Modem

MODEM (Modulator & Demodulator) Fungsinya adalah :  Mengkonversi informasi berupa sinyal digital dari terminal pengirim menjadi sinyal analog untuk ditransmisikan pada saluran komunikasi (Modulasi).  Mengkonversi balik sinyal analog yang diterima dari saluran komunikasi menjadi sinyal digital untuk diteruskan ke terminal penerima (Demodulasi). Tujuannya agar dapat mencapai jarak jangkauan yang lebih jauh. Dalam komunikasi data selalu diperlukan sepasang modem, satu ditempatkan di pengirim dan satunya di penerima. Bandwidth saluran PSTN antra 300 – 3400 Hz, sehingga bandwidth 3.1 KHz tidak cukup untuk mengirimkan sinyal data digital tanpa adanya distrosi. Karena itu sebelum dikirimkan, sinyal digital tersebut harus diubah dulu menjadi sinyal analog, dan pada sisi penerima diubah kembali ke bentuk aslinya digital. ITU-T menyebut modem sebagai perangkat komunikai data (DCE/ Data Communication Equipment). Sebuah modem juga digunakan untuk membuat, mempertahankan dan mengakhiri setiap sambungan leased line atau dial-up PSTN, termasuk dial-up dan jawaban otomatis juga merupakan fasilitas lain dari modem. Modem dihubungkan ke komputer atau terminal melalui interface. Interface terdiri dari plug, socket, pin dan kabel yang secara listrik dan mekanis harus sesuai satu sama lain dengan peralatan yang akan dihubungkan. Beberapa jenis modem disebut modem intelligent, didalamnya terdapat microprocessor yang membuat modem bisa melakukan diagnostik, a.l. :  Self-test. Modem akan melakukan tes terhadap komponen2 dalam dirinya sendiri. Komputer

Modem

Pada gambar diatas terlihat terminal modem dibuat loop, pada saat modem dihidupkan, sederetan bit akan dibangkitkan secara otomatis dan akan dibandingkan dengan data yang

diterima setelah sederetan bit tadi dilewatkan loop. Jika tidak ditemui kesalahan maka modem siap operasional.  Loop-back lokal. Komputer

Modem

Dari pada gambar diatas, data yang berasal dari komputer akan dimodulasi, kemudian keluar pada saluran keluaran modem, kemudian didemodulasi oleh modem dan selanjutnya kembali ke komputer. Dengan cara ini kesalahan pada interface komputer ke modem maupun pada modem dapat diketahui.  Loop-back jarak jauh. Komputer

Modem

Modem saluran transmisi

Terminal remote dibuat loop, sehingga semua data yang diterima dikirim kembali ke terminal pengirim. Cara ini digunakan untuk mengetes modem dan saluran transmisinya. Modem berkecepatan tinggi strukturnya lebih rumit dan lebih mahal karena harus : a. memampatkan channel sinyal analog yang relatif sempit b. meminimisasi efek gangguan2 transmisi c. menghindari penyebab interferensi dari sinyal saluran lain yang berdekatan. Modem berkecepatan tinggi biasanya juga bisa bekerja pada kecepatan yang lebih rendah, biasanya modem pengirim akan mengenali kecepatan maksimum dari modem penerima pada saat melakukan prosedur handshaking. Jika kecepatan modem penerima lebih rendah dari modem pengirim, modem pengirim secara otomatis akan menurunkan kecepatannya sesuai kecepatan modem penerima, hal ini disebut sebagai fallback. Atau jika saluran transmisinya berkwalitas rendah sehingga tidak mampu untuk dilalui data berkecapatan tinggi, maka modem pengirim akan fallback ke

kecepatan yang lebih rendah, dan modem penerima akan menyesuaikan. Dengan kemajuan teknologi semikonduktor, modem dapat dibuat hanya terdiri dari satu, dua atau tiga chip saja dengan beberapa komponen eksternal yang lain, sehingga ukuran modem menjadi lebih kecil, lebih murah dan lebih handal. Kebanyakan sudah on-board dengan terminalnya, yang mempunyai beberapa kelebihan a.l. :  tidak memerlukan power supply tersendiri  tidak memerlukan interface EIA232 seperti pada pemakaian modem eksternal (gambar berikut menjelaskan hal ini) Terminal Modem eksternal

UART

saluran

EIA232 data bus

Terminal UART

Modem chip-set

saluran

data bus

Blok diagram sebuah modem sbb. : encoder

modulator

filter & amplifier

saluran 4-kawat kirim

interface saluran 2-kawat kirim saluran

control & timing

saluran 4-kawat terima

encoder

demodulator

filter & amplifier

Data input digital dari komputer atau terminal masuk ke encoder dimana aliran bit dikodekan menjadi dibit, tribit atau kuarbit. Kemudian masuk ke modulator dan dihasilkan sinyal termodulasi digital. Output modulator bisa menghasilkan sejumlah sinyal dengan frekuensi yang tidak diinginkan (harmonisa), sehingga perlu di-filter kemudian dikuatkan oleh amplifier sebelum melalui interface saluran. Pada sisi penerima, sinyal yang datang akan di-filter dan dikuatkan untuk menghilangkan semua sinyal dan noise yang tidak diinginkan, kemudian masuk ke demodulator untuk didemodulasi menghasilkan output sinyal terkode, kemudian ke encoder untuk mengembalikan data yang diterima dalam format aslinya.

