Apa sih DVB-T2 Itu? Forward Error Correction - FEC [part 4]

Dalam sebuah sistem telekomunikasi data tentu akan selalu menghadapi gangguan berupa noise, derau, atenuasi, atau distorsi yang salah satunya disebabkan karena ketidaksempurnaan dari  perangkat keras atau keterbatasan fisik. Keberhasilan pen-dekoderan sinyal sangat bergantung pada teknik pengendalian kesalahan. Jika data hasil dari output suatu sistem komunikasi selalu memiliki kesalahan pengkodean, maka kenyataan ini seringkali dapat dikurangi dengan penggunaan sejumlah teknik pengendalian kesalahan.

Tujuan dari Error Control Coding adalah untuk menyandikan informasi digital dalam format sedemikian rupa, bahkan jika suatu hubungan komunikasi data (atau media penyimpanan nya) menghasilkan kesalahan, setidaknya penerima dapat memperbaiki kesalahan dan memulihkan informasi / data asli yang ditransmisikan. Beberapa penyebab utama dari kesalahan pengiriman data adalah sebagai berikut :

1. Sinyal Yang Diterima Mengalami Loss (hilang sinyal) 

Sinyal yang diterima kehilangan kekuatan sinyal karena: 

• Jarak yang jauh antara Antena pemancar dan antena Penerima, 
• Redaman Sinyal,  semisal terserap mendung atau pepohonan
• Hamburan sinyal , misal terpantul gedung atau pegunungan, 
• Refleksi sinyal  ,misal terpantul gedung atau pegunungan,
• Bias Sinyal sinyal Tx, misal melewati kaca
• Kesalahan pengarahan antena

2. Interferensi Antar Sinyal Internal

Sinyal penerimaan diganggu oleh sinyal yang ditransmisikan oleh rangkaian dalam perangkat itu sendiri, seperti frequency-dependent effect s(dalam suatu saluran komunikasi atau bisa juga dalam rangkaian amplifier).

3. Noise /Derau dan gangguan interfrensi

• InterModulation distortion ( IMD )
• Interfering signals (co-channel & adjacent channel interference).
• Amplifier noise sources (thermal noise, shot noise, flicker noise).
• Atmospheric noise and galactic noise sources.

Bagaimana ketika sinyal yang dikirimkan tanpa memiliki rangkaiaan feedback / umpan balik ? Atau semisal DVD anda tergores sehingga data video yang terdapat disana menjadi terganggu ? Nah inilah perlunya apa yang dikenal sebagai Forward Error Corection / FEC . Jadi kebanyakan teori dan penemuan tentang metode memperbaiki kesalahan sinyal ini banyak dipelopori oleh explorasi luar angkasa terutama era dimulainya NASA tahun 50-60 an dengan diluncurkannya proyek apollo dan satelit penjelajah. Bagaimana caranya sehingga data yang dikirim dapat diterima dan diolah dengan benar ? yang kebanyakan kita tahu ujungnya saja yaitu pada era tahun 90-an kita dapat menikmati siaran Televisi satelit digital dan komunikasi data kecepatan tinggi. Nah bagaimana sih teori FEC yang mudah di mengerti ?

Ada 4 type peng-koding-an error secara satu arah yang dikenal, dan kita akan bahas satu persatu di bagian lain agar dapat dimengerti secara terpisah. Metodenya berupa :

1. Kode Hamming - Ini adalah kode blok yang mampu mendeteksi hingga dua kesalahan bit secara bersamaan dan memperbaiki kesalahan bit tunggal. Rate FEC yang digunakan umumnya 1/3, 4/7, 11/15 ,26/31
2. Kode Konvolusi Biner  (viterbi) - Di sini, pembuat enkoder memproses urutan masukan dari bit dengan panjang acak dan menghasilkan urutan bit output yang sesuai.  Jenis FEC biasnya 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8
3. Reed - Solomon Code (RS) - adalah kode blok yang mampu mengoreksi burst error di blok data yang diterima. Umum menggunakan jenis kode 188/204, 216/236
4. Low-Density Parity Check Code (LDPC) - Ini adalah kode blok yang ditentukan oleh matriks pemeriksaan paritas yang berisi kepadatan 1s rendah. Mereka cocok untuk ukuran blok yang besar di saluran yang sangat bising. FEC yang dipakai adalah : 1/4, 1/3, 2/5, 1/2, 3/5, 3/4, 5/6, 8/9, 9/10

