TRANSMISI DATA TEKNIK INFORMATIKA

1.1 Konsep dan Terminologi

Kesuksesan transmisi data tergantung pada dua faktor, yaitu :

- Noise sinyal yang ditransmisikan

- Karakteristik media transmisi

Terminologi Transmisi

Transmisi data terjadi di antara transmitter dan receiver melalui beberapa media transmisi. Media transmisi dapat digolongkan sebagai guided atau unguided. Pada kedua hal itu, komunikasi berada dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Dengan guided media, gelombang dikendalikan sepanjang jalur fisik; contoh‑contoh guided media adalah twisted pair, coaxial cabel, serta fiber optik. Unguided media menyediakan alat untuk mentransmisikan gelombang‑gelombang elektromagnetik namun tidak mengendalikannya; contohnya adalah perambatan (propagation) di udara, dan laut.

Istilah hubungan langsung dipergunakan untuk menunjuk pada jalur transmisi di antara dua perangkat di mana sinyal dirambatkan secara langsung dari transmitter menuju receiver tanpa melalui peralatan perantara, berbeda dengan amplifier atau repeater yang dipergunakan untuk meningkatkan kekuatan sinyal. Patut dicatat bahwa istilah ini dapat diterapkan untuk media guided dan unguided.

Media transmisi guided adalah ujung ke ujung bila ia menyediakan suatu hubungan langsung di antara dua perangkat dan membagi media yang lama. Pada sebuah bentuk multipoint guided, lebih dari dua perangkat membagi media yang sama. Sebagai contoh, pada gambar 1.3, hubungan di antara dua simpul switching pada bagian yang lebih tinggi gambar tersebut adalah hubungan ujung ke ujung; hubungan yang menghubungkan workstation di atas LAN pada bagian gambar yang lebih rendah adalah hubungan multipoint.

Sebuah transmisi dapat berupa simplex, half duplex, atau full duplex. Pada transmisi simplex, sinyal ditransmisikan hanya pada satu direction (arah); Satu station sebagai transmitter dan lainnya sebagai receiver. Pada operasi half‑duplex, kedua station dapat mentransmisikan, namun hanya satu station pada saat yang sama. Sedangkan pada operasi full duplex, kedua station bisa mentransmisikan secara bersamaan.

Frekuensi, Spektrum, dan Bandwidth

Kita akan memfokuskan pada sinyal‑sinyal elektromagnetik, yang dipergunakan sebagai alat untuk mentransmisikan data. Pada poin 3 dalam gambar 1.2, sebuah sinyal digerakkan melalui sebuah transmitter clan ditransmisikan melalui suatu media.

Sinyal merupakan suatu fungsi waktu, namun juga dapat diekspresikan sebagai suatu fungsi frekuensi; di mana, sinyal terdiri dari komponen‑komponen frekuensi yang berbeda. Pandangan frequency‑domain dari suatu sinyal lebih penting bagi suatu pemahaman mengenai transmisi data dibanding pandangan time‑domain‑nya.

Konsep Time‑Domain

Bila dipandang sebagai suatu fungsi waktu, sebuah sinyal elektromagnetik dapat berupa sinyal kontinyu atau discrete.

Sinyal kontinyu adalah sinyal di mana intensitasnya berubah‑ubah dalam bentuk halus sepanjang waktu. Dengan kata lain, tidak ada sinyal yang terputus atau diskontinyu.

Sedangkan sinyal discrete adalah sinyal di mana intensitasnya mempertahankan level yang konstan selama beberapa periode waktu dan kemudian berubah ke level konstan yang lain. Contoh masing‑masing jenis sinyal. Sinyal kontinyu dapat menggambarkan percakapan, dan sinyal discrete menggambarkan biner 1 dan 0.

Sinyal pendek yang paling sederhana adalah sinyal periodik, di mana pola sinyal yang sama berulang sediap waktu. Contoh sinyal kontinu periodik (gelombang sinus) clan sinyal discrete periodik (gelombang persegi). Secara matematik, sebuah sinyal s(t) ditentukan sebagai periodik bila dan hanya bila

s(t+T) = s(t) ‑ ∞ < t < + ∞

Related:Pengenalan Manajemen Proyek

Di mana T konstan adalah periode sinyal (T merupakan nilai terendah yang memenuhi persamaan). Sebaliknya, sebuah sinyal adalah aperiodik

Sinyal kontinyu dan diskrit

Gelombang sinus adalah sinyal periodik yang fundamental. Suatu gelombang sinus umum dapat digambarkan oleh tiga parameter: amplitudo tertinggi (A), frekuensi (f), dan fase (f).

