TUGAS KONVERSI ANALOG KE DIGITAL

Data Analog, Sinyal Digital

• Digitalisasi
— Konversi dari data analog ke data digital
— Data digital lalu dp ditransmisikan menggunakan NRZ-L
— Data digital dp ditransmisikan menggunakan code lain selain NRZ-L
— Data digital dapat dikonversikan kembali ke sinyal analog
— Konversi analog ke digital dilakukan menggunakan codec
— Pulse code modulation
— Delta modulation




Pulse Code Modulation(PCM) (1)

• Jika suatu sinyal dicuplik (sampling) dg interval regular dg laju lebih besar drpd dua kali frekuensi tertinggi sinyal, sampel-sampel memuat semua informasi dari sinyal original
• Data suara dibatasi di bawah 4000Hz
• Memerlukan 8000 sampel per detik
• Sampel-sampel analog (Pulse Amplitude Modulation, PAM)
• Tiap sampel dialokasikan nilai digital


 Jika sinyal diambil pada interval regular kecepatannya lebih tinggi daripada kedua sinyal frekuensi, sample menahan banyak informasi pada sinyal original – (Proof - Stallings appendix 4A).

Batas data voice(suara) sampai 4000Hz 
Membutuhkan 8000 sample tiap detik 
Sample-sample analog (Pulse Amplitude Modulation, PAM) 
Tiap sample diberikan nilai digital


Pulse Code Modulation(PCM) (2)

• Sistem 4 bit memberikan 16 level
• Kuantisasi
— Error kuantisasi atau noise
— Aproksimasi berarti tdk mungkin utk mendpkan kembali sinyal original secara eksak
• Sampel 8 bit memberikan 256 level
• Kualitas sebanding dg transmisi analog
• 8000 sampel per detik dg masing-masing sampel 8 bit memberikan 64kbps








PCM Example


PCM Block Diagram

Dibatasi frekuensi dibawah 4000 Hz, prosedur lama dapat menjelaskannya, 8000 sampel per detik akan cukup mampu mengkarakteristikkan sinyal suara dengan lengkap. Patut dicatat, bagaimanapun juga, bahwa ini merupakan sampel-sampel analog, yang disebut sebagai sampel Pulsa Amplitudo Modulasi (PCM). Untuk mengubah menjadi digital, masing-masing sampel analog ini harus ditandai dengan suatu kode biner. Gambar 5.10 menunjukkan contoh di mana masing-masing sampel didekati dengan terkuantisasi menjadi satu dari 16 level yang berbeda. Kemudian masing-masing sampel ditunjukkan melalui 4 bit. Namun karena nilai-nilai yang di kuantisasi merupakan perkiraan, tidak mungkin bisa mewakili sinyal yang asli dengan sangat tepat. Dengan menggunakan sampel 8-bit, yang memungkinkan 256 level kuantisasi, mutu sinyal suara yang diwakili mampu dibandingkan dengan sinyal suara yang diperoleh melalui transmisi analog. Patut dicatat bahwa hal ini menyatakan secara tidak langsung bahwa rate data 8000 sampel per detik x 8 bit per sampel = 64 kbps diperlukan untuk sinyal suara tunggal. Jadi, PCM memulai dengan suatu waktu-kontinu, sinyal amplitudo-kontinu (analog), dari mana sinyal digital dihasilkan. Sinyal digital terdiri dari blok-blok n bit, dimana setiap bilangan bit n adalah amplitudo pulsa PCM. Pada penerima, proses ini dibalik agar menghasilkan sinyal analog. ingat, bagaimanapun juga, proses ini melanggar perihal teori pengambilan sampel. Dengan mengkuantisasi pulsa PAM, sinyal yang asli sekarang hanya pendekatannya dan tidak dapat diperbaharui dengan tepat. efek ini dikenal sebagai. Error Terkuantisasi atau Derau kuantisasi. Perbandingan sinyal-terhadap-derau untuk derau kuantisasi dapat dinyatakan sebagai [GIBS93]. 