Read More

Apa sih DVB-T2 Itu? Bandwidth Mhz vs Kecepatan Mbps vs Sewa nya per Rupiah [part 3]

Ada kebingungan tanpa akhir tentang apa yang menentukan kecepatan dalam jaringan berkecepatan tinggi. Di sini kami akan menjelaskan perbedaan antara megahertz dan megabit, serta menjelaskan hubungan keduanya. Kecepatan bit tidak selalu sama dengan frekuensi. Mereka cocok untuk beberapa sistem; bagi yang lain, perbedaannya sangat besar. Lalu, apa hubungan antara frekuensi, hertz, Cyclic dan bit?

Bit, atau digit biner, adalah satuan informasi terkecil yang dapat diproses oleh komputer. Dalam banyak sistem, seperti American Standard Code for Information Interchange (ASCII), dibutuhkan 8 bit, atau 1 byte, untuk membuat satu karakter - huruf, angka atau simbol. BIT ini bisa diartikan sebagai 1 atau 0, "ya" atau "tidak", atau "aktif" atau "nonaktif".

Satuan dari frekuensi suatu sinyal diukur dalam siklus per detik. Satu hertz adalah satu siklus getaran lengkap per detik. Meskipun frekuensi yang lebih tinggi dapat berarti sistem komunikasi juga bisa dianggap lebih cepat, pengukuran kecepatan telekomunikasi  lebih tepat dalam satuan bit.

Kebanyakan sistem komunikasi data beroperasi pada jutaan siklus per detik, atau megahertz (MHz). Dalam frekuensi tinggi ini yang nilai angka dalam rentang jutaan Hertz, waktu yang diperlukan siklus diukur dalam orde sepersekian detik.

Jika satu siklus sinyal membawa 1 bit informasi, maka frekuensi sistem (dalam hertz) sama dengan kecepatannya (dalam bit per detik). Namun, tidak ada alasan mengapa satu siklus tidak dapat membawa lebih dari 1 bit informasi. Oleh karena itu, meningkatkan kecepatan sistem tanpa mengubah frekuensinya adalah mungkin. Dengan premi yang ditempatkan pada kecepatan dalam dunia komunikasi data, tidak mengherankan bahwa beberapa skema pengkodean telah dikembangkan yang mencapai hal itu.

Misalnya, komunikasi data terdistribusi melalui serat optik menggunakan skema pengkodean digital non-return to zero, inverted. Skema ini mewakili 1s dan 0s dalam transmisi digital menggunakan tegangan rendah dan tinggi bergantian. Setiap perubahan tegangan mewakili angka 1 digital, dan tidak ada perubahan yang mewakili angka digital 0.

Karena setiap perubahan dikenali oleh penerima sebagai bit, nonreturn to zero, inverted dapat menghasilkan 2 bit per siklus. Dalam hal ini, bit rate adalah dua kali frekuensi sinyal nominal.

Untuk meningkatkan laju bit atau "kecepatan" sinyal pada contoh di atas, kita harus meningkatkan frekuensi. Sistem masih mengirimkan 2 bit per siklus, tetapi melakukannya dalam siklus yang lebih pendek.

Komunikasi radio (dalam ranah Hz) jarak jauh rentan terhadap gangguan. Para ahli menemukan teknik modulasi, agar pengiriman data jarak jauh bisa lebih handal.

Modulasi yaitu teknik membungkus (mengkodekan) bit didalam Hertz. Teknik modulasi yang umum adalah QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). Dimana 2 bit di-angkut oleh 1 Hertz. Dengan demikian efisiensi pengangkut adalah 2. Ada modulasi yang lebih efisien spt 256QAM, dengan efisiensi 8.

