hanya untuk diatas 1200 bps

©       Data = 1, level high

                s(t) = A cos (2pf_ct) + q_c

©       Data = 0, level low

                s(t) = 0

b. FSK = Frequency Shift Keying

©       Harga 2 binary digambarkan oleh 2 perbedaan frequency mendekati frequency pembawa

©       Sangat mudah membuat kesalahan dibanding ASK

©       Dalam jalur voice grade adalah digunakan hanya sampai dengan 1200 bps

©       Dipakai untuk frequency tinggi pada jaringan locak dengan kabel coaxial

©       Data = 1, frequency f₁

                s(t) = A cos (2pf₁t) + q_c

©       Data = 0, frequency f₂

                s(t) = A cos (2pf₂t) + q_c

c. PSK = Phase Shift Keying

©       Harga 2 binary digambarkan oleh 2 perbedaan phase dari frequency pembawa yang digeser untuk menggambarkan data

©       Data = 1, phase = 180⁰

                s(t) = A cos (2pf_ct) + q_c

©       Data = 0, phase = 0⁰

                s(t) = A cos (2pf₀t)

. QPSK = Quardrature Phase Shift Keying

©       Metode yang lebih komplek dalam sistem pengiriman

©       Memakai pergeseran phase perkalian 90⁰

©       Tiap urutan 2 bit dinyatakan dengan phase yang berbeda

©       Tujuannya agar pengiriman data lebih cepat dan penggunaan bandwidth medianya lebih efisien

©       Data 11, s(t) = A cos (2pf_ct) +  45⁰

©       Data 10, s(t) = A cos (2pf_ct) + 135⁰

©       Data 00, s(t) = A cos (2pf_ct) + 225⁰

©       Data 01, s(t) = A cos (2pf_ct) + 315⁰

Secara umum kecepatan pengiriman data yang termodulasi (D) tergantung pada kecepatan pengiriman data dan banyaknya data yang dikirim secara paralel, sehingga :

                D = R / l = R / log₂ L

Dengan : D          =             kecepatan modulasi

                R             =             kecepatan data

                L              =             jumlah perbedaan elemen-elemen sinyal

                I               =             jumlah bit per-elemen sinyal     

Data Analog, Sinyal Digital

Digitalisasi adalah :

©       Proses transmisi data analog ke dalam sinyal-sinyal data

©       Konversi data analog ke dalam sinyal digital

Beberapa kemungkinan yang dapat terjadi dalam proses digitalisasi adalah :

1. Data digital dapat ditransmisikan menggunakan NRZ-L
2. Data digital dapat di-encode sebagai sinyal digital memakai kode selain NRZ-L
3. Data digital dapat dikonversikan ke dalam sinyal analog dengan menggunakan 1 dari teknik modulasi

Contoh :

Data suara yang berupa data analog akan di-digitalisasi dan dikonversikan ke dalam sinyal analog ASK, maka peralatan yang dipakai untuk konversi data analog ke dalam bentuk digital dalam transmisi dan memperoleh kembali barisan data analog digital diketahui sebagai CODEC (Coder – Decoder)

Teknik CODEC (Coder and Decoder)

1. PCM = Pulse Code Modulation

Berdasarkan teori sampling, apabila sinyal f(t) di sampling pada interval waktu reguler dan kecepatan tertingginya 2 kali atau lebih dari ketinggian frequency sinyal yang mana sample berisikan seluruh informasi sinyal asli, maka fungsi f(t) dibentuk kembali dari sample ini menggunakan low pass filter.

Sinyal original diambil untuk bandlimited dengan bandwidth B, sample diambil pada rate 2B atau setiap 1/2B detik, yang digambarkan sebagai pulsa sempit yang amplitudonya sebanding dengan harga sinyal original. Proses ini dinamakan PAM (Pulse Amplitudo Modulation) yang merupakan langkah pertama dari PCM.

PCM = Pulse Code Modulation

Teknik CODEC (Coder and Decoder)

2. DM = Delta Modulation

©       Data analog fungsinya kurang lebih seperti tangga rumah yang bergerak keatas ke bawah oleh 1 level quantizasi pada masing-masing waktu sampling

©       Sifat terpenting dari fungsi tangga rumah / staircase function adalah binary. Pada masing-masing waktu sampling fungsi gerakan keatas kebawah jumlahnya adalah konstan, maka keluaran proses DM adalah single binary digit untuk masing-masing sample. Pada pokoknya aliran bit dihasilkan dari pendekatan pengurangan amplitudo sinyal analog.

©       Nilai 1 = dihasilkan jika fungsi tangga rumah bergerak keatas selama interval berikutnya

©       Nilai 0 = dihasilkan kebalikannya

©       Sinyal berubah 0,1,0,1 dipakai jika amplitudo konstan

DM = Delta Modulation

Modulasi adalah :

©       Proses kombinasi sinyal masukan m(t) dan sinyal pembawa (carrier) pada frequency f_c untuk menghasilkan sinyal s(t) yang mempunyai bandwidth yang biasanya berpusat pada f_c.

