Dasar Teori Transmisi Data

Informasi atau data dapat ditransmisikan melalui kabel dengan memanfaatkan sifat-sifat fisika, seperti tegangan atau arus listrik. Dengan menggunakan nilai tegangan atau arus sebagai fungsi waktu f(t), kita dapat membuat model tingkah laku sinyal dan menganalisisnya secara matematis. Di bagian ini kita akan membahas tentang apa itu informasi, data, sinyal dan cara menganalisisnya.

1. 1. Informasi

Informasi adalah segala sesuatu yang dibutuhkan untuk membentuk pemahaman manusia yang diperlukan dalam bertindak. Manusia berbicara, berjalan, beraktivitas didasarkan pada pemahamannya. Sementara pemahaman dibentuk dari serangkaian informasi yang diperolehnya.

Mengapa Teknologi Informasi atau IT (Information Technology) begitu populer saat ini? Jawabannya karena informasi itu sendiri yang sangat penting bagi manusia. Bayangkan jika Anda mengetahui informasi arus lalu lintas sebelum pergi kerja atau kuliah. Bayangkan jika kita tahu informasi akan terjadi badai Tsunami jauh hari sebelumnya. Bayangkan jika kita tahu informasi soal-soal yang akan keluar dalam ujian esok hari. Ya, informasi sangat penting buat kita.

1. 2. Data

Data adalah bentuk mentah dari informasi. Tidak semua data bisa menjadi informasi, tetapi semua informasi pasti membutuhkan data. Hubungan data dan informasi dapat digambarkan seperti piramida berikut:

Dalam sistem digital, data berbentuk urutan bit 0 dan 1. Karena manusia hanya dapat memahami data dalam bentuk angka, huruf , suara dan gambar, maka dibuatlah konversi dari data yang difahami manusia ke data yang difahami komputer atau perangkat digital lainnya. Sebagai contoh, huruf “b” dalam bentuk digital adalah 01100010 jika menggunakan konversi ASCII.

Untuk memperdalam tentang metode konversi dibutuhkan pembahasan khusus, yang mana kita tidak akan membahasnya di sini. Dalam mata kuliah ini, kita menganggap data sudah dalam bentuk digital, yaitu sederetan bit 0 dan 1.

1. 3. Sinyal

Sinyal adalah besaran dalam fungsi waktu, f(t). Besaran yang dimaksud bisa berupa tegangan listrik, cahaya atau gelombang elektromagnetik. Tergantung dari media transmisi yang digunakan.

Agar data dapat ditransmisikan dalam media transmisi, maka data tersebut harus diubah terlebih dahulu dalam bentuk sinyal.

Ada dua macam sinyal, yaitu:

• Sinyal digital, yaitu sinyal dengan nilai diskrit.

Ukuran kecepatan simbol dinyatakan dengan bitrate, dalam satuanbps, yaitu jumlah bit dalam satu detik.

Contoh: bit 10110100 dalam bentuk sinyal digital adalah seperti berikut:

Gambar 2.2  Sinyal Digital

• Sinyal analog, yaitu sinyal dengan nilai kontinyu.

Contoh:

Gambar 2.3 Sinyal Analog

1.  
1. Bit dan Simbol

Bit adalah nilai digital, 0 dan 1.

Bit stream adalah deretan bit yang dikirim, contoh: 10110100.

Simbol adalah modulasi bit dalam sinyal analog.

2.2      MODULASI

Modulasi adalah proses konversi sinyal digital ke sinyal analog. Alatnya bernama modulator. Demodulasi adalah proses konversi sinyal analog ke sinyal digital. Alatnya bernama demodulator. Modem adalah alat yang mampu melakukan modulasi dan demodulasi secara bergantian.

Modulasi diperlukan untuk meningkatkan lebar pita sinyal sehingga cukup tahan terhadap gangguan selama pentransmisian.