Spectral Efisiensi:

• QPSK: 2 bit per symbol. Jika 1 symbol 1 Hz, maka Spectral Efisiensi QPSK 2 bit/Hz.
• 8PSK 3 bit/Hz
• 16PSK 4 bit/Hz
• 64QAM 6 bit/Hz
• 256QAM 8 bit/Hz

Jika di lihat di table diatas, kenapa tidak semua transmisi radio pakai 256QAM? Kenapa masih banyak yang pakai QPSK. Tidak ada yang sempurna. QPSK sangat tahan terhadap gangguan. Sedangkan 256QAM sangat rentan gangguan interferensi. Sehingga untuk komunikasi jarak jauh ke satelit, tidak bisa (at least sampai saat ini) menggunakan teknik modulasi 256 QAM. Karena komunikasi jarak jauh banyak sekali interferensi radio, cuaca, petir, dll.

Q: Apabila kita akan mengangkut 64 kbps dengan QPSK, berapa lebar bandwith QPSK yang diperlukan (asumsi tidak ada FEC, dll)?

A: Jawabannya adalah 64 kbps, dengan QPSK 2 bit / Hz, maka dibutuhkan 32 kHz.

Q: Apabila kita akan mengangkut 64 kbps dengan QPSK, berapa lebar bandwith QPSK yang diperlukan (asumsi FEC 3/4)?

A: Jawabannya adaah 64 kbps data. Jika FEC 3/4 (3 data, 4 total bit), maka total bitrate 64 / (3/4) = 85.33 kbps. Jika spectral QPSK 2bit/Hz, maka diperlukan 42.67 kHz spectrum.

Q: Apabila kita akan mengangkut 64 kbps dengan QPSK, berapa lebar bandwith QPSK yang diperlukan (asumsi FEC 3/4, dan guard band 1.35)?

A: 64 kbps data. Jika FEC 3/4 (3 data, 4 total bit), maka total bitrate 64 / (3/4) = 85.33 kbps. Jika spectral QPSK 2bit/Hz, maka diperlukan 42.67 kHz x 1.35 = 57.6 kHz spectrum.

Q: Apabila kita akan mengangkut 64 kbps dengan QPSK, berapa lebar bandwith QPSK yang diperlukan (asumsi FEC 3/4, guard band 1.35, Reed Solomon)?

A: 64 kbps data. Jika FEC 3/4 (3 data, 4 total bit), maka total bitrate 64 / (3/4) = 85.33 kbps. Jika spectral QPSK 2bit/Hz, maka diperlukan 42.67 kHz x 1.35 = 57.6 kHz spectrum. Dengan Reed Solomon 188/204, maka spectrum bandwidth 57.6 / (188/204) = 62.5 kHz.

SATELIT  Mbps to MHz

Kita bayangkan mempunyai kebutuhan menyalurkan datacom throughput 64 kbps melalui koneksi Satelit (VSAT). Berapa MHZ transponder satelit yang akan terpakai?

Apabila kita asumsikan :

• Modulasi: QPSK (power factor (PF) = 2), FEC 3/4, Roll-off factor 0.35 (RO = 1.35).
• Data Rate (DR) = 64 kbps.
• Symbol Rate (SR) = DR / (FEC * PF)                                    
• SR = 64 / (0.75 * 2) = 42.67 ksps
• Bandwidth (BW) = SR * RO                                                     
• BW = 42.67 * 1.35 = 57.6 MHz                                             

Apabila asumsi Error Correction dengan Reed Solomon 188/204 maka BW akan menjadi:

BWr = BW / (188/204)                                                           

Bandwidth 57.6 / (188/204) = 62.5 MHz                               

Spectral efisiensi (SE) = DR / BW                         

SE = 64 kbps / 62.5 MHz = 1.024 bit /Hz ( ~ 1 bit /Hz)

Artinya jika komunikasi data kita 64 kbps, maka jika modulator kita set FEC 3/4, Red Solomon 188/204, dan modulasi QPSK maka kita sewa BW transponder +/- 64 kHz (karena spectral efisiensi 1 bit / Hz) 

SATELIT MHz to Mbps

Kita bayangkan menyewa Bandwidth 1 transpoder selebar 34 MHz. Berapa Speed / Data Rate (Mbps) yang bisa di-salurkan dalam satu transponder satelit tsb?

