Teknik sinyal encoding, Pendeteksi error, dan Automatic repeat Request (ARQ)

Teknik  sinyal  encoding

Pengertian Sinyal

Sinyal adalah suatu isyarat untuk melanjutkan atau meneruskan suatu kegiatan. Biasanya sinyal ini berbentuk tanda-tanda, lampu-lampu, atau suara-suara. Sinyal dibentuk oleh transmitter dan ditransmisikan melalui media transmisi. Sinyal sangat erat sekali hubungannya dengan fungsi waktu (periodik), tetapi sinyal juga dapat diekspresikan dalam bentuk fungsi frekuensi.

  Modulasi adalah proses perubahan suatu  gelombang periodik sehingga menjasikan suatu sinyal dapat membawa informasi. Sedangkan encoding adalah proses untuk mengubah sinyal ke dalam bentuk yang dioptimasi untuk keperluan komunikasi data dan penyimpanan data.  Kedua hal inilah yang saling mendukung untuk mengubah bentuk sinyal sehingga bisa disalurkan dari pengirim ke penerima. Dalam hal modulasi, komunikasi data ada yang menggunakan sinyal digital. Tetapi komunikasi ini memiliki kelemahan yaitu jarak tempuh yang tidak terlalu besar akibat pengaruh noise berupa redaman yang terjadi pada media transmisi. Sedangkan komunikasi data menggunakan sinyal analog jarak tempuhnya akan menjadi lebih besar.

Dari kedua cara di atas timbullah suatu masalah yaitu bagaimana menggunakan teknik sinyal analog untuk pengiriman sinyal digital.  Sinyal digital hanya mengenal dua keadaan yaitu biner (0 dan 1). Dengan teknik modulasi, sinyal digital dapat diubah menjadi sinyal analog untuk dikirimkan dan setelah samapai ke penerima akan diubah kembali menjadi  sinyal digital.  Ada satu teknik lagi selain teknik modulasi yaitu teknik demodulasi. Teknik demodulasi adalah teknik untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital. Kalau kita berbicara masalah bentuk sinyal/gelombang yang digunakan untuk membawa sinyal analog maka sinyal atau gelombangnya akan berbentuk sinyal/gelombang sinusoidal. Sinyal sinusoidal akan tergantung dari 3 hal, yaitu:

a.  Amplitude

b.  Frekuensi

c.  Fase

Oleh karena itu jenis-jenis modulasi yang digunakan akan  didasarkan ketiga hal

tersebut yaitu:

a.  Amplitude Modulation (AM)

Menggunakan amplitude sinyal analog untuk membedakan kedua keadaan sinyal digital. Frekuensi dan fasenya tetap, yang berubah hanya amplitudonya. Dengan cara ini maka keadaan amplitude “1” (high) sinyal digital  diwakili dengan tegangan yang lebih besar daripada tegangan yang mewakili keadaan “0” (low) sinyal digital.  AM adalah jenis modulasi yang paling mudah dan paling mudah dipengaruhi transmisinya.

b.  Frequency Modulation (FM)

Amplitudo dan fasenya tidak berubah, sedangkan yang berubah hanya frekuensinya saja. Kecepatan transmisi mencapai 1200 bps.  System yang umum digunakan adalah FSK (Frequency Shift Keying).

c.  Phase Modulation (PM) 

Fasenya berubah-ubah sedangkan amplitudo dan  frekuensinya tetap. Digunakan untuk pengiriman data dalam jumlah besar dan dalam kecepatan yang tinggi. Bentuk PM yang paling sederhana adalah pergeseran sudut fase 1800 setiap penyaluran bit “0” dan tidak ada pergeseran sudut  bila bit “1” disalurkan.

Alat yang biasa digunakan adalah modem (modulasi dan demodulasi).

Kombinasi Komunikasi/Teknik Encoding

  Karena adanya perbedaan  sinyal maka timbullah kombinasi komunikasi atau teknik encoding yang digunakan, yaitu:

a.  Data digital,

 sinyal digital Umumnya  peralatan untuk pengkodean data digital menjadi sinyal digital tidak terlalu mahal dan kompleks dibanding peralatan untuk modulasi digital-analog.

b.  Data analog, sinyal digital

Konversi data analog menjadi bentuk digital memungkinkan pengguna transmisi digital modern dan peralatan switching.

c.  Data digital, sinyal analog

Beberapa media transmisi seperti fiber optic dan media bebas serta hanya dapat menampilkan sinyal-sinyal analog.

d.  Data analog, sinyal analog.