Ada beberapa macam teknik modulasi, diantaranya adalah:

• Amplitude Modulation (AM)

a(t) = a₀ untuk bit 0, dan a₁ untuk bit 1

Contoh: Data 10110100 dengan bit rate = 1 bps, f = 4 Hz, a₀ = 1 dan a₁=4

Gambar 2.4 Amplitude Modulation (AM)

Demodulasi AM dilakukan dengan mengukur tegangan sinyal tiap simbol interval lalu membandingkannya dengan nilai ambang (threshold) untuk menentukan apakah bit 0 atau 1.

• Frequency Modulation (FM)

a(t) = a, konstan

f(t) = f₀ untuk bit 0 dan f₁ untuk bit 1

Contoh: Bit stream 10110100, bit rate = 1 bps, a = 1, f₀ = 3 Hz, f₁ = 4 Hz

Gambar 2.5 Frequency Modulation (FM)

Demodulasi FM dilakukan dengan menggunakan dua buah filter masing-masing dengan frekuensi cut off f₀ dan f₁. Sinyal akan lolos dari filter apabila frekuensi sinyal sesuai dengan frekuensi cutoff filter. Jika sinyal lolos dari filter pertama (frekuensi cut off f₀) maka dinyatakan sebagai bit 0, sebaliknya adalah bit 1.

• Differential Phase Shift Keying (DPSK)

Amplituda dan frekuensi bernilai konstan, namun phase berubah menyesuaikan bit.

Contoh: Bit stream 10110100, bit rate = 1 bps, a = 1, f = 2 Hz.

Gambar 2.6 Differential Phase Shift Keying (DPSK)

Demodulasi DPSK dilakukan dengan menggunakan perangkan PLL (Phase Locked Loop) . PLL menggunakan referensi sinyal sinusoidal pembawa, lalu mendeteksi phase sinyal yang diterima, jika phase-nya sama dengan referensi, maka dianggap bit 0, jika sebaliknya maka bit 1.

2.3      ANALISIS SINYAL DENGAN TRANSFORMASI FOURIER

Terkadang tingkah laku dari sinyal sulit untuk dianalisa jika menggunakan domain waktu. Untuk itu dibutuhkan analisis sinyal dalam bentuk lain, misalnya adalah frekuensi. Dan inilah yang akan kita bahas pada bagian ini.

Pada awal abad ke-19, seorang ahli matematika Prancis, Jean Baptiste Fourier telah membuktikan bahwa sebuah fungsi periodik, g(t), dengan periode T dapat dibentuk dengan menjumlahkan harga-harga (mungkin sampai tak terhingga) sinus dan cosinusnya:

Dimana: f=1/T adalah frekuensi dasar dan a dan b adalah amplitudo sinus dan cosinus harmonik ke-n.

Karena sinus dan cosinus hanya berbeda dalam phase, maka persamaan di atas dapat ditulis ulang menjadi:

dimana:

f = frekuensi dasar atau frekuensi fundamental

j = angka harmonik

a_j = amplituda dari komponen frekuensi ke-j

Φ_j = phase dari komponen frekuensi ke-j

a₀ = amplituda dari komponen frekuensi 0 Hz, atau disebut komponen DC.

Persamaan ini disebut deret Fourier. Dari deret Fourier, fungsi dapat diturunkan; yaitu, bila periode T diketahui dan amplituda ditentukan, maka fungsi asal waktu dapat diketahui dengan membentuk penjumlahan.

Dengan menggunakan deret Fourier, sinyal dapat direpresentasikan dalam dua cara:

• Representasi dalam domain waktu, g(t) sebagai fungsi waktu.
• Representasi dalam domain frekuensi, amplituda a dan phase Φ sebagai fungsi frekuensi. Representasi domain frekuensi ini disebut juga sebagai spektrum sinyal.

