Sampling, Quatizing, Encoding Pada Signal Digital

Pada dasarnya semua suara audio, baik vokal maupun bunyi tertentu merupakan suatu bentukan dari getaran. Ini menandakan semua audio memiliki bentuk gelombangnya masing-masing. Umumnya bentukan gelombangnya disebut dengan sinyal analog. Sinyal analog adalah sinyal data dalam bentuk gelombang yang kontinyu, yang membawa informasi dengan mengubah karakteristik gelombang . Namun sebuah teknik memungkinkan sinyal ini diubah dan diproses sehingga menjadi lebih baik. Teknik ini memungkinkan perubahan sinyal analog menjadi bit-bit digital. Teknik itu disebut teknik sampling. Jika telah menjadi sinyal digital maka sinyal ini jauh lebih baik, sedikit noisenya dan juga dapat diproses / ditransmisikan dengan mudah.

Sampling

Pada proses ini terjadi suatu pencuplikan dari bentukan sinyal analog. Pencuplikan dilakukan pada bagian-bagian sinyal analog. Ini dilakukan dengan sinyal-sinyal sample. Bentukan sinyal sample dapat dilihat pada Gambar berikut:

Ada suatu aturan tertentu dari sinyal ini. Teori Shannon menyatakan frekuensi sinyal ini paling sedikit adalah 2 kali frekuensi sinyal yang akan disampling(sinyal analog).

dimana frekuensi sampling (Fs) minimum adalah 2 kali frekuensi sinyal analog yang akan dikonversi (Finmax). Misalnya bila sinyal analog yang akan dikonversi mempunyai frekuensi sebesar 100Hz maka frekuensi sampling minimum dari ADC adalah 200Hz.

Gambar diatas adalah bentukan proses pencuplikan. Setelah dilakukan proses ini maka terbentuklah suatu sinyal analog-diskrit yang bentuknya menyerupai aslinya namun hanya diambil diskrit-diskrit saja.

Quantisasi

kuantisasi adalah proses untuk mengelompokan elemen-elemen yang nilainya kontinyu. Level-level tiap diskrit sinyal hasil sampling dengan tetapan level tertentu. Level-level ini adalah tetapan angka-angka yang dijadikan menjadi bilangan biner. Sinyal-sinyal diskrit yang ada akan disesuaikan levelnya dengan tetapan yang ada. Jika lebih kecil akan dinaikkan dan jika lebih besar akan diturunkan. Prosesnya hampir sama dengan pembulatan angka. Tetapan level yang ada tergantung pada resolusi dari alat, karena tetapan level merupakan kombinasi angka biner, maka jika bitnya lebih besar kombinasinya akan lebih banyak dan tetapan akan lebih banyak. Ini membuat pembulatan level sinyal diskrit menjadi tidak jauh dengan level aslinya. Dan bentukan sinyal akan lebih bervariasi sehingga akan terbentuk seperti aslinya. Proses ini membuat sinyal lebih baik karena bentukkannya lebih tetap. Proses ini juga mengecilkan error dari suatu sinyal. Sinyal juga akan dikecilkan atau dibesarkan mengikuti besar Quantisasinya.

Kualitas hasil kuantisasi diukur dengan SQNR (Signal to Quantization Noise Ratio), yang menyatakan perbandingan antara daya signal dengan daya derau (noise).

Encoding (Perubahan ke Digital)

Setelah diquantisasi maka tiap-tiap diskrit yang ada telah memiliki tetapan tertentu. Tetapan ini dapat dijadikan kombinasi bilangan biner, maka terbentuklah bilangan-bilangan biner yang merupakan informasi dari sinyal. Setelah menjadi sinyal digital maka proses-proses perekayasaan dapat dilakukan. Yang harus dilakukan adalah merubah informasi digital tersebut dengan proses digital sehingga menjadi suara-suara yang kita inginkan. Proses dapat dilakukan dengan berbagai macam alat-alat digital (komputer). Sample-sample yang ada juga digunakan sebagai informasi untuk menciptakan suara dari berbagai macam alat elektronik (keyboard dan syntitizer). Penyimpanan suara juga akan lebih baik karena informasinya adalah digital.

Contoh Jika Dikuantisasi 8 Bit maka pada Perubahan Digitalnya akan menjadi 8 bit biner.
Jika sinyal yang menempel pada sumbu Y bernilai 5 maka akan menjadi 00000101

Packet Switching dan Paket Switching

Packet Switching Merupakan pengembangan dari Circuit Switching merupakan jaringan telekomunikasi yang awalnya digunakan untuk komunikasi suara seperti telephone. Dengan perkembangan komunikasi data circuit switching mulai melakukan transmisi bukan hanya suara tetapi juga data. Pada koneksi suara circuit switching bekerja baik karena sebagian waktu dipakai untuk satu pihak, seperti halnya telephone antara dua orang yang bergantian berbicara. Akan tetapi pada koneksi maupun komunikasi data waktu yang dipakai terbuang, misal koneksi dari satu host ke server akan banyak waktu nya idle. Sehingga circuit switching kurang efisien diterapkan pada komunikasi data.