Data analog dalam bentuk listrik dapat  ditransmisikan sebagai sinyal dasar dengan mudah dan murah. Satu kegunaan umum dari modulasi adalah untuk mengganti sinyal dasar menjadi bagian lain dari spectrum. Dengan cara ini, bermacam-macam sinyal pada posisi yang berbeda di dalam sebuah spectrum dapat ditransmisikan dalam satu media transmisi yang sama. Dengan adanya penggunaan media transmisi yang sama maka dibutuhkan sebuah proses yaitu multiplexing.

Data Digital, Sinyal Digital

                Elemen sinyal adalah tiap pulsa dari sinyal digital. Data biner ditransmisikan dengan meng-encode-kan tiap bit data menjadi elemen sinyal. Dalam mentransmisikan data digital menggunakan sinyal digital ada dua sinyal yang digunakan, yaitu:

a.  Sinyal unipolar

Semua elemen sinyal yang mempunyai tanda yang sama, yaitu positif semuaatau negatif semua.

b.  Sinyal polar

Elemen-elemen sinyal di mana salah satu logic statenya diwakili oleh level tegangan positif dan yang lainnya oleh tegangan negatif.

Tugas-tugas receiver dalam mengartikan sinyal-sinyal digital antara lain:

a.  Mengetahui timing dari tiap-tiap bit

b.  Menentukan apakah level sinyal dalam posisi bit high (1) atau low (0).

Tugas-tugas  ini dilaksanakan dengan men-sampling (mengambil contoh) tiap posisi bit pada  tengah-tengah interval dan membandingkan nilainya dengan threshold.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kesuksesan receiver dalam mengartikan sinyal yang datang antara lain:

a.  Data rate (kecepatan data)

Peningkatan data rate akan meningkatkan bit error rate (kecepatan error dari bit)

b.  Bandwidth 

Peningkatan bandwidth dapat meningkatkan data rate.

Ada beberapa teknik encoding yang dapat digunakan dalam mengartikan data digital menjadi sinyal digital, yaitu:

a.  Nonreturn to zero level (NRZ)

Suatu kode di mana tegangan  negatif  dipakai untuk mewakili suatu binary dan  tegangan positif dipakai untuk mewakili binary lainnya.

b.  Nonreturn to zero inverted (NRZI)

Suatu kode di mana suatu transisi (low ke high atau high ke low) pada awal suatu bit time akan dikenal sebagai biner 1 untuk bit time tersebut. Tidak ada transisi berarti biner 0. Sehingga NRZI merupakan salah satu contoh dari differensial encoding.

c.  Bipolar-AMI

Suatu kode dimana biner 0 diwakili dengan tidak adanya line sinyal dan biner 1 diwakili oleh suatu pulsa positif atau negatif.

 d.  Pseudoternary

Suatu kode di mana biner 1 diwakili oleh ketiadaan sinyal dan biner 0 diwakili oleh pergantian pulsa-pulsa positif dan negatif.

e.  Manchester

Suatu kode di mana ada suatu transisi pada setengah dari periode tiap bit, transisi low ke high mewakili 1 dan high ke low mewakili 0.

f.  Differential Manchester

Suatu kode di mana biner 0 diwakili oleh adanya transisi di awal periode suatu bit dan biner 1 diwakili oleh ketiadaan transisi di awal periode suatu bit.

g.  B8ZS (Bipolar with 8-Zeros Subtitution)

Suatu kode di mana jika:

1.      Jika terjadi oktaf dari semua nol dan pulsa tegangan terakhir yang mendahului oktaf ini adalah positif, maka 8 nol dari oktaf tersebut di-encode sebagai 000+-0-+.

2.      Jika terjadi oktaf dari semua nol dan pulsa tegangan terakhir yang mendahului oktaf ini adalah negatif, maka 8 nol dari oktaf tersebut di-encode sebagai 000-+0+-.

h.  HDB3 (High Density Bipolar-3 zeros)

Suatu kode di mana kode tersebut menggantikan string-string dari 4 nol dengan rangkaian yang mengandung satu atau dua pulsa atau disebutkode violation, jika violation terakhir positif maka violation ini pasti negatif  dan sebaliknya.  