2.4      LEBAR PITA (BANDWIDTH)

Ukuran lain yang penting dalam komunikasi data adalah lebar pita atau bandwidth. Lebar pita sebuah sinyal adalah area frekuensi dimana seluruh daya sinyal terkonsentrasi. Biasanya dibuat nilai ambang tertentu, dimana daya sinyal masih terkategori maksimal. Nilai ambang ini disebut Cut Off, yang nilainya  dari daya maksimum. Frekuensi pada nilai cut off disebut frekuensi cut off.

Perhatikan gambar berikut:

Gambar 2.7 Lebar Pita (Bandwidth)

Frekuensi cut off berada di f₁ = 7 KHz dan  f₂ =14 KHz. Ini berarti lebar pitanya = 7 Khz yaitu f₂ – f₁.

Selain sinyal, media transmisi (seperti kabel telpon, koaksial dan lain-lain) juga memiliki lebar pita tertentu. Ini mengandung arti bahwa sinyal yang bisa dialirkan melalui media transmisi tersebut harus berada dalam area bandwidth media transmisi. Jika tidak, maka sinyal akan rusak.

Sebagai ilustrasi, kabel telpon memiliki lebar pita dari 300 Hz sampai 3400 Hz. Sementara sinyal digital memiliki lebar pita yang sangat rendah, yaitu sekitar 0 Hz. Oleh karena itu untuk mentransmisikan sinyal digital lewat kabel telpon, Anda harus memodulasinya menggunakan Modem agar lebar pitanya menyesuaikan lebar pita kabel telpon. Di sinilah pentingnya modulasi dan demodulasi.

2.5      MEDIA TRANSMISI

Transmisi dari sebuah sinyal membutuhkan media transmisi tertentu. Umumnya media ini berbentuk kabel, namun pada aplikasi tertentu dapat berupa gelombang radio, microwave ataupun cahaya. Pada bagian ini akan dipaparkan beberapa media transmisi yang paling sering digunakan.

1. 1. Dua Kabel Terbuka (Two Wire Open Lines)

Ini merupakan media transmisi yang paling sederhana. Dua buah kabel yang terisolasi dibiarkan terbuka tanpa selubung. Kemampuan transmisinya sampai 50 meter dengan kecepatan bit yang rendah, yaitu sekitar 19,2 Kbps.

Gambar 2.8 Dua Kabel Terbuka

Karena keterbatasan jarak dan bitrate, media transmisi ini jarang digunakan untuk menghubungkan antar DTE. Dua kabel terbuka biasanya digunakan untuk menghubungan DTE ke perangkat DCE (Data Circuit terminating Equipment), seperti modem.

Keterbatasan jarak dan bitrate ini disebabkan oleh pengaruh gelombang elektromagnetik yang ditimbulkan satu kabel ke kabel lain. Fenomena ini dikenal dengan istilah crosstalk. Semakin panjang kabel, maka pengaruh crosstalk semakin parah. Oleh karena itu penggunakan kabel terbuka semacam ini hanya baik untuk jarak pendek.

1. 2. Twisted Pair

Untuk mengurangi efek crosstalk, maka kabel yang pararel seperti di atas dibuat terpilin (twisted). Jenis media transmisi seperti ini disebut Twisted Pair. Pengaruh dari pilinan ini menjadikan kabel twisted pair mampu digunakan sampai jarak 100 meter dan bitrate 10 Mbps.

Ada dua macam kabel twisted pair, yaitu Unshielded Twisted Pair (UTP) dan Shielded Twisted Pair (STP). Bedanya adalah kalau STP menggunakan selubung di luarnya, sementara UTP dibiarkan terbuka.

3. Kabel Koaksial (Coaxial Cable)

Faktor utama yang membatasi kabel twisted pair adalah kapasitas dan fenomena yang dikenal dengan skin effect. Semakin tinggi bit rate (juga frekuensi) sinyal yang ditransmisikan, arus listrik hanya mengalir di bagian luar dari permukaan kabel, karenanya media transmisi tidak digunakan secara optimal. Akibatnya kapasitas media pun menurun. Ini seperti pipa air yang tersumbat, yang menyebabkan air yang keluar menjadi kecil.