Puncak amplitudo adalah nilai tertinggi atau kekuatan sinyal setiap waktu; biasanya, nilai ini diukur dalam volt. Frekuensi adalah rate (dalam putaran per detik, atau Hertz [Hz]) di mana sinyal berulang-ulang. Parameter yang ekuivalen adalah periode (T) suatu sinyal, merupakan jumlah waktu yang diambil untuk satu pengulangan.; jadi, T=1 /f. Fase adalah ukuran posisi relatif dalam satu waktu di dalam satu periode sinyal, seperti yang digambarkan nanti. Lebih formalnya, untuk suatu periodik signal f(t), fase merupakan sebagian kecil t/P dari periode P di mana t punya hubungan relatif yang kuat dengan asal. Asal biasanya diambil dari bagian sebelumnya melalui titik nol dari arah negatif ke arah positif.

Gelombang sinus umum bisa dituliskan sebagai berikut :

S(t) = A sin (2pft+f)

Sinyal Periodik

Gambar tersebut menunjukkan efek dari keberagaman masing-masing dari tiga parameter. Di bagian (a) dari gambar tersebut, frekuensinya 1 Hz; sedangkan periodenya adalah T=1 detik. Bagian (b) memiliki frekuensi clan fase yang sama, namun amplitudonya sebesar'.h. Pada bagian (c), kita memiliki f=2, yang ekuivalen dengan T ='h. Terakhir bagian (d) menunjukkan efek perubahan fase dari n/4 radian, di mana 45 derajat (2n radian=360°=1 periode)

S(t) = A sin (2pft+f)

Pada Gambar 3.3, sumbu horisontalnya adalah waktu; grafik yang menunjukkan nilai suatu sinyal pada titik tertentu dan dalam jarak tertentu sebagai suatu fungsi waktu.

Grafik-grafik yang sama ini, dengan suatu perubahan skala, dapat digambarkan dengan sumbu horisontal dalam jangka waktu tertentu.

Dalam hal ini, grafik yang menunjukkan nilai sebuah sinyal pada titik tertentu pada titik tertentu sebagai fungsi jarak. Sebagai contoh, untuk suatu sinusoidal transmission (katakanlah jarak suatu gelombang radio elektromagnetik dari antena radio, atau jarak dari loudspeaker), dalam waktu tertentu, intensitas sinyal bervariasi dalam jalan sinusoidal sebagai fungsi jarak dari sumber.

Terdapat dua keterkaitan sederhana di antara dua gelombang sinus, satu dalam hal waktu dan lainnya dalam hal jarak.

Menentukan panjang gelombang (wavelength), l, dari suatu sinyal saat jarak ditempati oleh suatu putaran tunggal atau, menggunakan cara lain, jarak di antara dua titik dari fase yang berhubungan dari dua putaran yang berurutan Anggap saja sinyal bergerak dengan kecepatan (velocity) v. Kemudian wavelength yang dihubungkan dengan periode sebagai: l = v T. Ekuivalen dengan, lf = v. Yang paling relevan dengan pembahasan dalam buku ini adalah pada kasus dimana v=c, kecepatan sinar dalam ruang kosong, kira-kira sebesar 3 x 10⁸m/s

Konsep Frequency-Domain

Pada kenyataannya, sebuah sinyal elektromagnetik dibentuk dari beberapa frekuensi Sebagai contoh,sinyal

s(t) (4/p) x (sin(2pft) + (1/3) sin(2p (3f)t))

Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar selanjutnya Komponen-komponen sinyal itu adalah gelombang sinus dengan frekuensi f dan 3f.; bagian (a) dan (b) dari gambar tersebut menunjukkan komponen-komponen terpisah. Ada dua poin menarik yang dapat disimpulkan dari gambar ini:

Komponen-komponen frekuensi (T=1/f) Tambahan

Frekuensi kedua adalah suatu penggandaan dari frekuensi pertama. Bila semua komponen frekuensi dari sebuah sinyal adalah penggandaan dari satu frekuensi frekuensi berikutnya ditunjukkan sebagai fundamental frekuensi.

Periode sinyal keseluruhan setara dengan periode fundamental frekuensi. Periode dari komponen sin (2pft) adalah T = 1/f, dan periode dari s(t) juga T, sebagaimana yang dapat dilihat dalam Gambar 3.4c.