Packet Switching merupakan suatu teknik komunikasi data yang terjadi pada Protocol WAN dimana data ditranmisikan kedalam paket-paket data dan apabila terdapat suatu data atau message panjang dan melebihi kapastitas transmisi akan dipotong menjadi barisan-barisan paket yang kecil. Setiap paket untuk dikirim terdiri dari data user dan info control. Info control sendiri merupakan suatu info pada paket data dan berisi alamat tujuan dimana paket tersebut dapat ditransfer melalui jaringan untuk mencapai tujuan.

Pada packet switching packet data akan dikonfersi kebentuk data rate yang mana dua buah station berbeda data rate nya dapat saling berhubungan dan tukar informasi. Apabila traffic suatu jaringan mulai padat akan dilakukan pemblokan pada packet/call yang akan diterima, hal ini dilakukan melihat kondisi beban traffic jaringan lagi padat dan jika traffic mulai menurun maka call akan diijinkan masuk. Untuk packet switched network packet diijinkan masuk tetapi delay delivery akan bertambah sesuai banyaknya packet yang masuk. Untuk delay waktu akan diprioritaskan pada packet yang pertama kali diterima dan selanjutnya. Berbeda untuk circuit switching koneksi packet data harus dengan data rate yang konstan artinya setiap perangkat yang terhubung dengan perangkat lain mengirimkan rate data yang sama. Dan hal ini yang membatasi koneksi suatu host dengan workstation.

Kelebihan
1. Jalur efisiensi yang lebih besar

• Jalur dari simpul ke simpul dibagi secara dinamik beberapa paket sepanjang waktu. 
• Paket diantrikan dan ditransmisi secepat mungkin.
• Waktu pada link node-to-node adalah dialokasikan terlebih dahulu menggunakan time-division multiplexing.

2. Konversi rate data

• Setiap stasiun terhubung ke simpul lokal pada rate data yang sesuai.
• Simpul pengangga data di butuhkan untuk penyangga rate.
• Dua buah station yang berbeda data-ratenya dapat saling menukar paket.

3. Paket dapat diterima meskipun sedang sibuk

• Pengiriman dapat saja terlambat.

4. Skala Prioritas dapat digunakan

• Paket dapat ditransmisikan pertama kali berdasarkan prioritas yang lebih tinggi.
• Paket mempunyai delay yang lebih kecil daripada lower-priority packets.

Contoh Aplikasi

TCP/IP protokol adalah jaringan dengan teknologi “packet Switching” yang berasal dari proyek DARPA (development of Defense Advanced Research Project Agency) di tahun 1970-an yang dikenal dengan nama ARPANET.

Jaringan ATM adalah jaringan Packet-switching karena konsep ATM mirip dengan konsep yang digunakan packet switching yaitu transfer informasi dilakukan dalam format sel (informasi yang akan dikirim dibagi menjadipotongan-potongan dengan ukuran tertentu) yang sifatnya connection-oriented artinya sebelum transfer informasi dilakukan harus dibangun hubungan terlebih dahulu atau definisikan sebagai protokol yang berfungsi sebagai interface untuk menghubungkan komputer dengan komputer lainnya, membuat tiap komputer yang terintegrasi di dalamnya dapat berkomunikasi atau bertukar informasi dengan kecepatan tinggi(sampai dengan 155Mbps).

GPRS adalah teknologi packet Switching data pada GSM. Teknologi yang dikenal sebagai generasi 2.5 ini, merupakan pengembangan dari teknologi Circuit Switching pada GSM.

Protokol bluetooth menggunakan sebuah kombinasi antara circuit switching dan packet switching. Protocol ini dapat mendukung 1 kanal data asinkron, 3 kanal suara sinkron simultan atau 1 kanal dimana secara bersamaan mendukung layanan data asinkron dan suara sinkron. Setiap kanal suara mendukung 1 kanal suara sinkron 64 kb/s. Kanal asinkron dapat mendukung kecepatan maksimal 723,2 kb/s asimetris, dimana untuk arah sebaliknya dapat mendukung sampai dengan kecepatan 57,6 kb/s. Sedangkan untuk mode simetris dapat mendukung sampai dengan kecepatan 433,9 kb/s.