Untuk aplikasi yang membutuhkan kecepatan bit rate lebih dari 1 Mbps, dibutuhkan media transmisi yang kebal terhadap skin effect ini. Di sinilah kabel koaksial mampu melakukannya.

Kabel coaxial terdiri dari kawat tembaga keras sebagai intinya, dikelilingi oleh suatu bahan isolasi. Bahan isolasi ini dibungkus oleh konduktor silindris, yang sering kali berbentuk jalinan anyaman. Konduktor luar ditutup dalam sarung plastik protektif.

Kabel koaksial mampu melayani kecepatan bit rate sampai 2 Giga bps untuk jarak 1 km. Kabel yang lebih panjang pun sebenarnya bisa digunakan, akan tetapi hanya akan mencapai bit rate yang lebih rendah.

Gambar 2.10 Kabel Coaxial

1. 4. Serat Optik (Fibre Optic)

Tiga media transmisi sebelumnya menggunakan arus listrik sebagai sinyal yang ditransmisikan. Sekarang, telah dikembangkan media transmisi yang menggunakan cahaya sebagai sinyalnya. Media tersebut dikenal dengan serat optik atau fibre optic.

Sistem transmisi optik memiliki tiga komponen: sumber cahaya, media transmisi dan detektor. Secara konvensional, pulsa cahaya menyatakan bit 1, sementara bila tidak ada cahaya berarti bit 0. Media transmisi berbentuk lempengan kaca dengan daya pantul maksimum yang berbentuk sangat halus. Sementara detektor digunakan untuk mengalirkan arus listrik manakala cahaya jatuh kepadanya.

Terdapat dua sumber cahaya yang dapat digunakan pada serat optik, yaitu LED (Light Emitting Diode) dan laser semikonduktor. Serat optik mampu mentransmisikan data sampai beberapa Gbps dengan jarak sampai 30 km.

Gambar 2.11 Kabel Fiber Optic

1. 5. Satelit

Sampai sini kita baru membicarakan media transmisi dalam bentuk kabel, baik menggunakan sinyal dalam bentuk arus listrik maupun cahaya. Namun, data juga dapat ditransmisikan melalui media tanpa kabel atau nirkabel (wireless). Salah satunya adalah melalui gelombang elektromagnetik. Teknologi satelit merupakan salah satu perangkat yang menggunakan gelombang elektromagnetik ini dalam bentuk gelombang microwave.

Gelombang microwave dipancarkan dari bumi melalui stasiun bumi, kemudian ditangkap oleh satelit melalui penampang yang bernamatransponder. Lalu oleh satelit ditransmisikan ulang ke stasiun bumi yang lain. Jadi, satelit hanya berfungsi sebagai kurir dari data yang dikirim antar stasiun bumi. Oleh karenanya kita mengkategorikan satelit sebagai salah satu media transmisi.

Sebuah satelit memiliki lebih dari satu transponder, masing-masing melayani untuk pita frekuensi tertentu yang digunakan oleh pengguna/klien tertentu. Lebar pita satelit standar bisa sampai 500 Mhz dan mampu melayani data dengan bit rate tinggi melalu teknik yang disebut multiplexing.

Gambar 2.12 Satelit

1. 6. Gelombang Radio

Gelombang radio dengan frekuensi rendah juga bisa digunakan sebagai media transmisi. Ini biasanya digunakan untuk daerah yang sulit menggunakan kabel, seperti daerah gedung perkantoran atau pedesaan yang antara satu DTE dengan DTE lain terhalang sungai dan gunung.

Untuk area yang cukup luas digunakan perangkat bernama base station untuk membantu menghubungkan antar DTE. Cara penggunaan gelombang radio untuk komunikasi data seperti ini yang digunakan oleh telpon selular.

sumber : http://10110058.blog.unikom.ac.id/transmisi-data.4e4