Dapat ditunjukkan, dengan menggunakan suatu disiplin ilmu yang disebut sebagai analisis Fourier, bahwa apapun sinyal yang dibentuk dari komponen‑komponen pada berbagai frekuensi, masing‑masing komponen itu disebut sinusoid. Hasil ini sangat penting, karena efek dari beragam media transmisi pada suatu sinyal dapat diekspresikan ke dalam istilah frekuensi.

Jadi dapat kita katakan bahwa untuk setiap sinyal, terdapat fungsi time‑domain s(t) yang menentukan amplitudo sinyal pada setiap waktu tertentu. Hampir sama dengan itu, terdapat suatu fungsi frekuensi‑domain S(f) yang menentukan amplitudo puncak dari frekuensi sinyal yang konsisten.

Gambar tersebut menunjukkan fungsi frekuensi‑domain untuk sinyal dalam Gambar tersebut. Perlu dicatat bahwa dalam hal ini, S(f) berurutan.

Frekuensi Domain Representation

Gambar tersebut menunjukkan fungsi frekuensi‑domain untuk suatu pulsa kwadrat tunggal yang memiliki nilai 1 di antara‑X/2 clan X/2, dan 0 dimana‑mana patut dicatat bahwa dalam hal ini S(f) bersifat terus menerus dan bahwa tidak ada nilai non zero untuk jangka waktu tidak terbatas, meskipun magnitude komponen‑komponen frekuensi dengan cepat menjadi lebih kecil untuk f yang lebih besar. Karakteristik‑karakteristik ini umum terjadi pada sinyal nyata.

Spektrum sebuah sinyal adalah rentang frekuensi di mana spektrum berada. Untuk sinyal pada Gambar ini, spektrum memanjang mulai dari f ke 3f. Bandwidth mutlak dari suatu sinyal adalah lebar spektrum. Dalam kasus seperti dalam Gambar ini, bandwidthnya adalah 2f. Beberapa sinyal, seperti yang ada dalam Gambar ini, memiliki bandwidth yang tidak terbatas. Bagaimanapun juga, sebagian besar energi dalam sinyal ditahan ke dalam band sempit dari f frekuensi secara relatif. Band ini ditunjukkan sebagai effective bandwidth atau bandwidth saja.

Istilah final untuk menemukannya adalah dc component. Bila sebuah sinyal mencakup sebuah komponen zero frequency, komponen tersebut merupakan suatu direct current (dc) atau komponen konstan. Sebagai contoh, Gambar ini menunjukkan hasil penambahan suatu dc componen ke sinyal dalam gambar ini. Tanpa dc componen, sebuah sinyal memiliki amplitudo rata‑rata sebesar nol, sebagaimana yang dilihat dalam domain waktu. Dengan suatu dc componen, sinyal memiliki frequency term pada f=0 dan amplitudo rata‑rata bukan nol.

Sinyal dengan komponen

Hubungan antara Data Rate dan Bandwidth

Telah kita katakan bahwa bandwidth yang efektif adalah band di mana sebagian besar energi sinyal terkonsentrasi di dalamnya. Istilah sebagian besar dalam konteks ini sedikit berubah‑ubah. Hal terpenting disini adalah, meskipun bentuk gelombang tertentu berisi frekuensi sepanjang jarak yang sangat panjang sebagaimana hal‑hal praktis yang berkaitan dengan berbagai sistem transmisi (transmitter plus media plus receiver) yang dipergunakan akan mampu untuk mengakomodasikan hanya satu frekuensi band terbatas. Hal ini, sebaliknya, membatasi data rate yang dapat dibawa sepanjang media transmisi.

Agar dapat menjelaskan hubungan ini, amati gelombang persegi (square wave) dari Gambar sebelumnya Anggap saja kita membiarkan pulsa positif mewakili biner 1 dan pulsa negatif mewakili biner 0. Kemudian bentuk gelombang mewakili deretan biner1010 .... Durasi masing-masing pulsa sebesar 1/2f; jadi data rate‑nya sebesar 2f bit per detik (bps).