 

Jadi, masing-masing bit tambahan yang dipergunakan untuk kuantisasi meningkatkan SNR kira-kira 6 dB, yang merupakan faktor 4. Biasanya, skema PCM diperhalus menggunakan teknik yang disebut pengkodean nonlinear, yang artinya bahwa level-level kuantisasi tidak dipergunakan sama. Problem yang didapat bila sinyal diperlakukan sama adalah membuat rata-rata error absolut untuk setiap sampel juga sama, tanpa memperhatikan level sinyal. Akibatnya, nilai-nilai amplitudo yang lebih rendah relatif lebih terdistorsi. Dengan memperbesar jumlah langkah-langkah kuantisasi untuk sinyal-sinyal beramplitudo rendah, serta memperkecil jumlah langkah-langkah kuantisasi untuk sinyal beramplitudo besar, dapat diperoleh pengurangan yang nyata di semua distorsi sinyal. Efek yang sama dapat diperoleh dengan menggunakan kuantisasi yang seragam tetapi juga melakukan Companding (penyingkatan diperluas) dari sinyal analog input. Companding adalah proses mempersingkat rentang intensitas sebuah sinyal dengan penambahan lebih banyak penguat untuk sinyal-sinyal yang lemah dibanding terhadap sinyal yang kuat pada input. Pada output operasi Pembalikan digunakan. Untuk sinyal-sinyal suara, peningkatan sebesar 24 sampai 30 dB diperoleh


Nonlinear Encoding

• Level kuantisasi tidak sama
• Mengurangi keseluruhan distorsi sinyal
• Dapat juga dilakukan dengan companding





Effect dari Non-Linear Coding


Fungsi Companding Tipikal
Delta Modulation

• Input analog diaproksimasikan dg fungsi tangga (staircase function)
• Naik atau turun satu level (d) pd tiap interval sample



Delta Modulation - contoh



Delta Modulation – Operasi

Delta Modulation – Performansi

• Reproduksi suara baik 
— PCM - 128 level (7 bit)
— Voice bandwidth 4khz
— Memerlukan 8000 x 7 = 56kbps utk PCM
• Kompresi data dp memperbaiki ini
— mis. Teknik Interframe coding untuk 

Data Analog, Sinyal Analog

• Mengapa memodulasi sinyal analog?
— Frekuensi lebih tinggi dp memberikan transmisi yg lebih efisien
— Memungkinkan frequency division multiplexing
• Tipe-Tipe modulasi
— Amplitude
— Frequency
— Phase

Modulasi Analog

PENGKODEAN SINYAL

TEKNIK PENGKODEAN SINYAL

Kombinasi Pengkodean

· Digital signaling: sumber data g(t), berupa digital atau analog, dikodekan menjadi sinyal digital x(t) berdasarkan teknik tertentu

· Analog signaling: sinyal input m(t) disebut “modulating signal” dikalikan dengan sinyal pembawa, hasil modulasi berupa sinyal analog s(t) disebut “modulated signal”

Ada 4 kombinasi hubungan data dan sinyal:

• Data digital, sinyal digital perangkat pengkodean data digital menjadisinyal digital lebih sederhana dan murah daripada perangkat modulasi digital-to-analog.

• Data analog, sinyal digital konversi data analog ke bentuk digital memungkinkan penggunaan perangkat transmisi dan switching digital.

• Data digital, sinyal analog beberapa media transmisi hanya bisa merambatkan sinyal analog, misalnya unguided media.

• Data analog, sinyal analog data analog dapat dikirimkan dalam bentuk sinyal baseband, misalnya transmisi suara pada saluran pelanggan PSTN.

Teknik Pengkodean dan Modulasi

Bentuk x(t) bergantung pada teknik pengkodean dan dipilih yang sesuai dengan karakteristik media transmisi Frekuensi sinyal pembawa dipilih yang kompatibel dengan media transmisi.