Beberapa pertimbangan dalam pemilihan modem a. Transmission rate (Kecepatan Transmisi) Menentukan kecepatan modem dalam pengiriman bit-bit data. Kecepatan diukur dalam bit-per-second (bps). Semakin tinggi transmission rate modem, kinerja semakin bagus. b. Turn-around time Waktu yang diperlukan oleh modem untuk mengubah fungsinya dari pengirim menjadi penerima atau sebaliknya (pada sistem half-duplex), berkisar antara 20 - 200 msec. c. Daya tahan terhadap gangguan sinyal Modem dengan PM (Phase Modulation) lebih tahan terhadap gangguan sinyal daripada FM. Umumnya modem dengan transmission rate diatas 4800 bps menggunakan PM. Pencegahan terhadap timbulnya gangguan sinyal ini juga perlu dilakukan pada saluran komunikasinya, disebut lineconditioning. d. Biaya Harus dipertimbangkan antara kebutuhan dan biaya yang harus dikeluarkan (pertimbangan cost & benefit). e. Accoustic Coupler Modem yang diintegrasikan dengan pesawat telepon, saat ini hal ini sudah bukan merupakan pertimbangan yang penting lagi karena pemkaiannya sudah jarang.

Modulasi Supaya data yang berupa sinyal digital dapat dikirimkan melalui saluran komunikasi ke tempat yang jauh, maka perlu dilakukan modulasi atas data tersebut ke sinyal pembawa. Sinyal pembawa ini berupa sinyal/gelombang sinusoida, yang disebut “Carrier”. Bentuk persamaan sinyal sinusoida sbb. :

V = A sin(ωt+ϕ) dimana :

V = Sinyal berupa tegangan listrik A = Amplitudo atau level dari sinyal ω = Frekuensi (rad/det) = 2πf (dimana f adalah frekuensi dalam Hz) ϕ = Sudut phase

3 (tiga) variabel dasar pada sinyal sinusoida : 1. Amplitudo Adalah level atau besarnya tegangan dari sinyal

2. Frekuensi Adalah jumlah sinyal per detik.

3. Phase Adalah besar sudut sinyal pada saat tertentu.

Beberapa teknik modulasi Atas 3 variabel dasar tersebut dikenal 3 teknik modulasi : a. Amplitudo Modulation (AM) Teknik modulasi sinyal yang paling mudah dan paling tua. Sinyal digital “0” dan “1” dimodulasi ke carrier menjadi perubahan amplitudo pada carrier, sedang frekuensi dan phase tetap.

Sinyal digital “0” merubah amplitudo carrier menjadi rendah, sebaliknya sinyal digital “1” merubah amplitudo carrier menjadi tinggi. Demodulasi di pihak penerima cukup dengan membedakan level amplitudo carrier untuk mengetahui data “0” atau “1”, tanpa perlu memperhatikan bentuk sinyalnya. Lain dengan penerima yang harus menerima sinyal analog murni, perubahan bentuk sinyal sangat mempengaruhi kemurnian pesan atau data yang dikirimkan. Inilah keunggulan dari digitalisasi dibanding analog. Namun demikian pengiriman data dengan AM ini paling rentan terhadap gangguan dari luar.

b. Frequency Modulation (FM) Teknik modulasi dengan merubah frekuensi carrier, sedang amplitudo dan phase tetap.

Demodulasi di pihak penerima cukup dengan membedakan perubahan yang terjadi pada frekuensi carrier untuk mengetahui data “0” atau “1”. Teknik pada FM lebih sulit dari AM, tetapi pengiriman data dengan FM lebih tahan terhadap gangguan luar daripada AM. Teknik yang umum digunakan adalah Frequency Shift Keying (FSK) atau penggeseran frekuensi. Misal carrier 1700 Hz diubah menjadi 2200 Hz bilamana data yang dikirim “0”, dan menjadi 1200 Hz bilamana data yang dikirim “1”. c. Phase Modulation (PM) Teknik modulasi dengan merubah sudut phase dari carrier, sedang amplitudo dan frekuensi tetap. Teknik yang umum digunakan adalah Phase Shift Keying (PSK). Teknik ini paling baik hasilnya tetapi paling sulit dilakukan. Biasanya digunakan untuk pengiriman data dalam jumlah besar dan transmission rate yang tinggi.

