Teknik Encoding, Pendeteksi Error dan Automatic Repeat Request

1. TEKNIK ENCODING

Modulasi adalah proses encoding sumber data dalam suatu sinyal carrier dengan frekuensi fc.
Macam - macam teknik encoding :
• Data digital, sinyal digital
• Data analog, sinyal digital
• Data digital, sinyal analog
• Data analog, sinyal analog

Data Digital, Sinyal Digital
Sinyal digital adalah sinyal diskrit dengan pulsa tegangan diskontinyu. Tiap pulsa adalah elemen sinyal data biner diubah menjadi elemen - elemen sinyal.
Spektrum sinyal : disain sinyal yang bagus harus mengkonsentrasikan kekuatan transmisinya pada daerah tengah dari bandwidth transmisi; untuk mengatasi distorsi dalam penerimaan sinyal digunakan disain kode yang sesuai dengan bentuk dari spektrum sinyal transmisi.

Elemen sinyal adalah tiap pulsa dari sinyal digital. Data binary ditransmisikan dengan meng-encoder-kan tiap bit data menjadi elemen-elemen sinyal.
Ketentuan :
• Unipolar: Semua elemen-elemen sinyal dalam bentuk yang sama yaitu positif semua atau negatif semua.
• Polar :adalah elemen-elemen sinyal dimana salah satu state logic dinyatakan oleh level tegangan positif dan sebaliknya oleh tegangan negatif
• Rating Data : Rating data transmisi data dalam bit per secon
• Durasi atau panjang suatu bit: Waktu yang dibutuhkan pemancar untuk memancarkan bit
• Rating modulasi
• Rating dimana level sinyal berubah
• Diukur dalam bentuk baud=elemen-elemen sinyal per detik
• Tanda dan ruang
• Biner 1 dan biner 0 berturut-turut
• Modulation rate adalah kecepatan dimana level sinyal berubah, dinyatakan dalam bauds atau elemen sinyal per detik.
• Istilah mark dan space menyatakan digit binary '1' dan '0'.

Tugas-tugas receiver dalam mengartikan sinyal-sinyal digital:
• receiver harus mengetahui timing dari tiap bit
• receiver harus menentukan apakah level sinyal dalam posisi bit high(1) atau low(0).
Tugas-tugas ini dilaksanakan dengan men-sampling tiap posisi bit pada tengah-tengah interval dan membandingkan nilainya dengan threshold.

Faktor yang menentukan sukses dari receiver dalam mengartikan sinyal yang datang :
• Data rate (kecepatan data) : peningkatan data rate akan meningkatkan bit error
rate (kecepatan error dari bit).
• S/N : peningkatan S/N akan menurunkan bit error rate.
• Bandwidth : peningkatan bandwidth dapat meningkatkan data rate.

Lima faktor yang perlu dinilai atau dibandingkan dari berbagai teknik komunikasi :
• Spektrum sinyal : disain sinyal yang bagus harus mengkonsentrasikan kekuatan transmisinya pada daerah tengah dari bandwidth transmisi; untuk mengatasi distorsi dalam penerimaan sinyal digunakan disain kode yang sesuai dengan bentuk dari spektrum sinyal transmisi.
• Clocking : menentukan awal dan akhir dari tiap posisi bit dengan mekanisme synchronisasi yang berdasarkan pada sinyal transmisi.
• Deteksi error : dibentuk dalam skema fisik encoding sinyal.
• Interferensi sinyal dan Kekebalan terhadap noise
• Biaya dan kesulitan : semakin tinggi kecepatan pensinyalan untuk memenuhi data rate yang ada, semakin besar biayanya.
Perlu diketahui
• Waktu bit saat mulai dan berakhirnya
• Level sinyal

Faktor-faktor penerjemahan sinyal yang sukses
• Perbandingan sinyal dengan noise(gangguan)
• Rating data
• Bandwidth
 

Perbandingan Pola-Pola Encoding
• Spektrum sinyal
 

Kekurangan pada frekuensi tinggi mengurangi bandwidth yang dibutuhkan. Kekurangan pada komponen dc menyebabkan kopling ac melalui trafo menimbulkan isolasi Pusatkan kekuatan sinyal di tengah bandwidth
• Clocking
• Sinkronisasi transmiter dan receiver
• Clock eksternal
• Mekanisme sinkronisasi berdasarkan sinyal
• Pendeteksian error
• Dapat dibangun untuk encoding sinyal
• Interferensi sinyal dan kekebalan terhadap noise
• Beberapa code lebih baik daripada yang lain
• Harga dan Kerumitan
• Rating sinyal yang lebih tinggi(seperti kecepatan data) menyebabkan harga semakin tinggi
• Beberapa code membutuhkan rating sinyal lebih tinggi
 

Pola –Pola encoding
• Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L)
• Nonreturn to Zero Inverted (NRZI)
• Bipolar-AMI
• Pseudoternary
• Manchester
• Differential Manchester
• B8ZS
• HDB3

Skema Encoding

1. Non return to zero level (NRZ-L)

• Yaitu suatu kode dimana tegangan negatif dipakai untuk mewakili suatu binary dan tegangan positif untuk binary lainnya (dua perbedaan tegangan untuk bit-0 dan bit-1.
• Tegangan konstan selama interval bit ; tidak ada transisi untuk kembali ke tegangan nol, misalnya.
• Penerapan : tegangan konstan positif untuk ‘1’ dan tidak ada tegangan untuk ‘0’, atau tegangan negatif untuk nilai ‘1’ dan positif untyuk nilai yang lain.

2. Non return to zero inverted (NRZ-I) 

• Yaitu suatu kode dimana suatu transisi (low ke high atau high ke low) pada awal suatu bit time akan dikenal sebagai binary ‘1’ untuk bit time tersebut. ; tidak ada transisi berarti binary ‘0’, sehingga NRZI merupakan salah satu contoh dari deferensial encoding. Keuntungannya : lebih kebal noise, tidak dipengaruhi oleh level tegangan.

Kelemahan NRZ-L dan NRZ-I :

1. Keterbatasan dalam komponen dc.
2. Kemampuan sinkronisasi yang buruk.

3. Bipolar with 8-zeros substitution (B8ZS)
Bipolar with 8-zeros substitution (B8ZS) Suatu kode yang :

• 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- +.
• 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

4. High density bipolar 3-zeros (HDB3)

Suatu kode yang menggantikan string-string dari 4 nol dengan rangkaian yang mengandung satu atau dua pulsa yang disebut kode violation. Jika violation yang terakhir positif maka violation ini pasti negatif dan sebaliknya.

2. PENDETEKSI ERROR

1. 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.

2. 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 :

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.

3. 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.