Modulasi dan Coding Digital

Dalam dunia transmisi radio sebelum signal baseband dikirim maka dilakukan penambahan-penambahan bit tertentu untuk mengakomodir error correction.

Bayangkan signal baseband sbb:

huruf A dalam ASCII 42 desimal, dalam biner 0010 1010.

Jika 0 identik dengan -5 Volt, dan 1 indentik dengan +5 Volt, maka jika signal baseband ini dikirim akan dalam bentuk sinyal kotak-kotak.

Jika jarak penerima dan pengirim sangat dekat signal baseband ini mungkin tidak akan cacat sampai di penerima. Akan tetapi biasanya tidak demikian adanya. Pengiriman jarak tauh (makanya dinamakan tele-komunikasi, tele = jauh), selalu terjadi gangguan terhadap signal selama di perjalanan.

Maka di-sisipkan lah kode-kode tertentu untuk mengakomodir jika ada bit-bit yang hilang. Nama teknik ini adalah FEC (Forwar Error Correction).

Coding FEC

Yang umum digunakan adalah FEC 1/2, 2/3, 3/4, 5/6.

FEC 1/2 artinya setiap 2 bit mengandung 1 bit informasi 1 bit redundansi (100%)
FEC 2/3 artinya setiap 3 bit mengandung 2 bit informasi 1 bit redundansi (50%)

FEC 3/4 artinya setiap 4 bit mengandung 3 bit informasi 1 bit redundansi (33%)

FEC 5.6 artinya seteiap 6 bit mengandung 5 bit informasi 1 bit redundansi (20%)

Terlihat bahwa FEC 1/2 mengandung 100% redundansi, artinya coding paling handal. Akan tetapi jika menggunakan FEC ini, maka effective throuput terhadap bit informasi akan turun.

Perhatikan tabel diatas. Dengan FEC 1/2 throuput maksimal 14.4 Mbps. Akan tetapi dengan mengurangi bit rendundancy menjadi FEC 3/4 maka throuput akan naik jadi 21.7 Mbps.

Anda tentu akan berpikiran, kalau begitu kenapa tidak pakai FEC 5/6 sekalian biar throuput semakin tinggi? Jawabannya: tidak bisa kita pilih secara manual. Access Point akan rutin memantau situasi transmisi. Apabila banyak noise, maka AP akan menurunkan throuput dengan cara mengubah ke FEC yang bit redundansi nya lebih tinggi (mengubah dari 3/4 misalkan menjadi 1/2). Karena FEC 1/2 lebih kebal terhadap noise.

Modulasi Digital

Setelah signal baseband disisipkan bit bit redundancy (agar lebih robust, dan kebal terhadap noise), selanjutnya signal di modulasi. Tujuannya ada dua yaitu untuk mengkompress bit-bit baseband + bit bit FEC nya, dan tujuan berikutnya adalah agar setiap perubahan "Pola" dapat di simbolkan menjadi perubahan dalam hal kelistrikan (berubah amplitudo, fasa, atau frekuensi).

Dalam transmisi signal analog modulasi yang kita kenal adalah menumpangkan signal informasi ke signal pembawa (carrier) dengan cara mengubah ampitudo (AM), mengubah frekuensi (FM), ataupun mengubah Phase (PM).

Sedangkan dalam signal digital modulasi yang sering digunakan adalah: BPSK, QPSK, 16-QAM, 64 QAM, dan 256 QAM.

Secara sederhana:

BPSK: Binary Phase Shift Keying, bermakna:

- jika tidak terjadi perubahan bit, misalkan 0 0 0 0 0, atau 1 1 1 1 1 1 1 1 1, maka tetaplah mengirim sinyal sinusoidal, namun

- jika terjadi perubahan bit, misalkan dari 0 ke 1 atau dari 1 ke 0 spt pada kasus 0 0 0 1 0 0 0, maka saat terjadi perubahan itu ubah fasanya 180 derajat.

Terlihat pada gambar diatas saat terjadi perubahan bit dari 0 ke 1, maka fasa langsung di ubah. Signal yang diterima oleh Reciver pada gambar diatas adalah signal yang bawah.

QPSK: Quadrature Phase Shift Keying

Secara sederhana dapat di baca sbb. Jika terjadi perubahan menjadi:

00 maka ubah fasa menjadi 0

01 maka ubah fasa menjadi 90 derjat

10 maka ubah fasa menjadi 180 derjat

11 maka ubah fasa menjadi 270 derjat

Seperti gambar diatas, mensimbolkan perubahan fasa pada signal dengan modulasi QPSK.

Symbol

Ada hal yang bisa diambil dari gambar-gambar diatas.

QPSK = Quadrature = 4 = 2^2, mengubah 2 bit info menjadi 1 simbol

BPSK = Binary = 2 = 2^1, mengubah 1 bit informasi menjadi 1 simbol

16QAM = 16 = 2^4, mengubah 4 bit informasi menjadi 1 simbol

256QAM = 256 = 2^8 mengubah 8 bit informasi menjadi 1 simbol

Artinya apa? 

Artinya semakin tinggi modulasi (contoh 256QAM adalah modulasi tertinggi) semakin tinggi tingkat kompresi dari data. Artinya semakin banyak bit informasi yang diangkut.

Namun, ada kelemahannya. 

Jika kita ingin menggunakan 256QAM misalkan, maka receiver mensyaratkan SNR yang makin tinggi (baca artikel sebelumnya tentang SNR).

Agar SNR tinggi maka Antenna Gain Transmitter harus besar (dengan cara memperbesar dimensi antenna) dan antenna penerima (Receiver Antenna Gain) juga harus besar, dengan cara memperbesar dimensi antenna penerima.

Ingat pada artikel sebelumnya tentang antenna, panjang antenna 2.4 GHz, adalah 12,5 cm, maka jika diinginkan receive gain antenna meningkat maka panjang penerima bisa di lipat gandakan misalkan 10x nya, sehingga menjadi 125 cm (1,25 meter). Secara teori L^2 ~ G. Artinya jika L di naikan 10x maka Gain receive dari antenna meningkat 10^2 kali alias 100x. Dengan demikian maka SNR yang diterima akan lebih baik.

Summary Modulasi:
BPSK = 1 bit per symbol
QPSK = 2 bit per symbol
16QAM = 4 bit per symbol
64QAM = 6 bit per symbol
256QAM = 8 bit per symbol

Dalam kondisi paling ideal 1 symbol bisa diangkut oleh 1 Hz. Sehingga efisiensi Bit/Hz maksimal sbb:
BPSK = 1x
QPSK = 2x 
16QAM = 4x 
64QAM = 6x 
256QAM = 8x 

<eof>