Data “0” menggeser phase carrier 180° misalnya, data “1” phase carrier tetap. Demodulasi di penerima mendeteksi pergeseran phase carrier untuk mengetahui data “0” atau “1”. Teknik ini terutama sesuai untuk modem-modem yang transmission rate-nya lebih tinggi dari baud rate saluran transmisi. Mungkin membutuhkan empat sampai delapan perubahan phase yang berbeda. Dalam modulasi 4-phase, perubahan phase dilakukan setiap dua bit. Oleh karena itu setiap perubahan phase carrier yang dikirim adalah jumlah kelipatan bit (bps). Dengan demikian saluran komunikasi dengan baud rate yang dibatasi oleh bandwidth dapat digunakan untuk transmission rate yang lebih tinggi.

Variasi dari modulasi ini modulasi pergeseran fase diferensial (Differential Phase Shift Keying, DPSK) lebih banyak digunakan, dimana perubahan fase, bukan menggunakan nilai absolut dari sudut fase, digunakan untuk menyajikan informasi dibit atau tribit, dst. Rekomendasi ITU-T untuk sistem sinkron V22, V26 dan V26bis sbb. : dibit

00

01

10 Perubahan fase V22 +90° +0° V26 +0° +270° V26bis +45° +315°

11 +270°

+360°

+90°

+180°

+135°

+225°

Sinyal DPSK hasil modulasi sering disajikan dalam suatu konstelasi yaitu diagram yang menunjukkan hubungan antara amplitudo dan fase yang berhubungan dengan setiap kombinasi dari dibit, tribit atau kuabit. Setiap titik dalam konstelasi menunjukkan data banyak bit. Konstelasi semakin rumit dengan semakin tingginya kecepatan pengiriman sinyal. Diagram konstelasi V26bis sbb. : 90° 01 •

• 00

180°

0° 11 •

• 10

Bandwidth saluran yang diperlukan untuk mengirimkan sinyal 270° DPSK disajikan oleh persamaan sbb. : Bandwidth = (bit rate)/log2 n dimana n = banyaknya perubahan fase yang digunakan. Contoh :

Sistem DPSK dibit dengan bit rate 2400 bps, hitunglah : a). baud rate b). bandwidth salurannya a). baud rate = 2400/2 = 1200 baut

b). bandwidth = 2400/log2 2 = 2400/1 = 2400

Hz

Modem DPSK 4800 bps memodulasi tribit data, sehingga diperlukan delapan perubahan fase. Rekomendasi ITU-T modem V27 sbb. : tribit 000 100 011 001 110 010 101 111 perb. fase +45° +0° +135° +90° +225° +180° +315° +270 ° Sinyal 4800 bps dapat dikirimkan dengan baud rate 1600 baud dengan bandwidth 1000 Hz s/d 2600 Hz. Diagram konstelasi V27 : 90° 011 • 180°

001 •

010 • • 110

000 • • 100

• 111

0°

• 101

270°

Teknik modulasi lain adalah Quadrature Amplitudo Modulation (QAM), yang merupakan kombinasi dari AM dan PM, amplitudo menentukan satu kode, perubahan phase kode lainnya. Digunakan pada modem 1200 bps keatas. Aliran bit dikelompokkan 4-bit atau kuabit, sehingga terdapat 16 kombinasi: 0000, 0001, 0010, dst. Carrier terdiri dari dua sinyal frekuensi sama tetapi salah satu sinyal berbeda fase 90° dari satunya. Diperlukan 2m perubahan fase dan untuk setiap perubahan fase terdapat 2n kemungkinan amplitudo. Dalam sistem V22bis dan V22ter dua bit akan mengubah amplitudo dan dua bit mengubah fase sinyal carrier. Jadi 22 atau 4 kemungkinan nilai amplitudo, dan 4 kemungkinan fase, sehingga terdapat terdapat 16 keadaan yang berbeda.

Diagram konstelasi 16 keadaan sbb. : 90° 11 •

01 •

10 •

11 •

10 •

00 •

00 •

01 •

180°

0° 01 •

00 •

00 •

10 •

11 •

10 •

01 •

11 •

270°

Modem penerima harus mengenali dengan benar ke-16 keadaan tersebut sehingga sinyal yang dikirim dapat di rekonstruksi kembali dengan benar. V22 menggunakan sinyal carrier dengan frekuensi 1200 Hz dan 2400 Hz untuk dapat full-duplex pada jaringan PSTN. Sistem V29 menggunakan sebuah bit untuk memodulasi amplitudo sinyal dan tiga bit untuk memodulasi fase, sehingga ada 2 kondisi amplitudo dan 8 kondisi fase yang mungkin, jadi ada 16 keadaan yang berbeda. Diagram konstelasinya sbb. : 90° 1011 •