Prinsip teknik modulasi menggunakan data analog adalah :

1. AM = Modulasi Amplitudo

Modulasi ini menggunakan amplitudo sinyal analog untuk membedakan kedua keadaan sinyal digital, dimana frequency dan phasenya tetap, amplitudo yang berubah.

Dengan cara ini, maka keadaan ‘1’ (high) diwakili dengan tegangan yang lebih besar dari ‘0’ (low), misalkan ‘1’ = 5 V dan ‘0’ = 0 V.

AM adalah modulasi yang paling mudah, tetapi mudah juga dipengaruhi oleh keadaan media transmisinya. Variant AM yang populer untuk diketahui adalah SSB (Single Side Band), keuntungannya adalah pengirim hanya memerlukan 1 side band dan membersihkan side band lainnya, dan sinya pembawa. Dan DSBTC (Double Sideband Transmitter  Carrier) dimana menyaring frekuensi carrier dan mengirimkan kedua sideband.

b. FM = Modulasi Frequency

Modulasi ini menggunakan sinyal analog untuk membedakan kedua keadaan sinyal digital, dimana amplitudo dan phasenya tetap, frequency yang berubah. Kecepatan transmisi mencapai 1200 bit persekon. Untuk transmisi data sistem yang umum dipakai FSK

c. PM = Modulasi Phase

Modulasi ini menggunakan perbedaan sudut phase sinyal analog untuk membedakan kedua keadaan sinyal digital, dimana frequency dan amplitudo tetap, phase yang berubah.Cara ini paling baik, tapi paling sukar, biasanya dipergunakan untuk pengiriman data dalam jumlah besar yang banyak dan kecepatan yang tinggi. Bentuk PM yang paling sederhana adalah pergeseran sudut phassa 180 derajat setiap penyaluran bit “0” dan tidak ada pergeseran sudut bila bit “1” disalurkan.

MODEM (Modulasi dan Demodulasi)

Dalam komunikasi data diperlukan alat untuk mengubah sinyal digital dengan proses modulasi dan menerima data yang dikirimkan pada komputer untuk diolah. Alat ini disebut dengan modulator-demodulator (modem).

Modem menerima pulsa biner dari komputer, terminal atau alat lain dan mengubahnya menjadi sinyal analog yang dapat disalurkan melalui saluran  komunikasi.

Hal penting dalam  pemakaian modem :

· Laju transmisi data.

  * kecepatan rendah ( sampai dengan 600 bps )

  * kecepatan menengah ( 1200 s/d 2400 bps )

  * kecepatan tinggi ( 4800 bps keatas )

· Mode komunikasi.

  * simplex

  * half duplex

  * full duplex

· Sinkronisasi.

  Untuk modem berkecepatan rendah dan menengah digunakan transmisi asinkron   sedangkan untuk modem yang berkecepatan tinggi menggunakan transmisi sinkron.   Sinkronisasi baik dengan cara asinkron maupun sinkron perlu memperhatikan :

*             Waktu  yang  menentukan bilamana suatu  bit  dari data diterima (sinkronisasi bit)

*             Bit yang mana dari suatu karakter yang sudah diterima (sinkronisasi karakter)

· Tehnik Modulasi.

3 tehnik modulasi yaitu AM (QAM), FM (FSK) dan PM (PSK).Kecepatan rendah memakai metode FSK.Kecepatan tinggi memakai metode PSK.

· Standar Industri.

  Standard yang digunakan secara internasional dikeluarkan oleh CCITT (Comitee Consultative Internationale de Telegraphique et Telephonique)    antara lain :

  * sampai dengan 300 bps           CCITT V.21  

  * 600 - 1200 bps              CCITT V.23

  * 200 bps                           CCITT V.22

  * 2400 bps                         CCITT V.26, V.26 bis

  * 4800 bps                         CCITT V.27 bis

  * 9600 bps                         CCITT V.29

Pertimbangan tehnik dalam pemilihan modem :

1. Kecepatan transmisi (transmision rate). Sekurang-kurangnya harus dapat melayani volume data yang biasa dikirimkan.
2. Turn-around Time.Waktu yang diperlukan oleh modem untuk merubah fungsinya dari pengirim menjadi penerima atau sebaliknya berkisar antara 20 msec - 200 msec.
3. Error Susceptibility (daya tahan terhadap error).Modulasi PM lebih baik daripada FM untuk kecepatan diatas 4800 bps. Saluran komunikasi harus dibuat sedemikian rupa sehingga error rate    dapat kecil, proses ini disebut line conditioning.
4. Realibility
5. Cost (biaya). Harus sebanding dengan kecepatannya.
6. Maintainability (perawatannya).

Sumber : Materi Kampus