• Modulasi: QPSK (power factor (PF) = 2)
• Symbol rate (SR) = BW / RO                                     
• SR = 34/1.35 = 25.2 Msps (roll-off factor 0.35).

Roll off factor ini perlu di masukkan karena ada bandwidth terpakai diluar bandpass filter, lihat disini.

Bisa dibanyangkan dengan demikian BW 34 MHz, usable 25.2, artinya ada 4.4 MHz di kiri dan di kanan sinyal carrier yang diperuntukkan untuk ketidak linieran bandpass filter maupun untuk guard band dengan sinyal carrier disebelahnya.

Data Rate (DR) = SR * (FEC * PF)                                

DR = 25.2 * 0.75* 2 = 37.78 Mbps

Asumsi pakai Reed Solomon 188/204

DRr = DR * (188/204)                                                        

DRr = 37.78 * (188/204) = 34.8 Mbps

Jadi dengan BW satelit 34 MHz , maka Effective Information Rate = 34.8 Mbps

Spectral Efisiensi 1 bit / Hz (compare ke QPSK 2 bit/Hz).

Apa artinya? Artinya kalau komunikasi jarak jauh pakai satelit walau kita pakai modulasi QPSK dengan efisiensi 2 bit/Hz, pada kenyataannya kita hanya dapatkan efisiensi sebesar 1 bit/Hz. Kenapa? Karena ada bit-bit yang di korbankan untuk mengangkut informasi tambahan supaya jalur komunikasi jadi lebih kebal terhadap interferensi.

Singkat kata rule of thumb bagi komunikasi satelit: Jika pakai QPSK 3/4, maka MHz transponder yang disewa ke provider Satelit, maka segitu Mbps yang akan di dapat. Misal disewa 10 MHz, akan dapat troughput 10 Mbps. 

Ongkos penyiaran PayTV Satelit

Apabila 1 channel SD menggunakan codec H264 bandwdith per channel 2 Mbps, maka untuk 1 transponder sebesar 36 MHz (setara 36 Mbps), dapat menyiarkan 36Mbps / 2 Mbps = 18 channel.Apabila ingin membawa 60 channel perlu 4 transponder. Dengan harga sewa 1 juta USD per transponder per tahun maka biaya per tahun 4 juta USD, sekitar Rp. 4.5 milyar per bulan. Apabila harga jual layanan Rp. 100 ribu dan alokasi biaya transpoder 22,5% alias Rp. 22,5 ribu, maka minimal untuk bisa impas harus ada 200 ribu pelanggan (Rp. 4.5 milyar / Rp. 22.500). Apabila kurang dari itu maka, perusahaan akan "merugi" tiap bulannya. 

Read More

[Parabola] Jauh-jauh Treking Parabola Ke Satelit Yamal Demi Siaran Bola di Матч ТВ Россия Yang Kini Zonk

 

Siaran bola di TV itu GRATIS ! Memang menjadi salah satu alasan mengapa banyak orang yang rela merogoh kocek dan melakukan treking ke satelit extrim yang beam nya pun tercatat tidak sampai ke nusantara. Tapi kreatifitas treker parabola - penembak burung 36.000 km asal Indonesia sudah teruji sejak lama ya karena memang saja negara kita merupakan negara yang bisa dikatakan pelopor siaran TV satelit. Sejak akhir 70an kita memiliki satelit palapa yang mengudara dengan salah satu tujuannya untuk menyiarkan siaran televisi ke pelosok kepulauan terluar. Jadi jangan di tanya deh bagaimana sejarahnya mencari siaran sport gratisan sudah ada sejarahnya sejak tahun 80-an.