1001 •

1110 •

1111 •

1010 •

1000 •

1100 •

1101 •

180°

0° 0001 •

0000 •

0100 •

0110 •

0011 •

0010 •

0101 •

0111 •

270°

Jika banyaknya perubahan amplitudo dan perubahan fase semakin bertambah, jaringan pengiriman dan penerimaan menjadi lebih rumit, sehingga harga modem semakin mahal. Efek Saluran Pada Sinyal Termodulasi Pada saat sinyal termodulasi (output modem) melewati saluran telepon analog, gangguan2 transmisi dapat mengganggu sinyal sehingga penerima tidak dapt mengartikan (mendemodulasi) aliran data yang datang. Pada sistem FSK, frekuensi yang lebih tinggi akan terkena atenuasi lebih besar dibanding frekuensi yang lebih rendah, sehingga penerima akan mengalami kesulitan untuk menentukan apakah bit 0 (start bit) telah diterima. Pada sistem DPSK distorsi sinyal akibat gangguan transmisi akan dihilangkan karena pendeteksian sinyal yang diterima berdasarkan perubahan fase. Pada sistem QAM juga cukup toleransi atas efek saluran transmisi ini karena semua modem berkecepatan tinggi dilengkapi dengan adaptive equalizer untuk mengatasi efek ini.

Tabel dibawah menunjukkan keterkaitan teknik modulasi yang digunakan dengan transmission rate dari modem sesuai rekomendasi CCITT (Consultative Committee International Telephony and Telegraphy) yang sekarang dikenal sebagai ITU-T (International Telecommunications Union – Telephony). MODULASI FSK FSK DPSK DPSK DPSK DPSK DPSK DPSK QAM QAM QAM QAM

REKOMENDASI ITU-T V21 V23 V22 V26 V26 bis V27 V27 bis V27 ter V22 bis V26 ter V29 V32

TRANSMISSION RATE (bps) 300 1200/600 1200/600/300 2400 2400 4800 4800/2400 4800/2400 2400/1200 2400/1200 9600/7200/4800 9600/4800/2400

QAM QAM QAM QAM

V32 bis V36 terbo V33 V34

14400 19200 14400/12000 28000

Transmission rate = (log2 n)/T (bps) Modulation rate = 1/T (baud) n = banyaknya kombinasi sinyal data T = periode/durasi sinyal Jika hanya ada dua kondisi sinyal data, yaitu “0” dan “1”, maka n=2, sehingga transmission rate = 1/T bps. Jika sebelum dikirimkan bit-bit data dikelompokkan per-2-bit, maka ada 4 kombinasi sinyal yang mungkin, yaitu 00, 01, 10 dan 11, sehingga transmission rate = log2 4/T = 2/T bps, dua kali modulation rate. Modulation rate adalah kecepatan perubahan status logika pada saluran komunikasi, satuannya adalah baud.

Modem Sharing Unit Sharing Unit memungkinkan dua terminal/komputer menggunakan sebuah modem secara bersama-sama. Konsep dasarnya sbb. :

Terminal Sharing Unit komunikasi

Modem saluran

Terminal

Sharing Unit akan mengatur persambungan antara terminal dan modem secara bergantian.

Multiplexed Modem Beberapa jenis modem berkecepatan tinggi mempunyai lebih dari satu channel sinyal input digital yang didalamnya terdapat timedivision multiplexer.

Komputer Pusat

Modem

Modem

Terminal Terminal

Terminal Terminal

Multiplexer memungkinkan empat sinyal input digital untuk di kombinasi membentuk sinyal output gabungan, lalu dimodulasi untuk ditransmisikan ke pihak lawan melalui saluran komunikasi. Di pihak lawan sinyal didemodulasi kemudian didemultiplex untuk mendapatkan kembali empat sinyal asli yang dikirim.

Pin-pin Sinyal Pada Modem TXD RXD RTS CTS Terminal / Komputer

DSR CD RI DTR

Modem

TXD RXD RTS CTS DSR CD RI DTR CSR

: Transmitted Data : Received Data : Request To Send : Clear To Send : Data Set Ready : Data channel received line signal detector : Ring Indicator : Data Terminal Ready : Commond Signal Return

Urut-urutan proses agar suatu terminal tersambung secara listrik ke saluran komunikasi (melalui modem) disebut handshake. Interface yang menghubungkan antara terminal dan modem harus menjamin kesesuaian elektris dan mekanis. Kesesuaian mekanis berarti plug, socket, dll sesuai satu sama lain dan pin-pin saling dihubungkan sesuai fungsi yang sama dari masing-masing pihak. Kesesuaian elektris berarti terminal dan modem menggunakan tingkat atau tegangan yang sama untuk persinyalannya.