Teknik Switching
Stasiun pemecah pesan yang panjang dalam bentuk paket
Paket dikirim segera ke jaringan
Paket dikemas dalam 2 cara :
Datagram (sebuah paket data yang mengandung alamat terminal atau komputer yang dituju dan bersifat bebas/terpisah dari paket lain yang berkaitan dengan transaksi yang sama)
Circuit Virtual
Rute sudah direncanakan dahulu, sebelum paket-paket dikirim.
Koneksi dibangun antara permintaan dan penerimaan.
Setiap paket mempunyai identifikasi sirkuit virtual sebagai alamat tujuan.
Setiap paket dapat mencari jalur sendiri.
Datagram
Pada datagram tiap paket bisa diroutekan berbeda, misalnya station A akan kirim paket 1, 2, dan 3. Route A menuju E ada dua route, maka kemungkinan paket 1 menempuh route yang berbeda dengan paket 2 tergantung dari kepadatan masing-masing jalur.
Datagram eksternal dan internal
Jaringan mempunyai satu stasiun sumber, A dan dua stasiun tujuan yakni B dan C. Paket yang akan dikirimkan ke stasiun B diberi label alamat stasiun tujuan yakni B dan ditambah nomor paket sehingga menjadi misalnya B.1, B.37, dsb. Demikian juga paket yang ditujukan ke stasiun C diberi label yang serupa, misalnya paket C.5, C.17, dsb.
Stasiun A mengirimkan enam buah paket. Tiga paket ditujukan ke alamat B. Urutan pengiriman untuk paket B adalah paket B.1, Paket B.2 dan paket B.3. sedangkan tiga paket yang dikirimkan ke C masing-masing secara urut adalah paket C.1, paket C.2 dan paket C.3. Paket-paket tersebut sampai di B dengan urutan kedatangan B.2, paket B.3 dan terakhir paket B.1 sedangan di statiun C, paket paket tersebut diterima dengan urutan C.3, kemudian paket C.1 dan terakhir paket C.2. Ketidakurutan ini lebih disebabkan karena paket dengan alamat tujuan yang sama tidak harus melewati jalur yang sama. Setiap paket bersifat independen terhadap sebuah jalur. Artinya sebuah paket sangat mungkin untuk melewati jalur yang lebih panjang dibanding paket yang lain, sehingga waktu yang dibutuhkan untuk sampai ke alamat tujuan berbeda tergantung rute yang ditempuhnya.
Circuit Virtual
Sebuah route antara station dikonfigurasi sebelum terjadi transfer data. Node tidak perlu melakukan routing decision untuk tiap paket, dilakukan hanya sekali dan berlaku untuk semua paket. Jika ada dua station yang akan saling menukar data dalam periode waktu tertentu, maka dapat dipastikan keuntungan banyak diperoleh jika menggunakan virtual circuit. Pertama, jaringan menyediakan pelayanan yang berhubungan dengan virtual circuit termasuk sequencing and error-control. Sequencing berfungsi apabila semua paket mengambil route yang sama. Error control adalah pelayanan untuk meyakinkan semua paket dapat tiba di tujuan, tapi juga tiba dengan paket yang benar-benar diinginkan, tidak ada cacat.
Virtual circuit eksternal dan internal
Stasiun A mengirimkan 6 paket. Jalur antara A dan B secara logik disebut sebagai jalur 1, sedangkan jalur antara A dan C disebut sebagai jalur 2. Paket pertama yang akan dikirimkan lewat jalur 1 dilabelkan sebagai paket 1.1, sedangkan paket ke-2 yang dilewatkan jalur yang sama dilabelkan sebagai paket 1.2 dan paket terakhir yang dilewatkan jalur 1 disebut sebagai paket 1.3. Sedangkan paket yang pertama yang dikirimkan lewat jalur 2 disebut sebagai paket 2.1, paket kedua sebagai paket 2.2 dan paket terakhir sebagai paket 2.3 Dari gambar tersebut kiranya jelas bahwa paket yang dikirimkan diberi label jalur yang harus dilewatinya dan paket tersebut akan tiba di stasiun yang dituju dengan urutan seperti urutan pengiriman.
Operasi Eksternal dan Internal Circuit Vitual dan Datagram
1. Interfase antara stasiun dan simpul Orientasi koneksi
Semua paket diidentifikasikan sebagai milik koneksi logik tertentu dan diberi nomor berurutan, sebagai layanan Eksternal Virtual Circuit, mis. X2G.
2. Tanpa Koneksi
Paket ditangani terpisah, sebagai layanan External Datagram, yang berbeda dengan operasi Internal diagram.
External virtual circuit, internal virtual circuit : Jika user meminta virtual circuit, sebuah dedicated route yang melintasi dalam jaringan akan dibangun. Semua paket mengikuti route yang sama.
External virtual circuit, internal datagram : Jaringan menangani tiap paket secara terpisah. Jadi, paket-paket yang berbeda dalam external virtual circuit yang sama akan mengambil route yang mungkin berbeda.
External datagram, internal datagram : Tiap paket diperlakukan secara bebas dari segi user atau dari segi jaringannya.
Perbandingan Circuit Virtual dan Datagram
Circuit Virtual
Jaringan dapat melakukan deretan dan kontrol kesalahan.
Paket diteruskan lebih cepat(tidak perlu jalur khusus).
Kurang handal (Simpul mengalami kegagalan seluruh sirkuit virtual yang melintasi simpul bisa hilang).
Datagram
Panggilan untuk setup fase dapat dihindari (lebih baik daripada paket-paket yang sedikit).
Lebih Reksible (jika terjadi kegagalan paket berikutnya dapat menemukan rute pengganti).
Ukuran Paket
Ada hubungan antara ukuran paket dengan waktu dalam pentransmisian data. Apabila data dipecah makin kecil membutuhkan waktu lebih cepat, dan tiap paket pecahannya harus disisipi headernya. Akan tetapi jika dipecah semakin kecil akan didapatkan waktu transmisi yang lebih besar dari sebelum paket lebih diperkecil lagi. Dalam hal ini harus dipilih pemecahan paket yang optimum.