 

Pendeteksi Error 

Bit Parity    

Deteksi bit error yang paling sederhana parity bit pada akhir tiap word dalam frame. Terdapat dua jenis parity bit ini :

1.Even parity : jumlah dari binary '1' yang genap --> dipakai untuk transmisi asynchronous.

2.Odd parity : jumlah dari binary '1' yang ganjil --> dipakai untuk transmisi synchronous.

Atau menggunakan operasi exclusive-OR dari bit-bit tersebut dimana akan menghasilkan binary '0' untuk even parity dan menghasilkan binary '1' untuk odd parity.

 Catatan :
exclusive-OR dari 2 digit binary adalah 0 bila kedua digitnya adalah 0 atau keduanya = 1; jika digitnya beda maka hasilnya = 1.

Problem dari parity bit :

Impulse noise yang cukup panjang merusak lebih dari satu bit, pada data rate yang tinggi. 

Cyclical Redundancy Check (CRC)

Metode CRC merupakan metode yang dapat menangani deteksi error yang paling baik diantara metode-metode yang telah dibahas sebelumnya. Metode ini pada prinsipnyamenggunakan pembagian bilangan biner dengan CRC checker dan pembagian biner dengan CRC generator. Dalam gambar berikut dijelaskan prinsip CRC secara umum.

Kemampuan dari CRC adalah :

Ø  Dapat mendeteksi semua burst error yang mengakibatkan jumlah bit ganjil Dapat mendeteksi semua burst error yang panjangnya kurang dari atau sama dengan pangkat dari polynomial.endeteksi dengan burst error yang mempunyai  mempunyai pangkat yang lebih besar atau sama dengan pangkat dari polynomia. 

AUTOMATIC REPEAT REQUEST ( ARQ )

ARQ adalah Fasilitas dalam jaringan yang secara otomatis akan meminta kembali pengiriman ulang apabila diketahui ada suatu kesalahan dalam proses transmisi. ARQ akan mengulang / tidak mengulang pengiriman data sesuai dengan feedback dari penerima

Feedback dari penerima :

   ACK = acknowledge data = diterima benar

   NAK = not acknowledge = data diterima salah

Ada 3 versi ARQ yang telah distandarkan:

1.   Stop and wait ARQ

2.   Go back N

3.   Selective-reject  

1.  Stop And Wait ARQ 

Source mengirim single frame dan harus menunggu acknowledgment (ACK).  Error dapat terjadi pada: Frame dideteksi dengan teknik CRC, block sum, dll.

ACK :

 Keuntungan: lebih simple

 Kelemahan: tidak efisien

2. Go Back N ARQ (Idle RQ)

–  Source dapat mengirimkan beberapa frame sekaligus yang diberi nomor.

–  Ketika terjadi error, source harus retransmit frame error dan semua frame setelahnya.

3. Selective Reject ARQ

–  Frame yang di-retransmit hanya yang mendapatkan NAK atau timeout.

PERHITUNGAN CRC DAN ARQ

CRC (Cyclic Redundancy Check)

 Merupakan hasil operasi pembagian biner dengan suatu pembagi tertentu (generator polinomial)

-  Pembagi : Dn Dn-1 …D1

-  Deretan bit : b1 b2 b3 …. bm

-  Operasi :

-  b1 b2 b3…bm)n-1 / Dn…D1 ­ sisa (Rn-1…R1)

-  Dikirim b1 b2 b3…bm Rn-1…R1

 Agar bisa mendeteksi jumlah bit kesalahan ganjil : harus habis dibagi oleh (1 + X) Oleh

penerima dilakukan operasi yang sama :

-  b1 b2 b3…bm Rn-1…R1 / Dn…D1 ­ sisa(rn-1…r1)

-  Data benar jika rn-1…r1 = 0

-  Data salah jika rn-1…r1 ≠ 0

-  Pembagi standar internasional

-  CRC-16 >11000000000000101

-  CRC-ITU >10001000000100001

-  CRC-32 >100000100100000010001110110110111

-  Jika diperlukan pembagi boleh tidak menggunakan standar ini asal memenuhi:

-  Diawali dan diakhiri dengan bit 1 ( 1xxxxxx1)

-  Jumlah minimum bit “1” : 3 bit