Semenjak internet dan media sosial semakin mendekatkan para treker se-nusantara, dimulai dengan website Forum Satelit dan kini group-group diskusi parabola juga menjamur muncul dan menjadi tempat nongkrong virtual. Apalagi para pengabdi adsense yang semakin gencar membuat konten youtube bertema "treking parabola", berbarengan dengan semakin murahnya perangkat parabola yang dapat dibeli online melalui ujung jempol. Jadi sejak tahun 2000an para pencari feed siaran bola, terutama saat event olahraga macam piala dunia, olimpiade, liga-liga eropa dan lain sebagainya, para treker Nusantara ini memang rajin berbagi siaran mana yang terbuka, bagaimana acakannya dan trick treking yang benar. Nama satelit berikut mungkin sangat familier 10 tahun belakangan ini : Asiasat5, Intelsat19, Eutelsat172B dan yang akan saya sedikit bahas sekarang adalah Yamal 601 yang berada pada 49 derajat Bujur Timur. Dan kalau dilihat lokasi dan beam nya satelit milik russia ke nusantara seperti ini :

 

Jadi dapat dibayangkan lokasinya yang extrem di ufuk barat dan kalau dilihat dari gambar diatas sinyal bisa didapatkan di sebagian utara kepulauan nusantara. Tapi jangan menamakan diri Penggila Parabola Sejati kalau tidak mencoba mencari sinyal satelit ini demi siaran bola dan kates ( katanya ada tiap malam). Dari laporan di forum dan group facebook bahwa ada treker dari lombok yang sukses treking yamal 601 dengan sinyal yang bagus.

Salah satu ciri khas dari parabola yang treking ke "bang Jamal" selain menungging ke barat sangat extrim, juga terdapat sekat dielektrik dari bahan mika untuk memodifikasi LNB C band umum menjadi sesuai dengan polarisasi satelit yamal yang circular (Right - Left bukan Vertikal -Horizontal). Dari ilmu propagasi sinyal kita ketahui bahwa lengkung bumi akan mengakibatkan perubahan polaritas terhadap gelombang microwave dengan jarak jauh, sehingga untuk beam yang extrem ke belahan bumi dekat kutub utara /selatan maka dapat dipastikan polaritas propagasi sinyalnya dibuat circular.

Jadi bahan dielektrik yang memiliki kualitas lumayan dan harga terjangkau adalah talenan masak di dapur. Jangan heran banyak ibu-ibu marah gegara mendapati talenannya berubah bentuk.

Kemarahan ibu-ibu penguasa dapur mungkin akan menjadi lebih parah ketika pada akhir september 2020 ternyata layar TV yang biasanya jernih dengan bahasa ruskyi kini menjadi hijau berkotak-kotak, ini karena sepertinya ada laporan dari pihak pemilik hak siar sepakbola di Indonesia kepada pihak yamal / match tv russia. Menyedihkan memang tapi ini adalah pola yang selalu berulang ketika para treker nusantara saling berbagi informasi dengan "vulgar" dan akhirnya membuat panas telinga pemilik hak siar siaran olahraga di Indonesia.

Jadi cerita lama berulang kembali dan pastinya banyak yang kecewa dan bisa ditebak banyak yang akan mengembalikan parabolanya ke arah ubun-ubun mencari satelit milik NKRI - TELKOM MERAH PUTIH. Saatnya kita tunjukkan cinta kepada tanah air kawan ! Tapi kalau ada info siaran bola gratis bagi-bagi yaa...dan ramai lagi deh menunggingkan parabola ke satelit negeri nun jauh disana.

 

Read More

Apa sih DVB-T2 Itu? Mengenal teknik modulasi QPSK [part 2]

".....disadur dari berbagai sumber ...."

QPSK - Quadrature Phase Shift Keying -adalah teknik modulasi sinyal digital yang paling banyak digunakan, seperti yang digunakan dalam komunikasi nirkabel, seperti standar WLAN / Wi-Fi dan WiMAX, serta banyak sistem seluler GSM dan sistem  siaran TV Digital (DVB). Dalam skema quadrature phase-shift keying (QPSK), dua bit dikelompokkan pada satu waktu, dan dipetakan menjadi salah satu dari empat kemungkinan sinyal.