Apa komponen-komponen frekuensi dari sinyal ini ? Untuk menjawab pertanyaan ini, amati lagi Gambar sebelumnya. Dengan bersama‑sama menambahkan gelombang sinus pada frekuensi f dan 3f, kita memperoleh bentuk gelombang yang mulai menyerupai gelombang square yang asli. Mari kita melanjutkan proses ini dengan menambahkan suatu gelombang sinus frekuensi 7f, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar sebelumnya. Saat kita menambahkan multipel ganjil tambahan (additional odd multiple), skala yang sesuai, bentuk gelombang yang dihasilkan semakin mendekati gelombang persegi Tentu saja, dapat pula ditunjukkan bahwa komponen‑komponen frekuensi dari gelombang persegi dengan amplitudo A dan‑ A dapat dinyatakan sebagai berikut:

Jadi, bentuk gelombang ini memiliki komponen‑komponen frekuensi yang tidak terbatas dan oleh karena itu bandwidth yang tidak terbatas. Bagaimanapun juga, puncak amplitudo dari komponen frekuensi kth, kf, hanyalah 1/k, jadi begitu banyak dari energi didalam bentuk gelombang ini pada sebagian kecil dari komponen‑komponen frekuensi yang pertama. Apa yang terjadi bila kita membatasi bandwidth hanya sampai tiga komponen frekuensi yang pertama saja? Kita bisa melihat jawabannya pada Gambar 3.7a. Dan sebagaimana yang dapat kita lihat bentuk dari bentuk gelombang yang dihasilkan mendekati bentuk gelombang persegi yang asli.

Kita dapat menggunakan Gambar sebelumnya untuk menggambarkan hubungan antara data rate dan bandwidth,. Anggap saja kita menggunakan suatu sistem transmisi digital yang cukup mampu untuk dapat mentransmisikan sinyal‑sinyal dengan bandwidth sebesar 4 MHz. Mari kita berusaha mentransmisikan sebuah rangkaian bolak‑balik 1s dan 0s seperti gelombang persegi. Berapa data rate yang bisa dicapai? Kita melihat pada tiga kasus.

Kasus I. Mari kita memperkirakan gelombang persegi dengan bentuk gelombang dari gambar sebelumnya Meskipun bentuk gelombang ini merupakan suatu bentuk gelombang yang menyimpang, cukup dekat dengan gelombang persegi di mana sebuah receiver harus mampu untuk membedakan antara sebuah biner 0 dan biner 1. Bila kita membiarkan f =10⁶ siklus/detik=1 MHz. Maka bandwidth sinyalnya adalah (5 x 10⁶) ‑10⁶= 4MHz

Patut dicatat bahwa untuk f =1 MHz, maka periode frekuensi dasarnya adalah T=1 / 10⁶ = 10⁶= 1 ms. Bila kita memperlakukan bentuk gelombang ini sebagai suatu bit string sebesar 1 dan 0, comical satu bit setiap 0.5 ms, untuk suatu data rate sebesar 2 x 10⁶=2 Mbps. Jadi,untuk suatu bandwidth sebesar 4 MHz, diperoleh data rate sebesar 2 Mbps.

Kasus II. Sekarang anggap saja kita memilih bandwidth sebesar 5 MHz. Kita lihat lagi pada gambar 3.7a, namun sekarang dengan f=2 MHz. Menggunakan garis pemikiran yang sama seperti sebelumnya, bandwidth sinyal‑nya adalah (5 x 2 x 106) ‑ (2 x 106)= 8 MHZ. Namun dalam hal ini T=1/f=0.5 ms. Sebagai hasilnya, muncul satu bit setiap 0.25 ms untuk data rate sebesar 4 Mbps. Jadi, hal‑hal lainnya menjadi setara, dengan menggandakan bandwidth kita menggandakan data rate yang mungkin diperoleh.

Kasus III. Sekarang anggap saja, bentuk gelombang dalam Gambar 3.4c dianggap cukup memadai untuk memperkirakan suatu gelombang persegi. Yaitu, perbedaan antara sebuah pulsa positif dengan pulsa negatif dalam gambar 3.4c benar‑benar berbeda maka bentuk gelombang akan dapat dipergunakan untuk menggambarkan rangkaian 1 dan 0. Diasumsikan seperti dalam Kasus II bahwa f = 2 MHz dan T = 1/ f = 0.25 ms, sehingga muncul satu bit setiap 0.25 untuk suatu data rate sebesar 4 Mbps. Dengan menggunakan bentuk gelombang pada gambar 3.4c, bandwidth sinyal‑nya adalah (3 x 2 x 10⁶) ‑ (2 x 10⁶) = 4 MHZ . Jadi, suatu bandwidth tertentu dapat mendukung berbagai data rate tergantung pada kemampuan receiver untuk melihat perbedaan diantara 0 dan 1 pada derau dan gangguan yang ada.