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.