Dalam dunia elektronik kabel, sinyal analog menunjukkan variasi kontinu sedangkan sinyal digital mengasumsikan (idealnya) salah satu dari dua keadaan diskrit. Perbedaan ini dapat diperluas ke sistem yang mengirimkan data melalui radiasi elektromagnetik, bukan arus listrik yang mengalir melalui kabel.

Ketika digunakan untuk sinyal analog, modulasi frekuensi (FM) dan modulasi amplitudo (AM) menyebabkan variasi terus menerus dalam frekuensi atau amplitudo dari gelombang pembawa. Ketika teknik modulasi digunakan untuk komunikasi digital, variasi yang diterapkan pada pembawa dibatasi sesuai dengan informasi diskrit yang dikirimkan.

Modul ASK yg umum untuk arduino

Contoh jenis modulasi digital yang umum adalah OOK ( on / off keying), ASK (Amplitudo shift keying), dan FSK (Frequency shift Keying). Skema ini menyebabkan pembawa mengasumsikan salah satu dari dua kemungkinan status tergantung pada apakah sistem harus mengirimkan biner 1 atau biner 0, dimana setiap status pembawa diskrit disebut sebagai simbol.

Quadrature phase shift keying (QPSK) adalah teknik modulasi lain, dan ini sangat menarik karena sebenarnya mentransmisikan dua bit per simbol. Dengan kata lain, simbol QPSK tidak mewakili 0 atau 1 — ini mewakili 00, 01, 10, atau 11.

Performa dua bit per simbol ini dimungkinkan karena variasi pembawa tidak terbatas pada dua status. Dalam ASK, misalnya (liat pada gambar grafik ASK), amplitudo pembawa adalah opsi amplitudo A (mewakili 1) atau opsi amplitudo B (mewakili 0). Di QPSK, pembawa bervariasi dalam hal fase, bukan frekuensi, dan ada empat kemungkinan pergeseran fase.

Kita dapat secara intuitif menentukan apa empat kemungkinan pergeseran fase ini: Pertama kita ingat bahwa modulasi hanyalah awal dari proses komunikasi; penerima harus dapat mengekstrak informasi asli dari sinyal termodulasi. Selanjutnya, masuk akal untuk mencari pemisahan maksimum antara opsi empat fase, sehingga penerima memiliki sedikit kesulitan dalam membedakan satu keadaan dari yang lain. Kami memiliki 360 ° fase untuk dikerjakan dan empat status fase, dan dengan demikian pemisahan harus 360 ° / 4 = 90 °. Jadi empat pergeseran fase QPSK  adalah 45 °, 135 °, 225 °, dan 315 ° (gambar bisa dilihat paling atas). 

Ada alasan lain mengapa masuk akal untuk memilih 45 °, 135 °, 225 °, dan 315 °: mereka mudah dihasilkan menggunakan teknik modulasi I / Q karena menjumlahkan sinyal I dan Q yang terbalik atau tidak dibalik menghasilkan empat pergeseran fasa ini . Tabel berikut harus bisa menjelaskan hal ini:

jika bingung bisa baca lengkap modulasi I/Q disini

Dibandingkan dengan skema modulasi yang mengirimkan satu bit per simbol, QPSK menguntungkan dalam hal efisiensi bandwidth. Misalnya, bayangkan sinyal baseband analog dalam sistem BPSK (penguncian pergeseran fasa biner). BPSK menggunakan dua kemungkinan pergeseran fase, bukan empat, dan dengan demikian hanya dapat mengirimkan satu bit per simbol. Sinyal baseband memiliki frekuensi tertentu, dan selama setiap periode simbol, satu bit dapat dikirim. Sistem QPSK dapat menggunakan sinyal pita dasar dengan frekuensi yang sama, namun sistem ini mentransmisikan dua bit selama setiap periode simbol. Jadi, efisiensi bandwidth-nya (idealnya) lebih tinggi dengan faktor dua.

courtesy of : https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/quadrature-phase-shift-keying-qpsk-modulation/ , https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/quadrature-phase-shift-keying

Read More