Data Digital, Sinyal Digital

Sinyal digital merupakan deretan pulsa tegangan diskrit dan diskontinu, tiap pulsa merupakan elemen sinyal.Jika semua elemen sinyal memiliki tanda aljabar yang sama denganc(positif atau negatif), maka sinyal tersebut unipolar Penerima harus mengetahui timing dari setiap bit.

Definisi Format Pengkodean

Format Pengkodean Sinyal Digital

Data Digital, Sinyal Digital

Jika faktor lain konstan, maka pernyataan berikut adalah benar:

• Laju data naik BER (bit error rate/ratio) naik

• SNR naik BER turun

• Bandwidth naik laju data (datarate) naik

Parameter pembanding teknik pengkodean:

• Spektrum sinyal jumlah komponen frekuensi tinggi yang sedikit berarti lebih hemat bandwidth transmisi

• Clocking menyediakan mekanisme sinkronisasi antara source dan destination

• Deteksi kesalahan kemampuan error detection dapat dilakukan secara sederhana oleh skema line coding

• Kekebalan terhadap interferensi sinyal dan derau dinyatakan dalam BER

• Biaya dan kompleksitas semakin tinggi laju pensinyalan atau laju data, semakin besar.

Rapat Spektral

Pengkodean diferensial informasi yang akan dikirim didasarkan atas perbedaan antara simbol data yang berurutan NRZ :

• Mudah direkayasa

• Sebagian besar energi berada antara dc dan 0,5 kali laju bit

• Ada komponen DC,

• kemampuan sinkronisasi buruk

• Biasanya digunakan pada penyimpanan magnetik Multilevel binary

• Kasus bipolar AMI dan pseudoternary

• Tidak ada akumulasi komponen dc

BER Teoritis

Biphase

Kasus Manchester dan differential Manchester

Keunggulan

• Sinkronisasi: penerima dapat melakukan sinkronisasi pada setiap transisi dalam 1 durasi bit

• Tanpa komponen dc

• Deteksi kesalahan: transisi yang tidak terjadi di tengah bit dapat digunakan sebagai indikasi kesalahan

Kelemahan

• Bandwidth lebih besar dibandingkan NRZ dan multilevel binary Kode Manchester digunakan pada standar IEEE 802.3 (CSMA/CD) untuk LAN dengan topologi bus, media transmisi kabel koaksial baseband dan twisted pair Kode differential Manchester digunakan pada IEEE 802.5 (token ring LAN), media transmisi STP

Laju Modulasi

Secara umum D = R/b

• D=laju modulasi,

• R=laju data (bps), b=jumlah bit per elemen sinyal

Tujuan perancangan pengkodean data adalah:

• Tidak ada komponen dc

• Tidak ada urutan bit yang menyebabkan sinyal berada pada level 0 dalam waktu lama

• Tidak mengurangi laju data

• Kemampuan deteksi kesalahan

Unipolar: semua elemen sinyal (pulsa) memiliki tanda yang sama, positif atau negatif

Polar: satu keadaan diwakili oleh level tegangan positif, dan keadaan lain oleh level negatif

Laju Transisi Sinyal

Salah satu cara dalam penentuan laju modulasi adalah dengan mencarib rata-rata jumlah transisi yang terjadi per periode bit. Tabel berikut memberikan contoh laju transisi sinyal dengan kasus

aliran data 1 dan 0 bergantian (101010…)

Data Digital, Sinyal Analog

Contoh: transmisi data digital melalui jaringan telepon publik (PSTN); perangkat digital dihubungkan ke jaringan melalui modem.

Modulasi Digital

Ada 3 teknik pengkodean atau modulasi dasar untuk mengubah data digital menjadi sinyal analog: amplitude shift keying (ASK), frequency shift keying (FSK), dan phase shift keying (PSK)

Kinerja

Rasio datarate terhadap bandwidth transmisi disebut efisiensi bandwidth

• Bandwidth transmisi ASK dan PSK adalah: BT = (1+r)R

• Untuk FSK: BT = 2 F+(1+r)R

• Untuk pensinyalan multilevel: BT = (1+r)R/b

• Bandingkan dengan pensinyalan digital: BT = 0,5(1+r)D

Ingatlah bahwa Eb/No = (S/N).(BT/R)

• BER dapat dikurangi dengan menaikkan Eb/No

Legenda:

• R=bitrate,

• r=faktor roll-off (0<1),>

• F=frekuensi offset=f2-fc=fc-f1,

• b=jumlah bit per elemen sinyal,

• D=laju modulasi

Efisiensi Bandwidth

Rasio datarate terhadap bandwidth transmisi untuk berbagai skema pengkodean digital-to-analog ditunjukkan pada tabel.

Data Analog, Sinyal Digital

Setelah konversi data analog ke data digital, proses selanjutnya adalah salah

satu dari 3 cara berikut:

• Data digital langsung ditransmisikan dalam bentuk NRZ-L

• Data digital dikodekan sebagai sinyal digital dengan menggunakan kode selain NRZ-L

• Data digital dikonversi menjadi sinyal analog, dengan menggunakan teknik modulasi

Teknik dasar yang digunakan dalam codec:

• Pulse code modulation SNR=6,02n+1,76 dB

• Delta modulation implementasi lebih sederhana, karakteristik SNR lebih buruk

Teorema Pencuplikan

Jika x(t) adalah sinyal bandlimited, dengan bandwidth fh,Dan p(t) adalah sinyal pencuplik yang terdiri dari pulsa-pulsa pada interval Ts=1/fs;

Maka xs(t) = x(t)p(t) adalah sinyal tercuplik.

Pulse Code Modulation

Jika data suara dibatasi pada frekuensi di bawah 4000 Hz, maka frekuensi 8000 cuplikan per detik dianggap cukup untuk mewakili sinyal suara. Pada gambar di samping, tiap cuplikan dikuantisasi menjadi 16 level. Kemudian hasil kuantisasi direpresentasikan oleh 4 bit.

Contoh PCM

Perbandingan sinyal terhadap noise untuk derau kuantisasi dapat dinyatakan sebagai SNRdB = 20log2n+1,76 dB

Alasan utama penggunaan teknik digital:

• Tidak ada additive noise dan tidak ada intermodulation noise.

Alasan diperlukannya modulasi analog:

•Transmisi efektif terjadi pada frekuensi tinggi

•Memungkinkan frequency-division multiplexing modolasi amplitude

s(t) = [1+nax(t)]cos(2pfct)

•cos(2pfct) adalah pembawa

•x(t) adalah sinyal masukan

Data Analog, Sinyal Analog

Modulasi sudut

s(t) = Accos[2pfct+f(t)]

• Modulasi fasa: f(t) = npm(t)

• Modulasi frekuensi: f’(t) = nfm(t)

Contoh turunan AM:

Quadrature Amplitude Modulation QAM merupakan teknik pensinyalan analog yang digunakan pada jaringan asymmetric digital subscriber line (ADSL) Sinyal QAM: s(t) = d1(t)cos(2pfct)+d2(t)sin(2pfct).

Spread Spectrum

Teknik ini digunakan untuk mengirimkan data analog atau digital, dengan sinyal analog.

Ide dasarnya adalah penyebaran sinyal informasi dalam bandwidth yang lebih lebar sehingga menyulitkan jamming. Skema dalam penerapan spektral tersebar:

• Frequency hopping sinyal di-broadcast dengan deretan frekuensi radio yang acak, berpindah dari 1 frekuensi ke frekuensi lain pada selang waktu yang sempit

• Direct sequence tiap bit dalam sinyal asli diwakili oleh banyak bit dalam sinyal yang ditransmisikan, disebut sebagai chipping code; contoh: chipping code 10-bit menyebarkan sinyal pada pita frekuensi yang besarnya 10 kali