berkaitan dengan pengembangan dan pemanfaatan teknologi OFDM-RoF
ditunjukkan pada Tabel 2.1 termasuk mekanisme up/down-conversion dan
penggunaan photodetector dapat diuraikan sebagai berikut.
Penelitian sebelumnya menganalisis unjuk kerja modulasi OFDM
menggunakan QAM dan PSK (phase shift keying), seperti 16-QAM, 8-
PSK, dan 16-PSK, menggunakan external modulator untuk mekanisme
up-conversion 20 Gbps dan 30 Gbps sinyal OFDM pada microwave
carrier 20-GHz melewati 40 km SMF, sedangkan pada sisi receiver
menerapkan direct detection untuk mekanisme down-conversion. Metode
ini lebih dikenal dengan EM-DD (external modulated-direct detection).
Penelitian terkait dengan metode coherent detection telah banyak
dilakukan diantara penelitian, telah melaporkan hasil eksperimen untuk
PDC (photonic down conversion) yang diterapkan untuk link PM-Coh
(phase modulated coherent). Penelitian ini menggunakan DFB laser
(distributed feedback laser) dan CW laser -2 dBm 1550 nm untuk
frekuensi carrier RF yang tinggi (5 GHz) sebagai input dari phase
modulator dan EAM (electro absorption modulator). Hasil penelitian ini
menunjukkan bahwa bit rate 50 Mbps dapat dicapai dengan modulasi
BPSK melewati 40 km SMF, tetapi didapatkan power penalty sebesar 2
dB untuk BER 10-3.
menghubungkan dual stage output OFDM ke 2 MZM (Mach Zehnder
modulator) yang akan disatukan dengan optical power combiner, dua
dioda CW (continuous wave) laser terhubung ke input optik MZM-1 dan
MZM-2, dimana masih membutuhkan satu MZM dan LO (local
oscillator). Sedangkan pada penelitan pengembangan yang sekarang ini
melakukan variasi daya dengan jarak 70 km SMF dan variasi daya input
antara -8 dBm sampai 8 dBm. Hasil dari penelitian ini memiliki beberapa
perbandingan antara metode-metode yang digunakan. Seperti modulasi
eksternal yang digunakan, penggunaan modulator, serta parameter-
parameter input pada sistem OFDM dan daya input pada CW laser.
13101054 8
Ref Judul Metode/ Tool Parameter Hasil/Kelebihan Kekurangan
[1]
& 30Gbps meski memerlukan
BER masih tinggi. Belum
untuk subcarrier 16, cocok
untuk transmisi dengan daya
[3]
jumlah subcarrier 512
[4]
Performance
sama dan dapat meningkatkan
bit rate, optical amplifier
menyebabkan nilai Q Factor
900 Mbps dibandingkan
Serat optik merupakan media transmisi yang terbuat dari kaca atau
plastik yang sangat halus, dan dapat digunakan untuk mentransmisikan
sinyal cahaya. Pada prinsipnya, serat optik memantulkan dan
membiaskan sejumlah cahaya yang merambat di dalamnya. Serat optik
menggunakan prinsip pemantulan sempurna dengan membuat kedua
indeks bias dari core dan cladding berbeda. Serat optik memiliki
bandwith yang besar sehingga pentransmisian data menjadi lebih banyak
dan lebih cepat, sehingga sangat cocok digunakan dalam aplikasi sistem
telekomunikasi [11].
Gambar 2.3 Struktur Serat Optik [11]
1. Core (inti serat optik)
Core terbuat dari bahan kuarsa dengan kualitas sangat tinggi,
core merupakan bagian utama dari serat optik yang merupakan
tempat perambatan cahaya sebenarnya. Core memiliki diameter 8
μm - 50 μm. Ukuran core ini sangat mempengaruhi karakteristik
serat optik (singlemode atau multimode).
2. Cladding
indeks bias lebih kecil dari indeks bias core. Cladding merupakan
selubung dari core yang akan mempengaruhi perambatan apakah
dibiaskan atau dipantulkan. Cladding terbuat dari bahan gelas atau
plastik.
bahan plastik. Berdasarkan cara perambatannya, jenis-jenis serat
optik terbagi menjadi 3 yaitu :
13101054 11
Step index singlemode ini merupakan jenis serat optik yang hanya
mempunyai satu jenis perambatan cahaya, yaitu merambat lurus
(sejajar dengan sumbu utama serat optik). Diameter core step index
singlemode sangat kecil yaitu 8-12 μm. Jenis serat optik ini memiliki
bit rate yang besar.
b. Step Index Multimode
Jenis kabel step index multimode ini merupakan jenis serat optik
yang mempunyai index bias konstan sehingga terjadi berbagai jenis
perambatan cahaya. Pada step index multimode, diameter core besar
dan dilapisi cladding yang tipis. Serat optik jenis ini memiliki bit
rate rendah, serta memiliki dispersi yang besar karena mempunyai
banyak perambatan cahaya sehingga terjadi pelebaran informasi
pada penerimaannya. Keuntungan dari serat optik jenis ini adalah
memudahkan dalam penyambungan karena mempunyai core yang
besar.
Serat optik graded index multimode ini mempunyai core yang terdiri
dari sejumlah lapisan gelas yang memiliki indeks bias yang berbeda,
dan indeks bias tertinggi terdapat pada pusat core. Dengan indeks
bias yang berbeda tersebut mengakibatkan dispersi waktu dengan
berbagai mode cahaya yang merambat berkurang karena cahaya akan
tiba pada waktu yang bersamaaan walaupun terjadi banyak lintasan
propagasi[11].
Radio over fiber merupakan suatu proses pengiriman sinyal radio
melalui kabel serat optis. Pada dasarnya, teknologi RoF mentransmisikan
sinyal gelombang radio dari Base Station ke Remote Antena Unit (RAU)
[3]. Kegunaan pemrosesan sinyal gelombang radio seperti menaikkan
frekuensi, memodulasi, melakukan multiplexing dan kemudian diteruskan
melalui antenna. Jaringan broadband-wireless masa depan mungkin akan
menggunakan arsitektur RoF (radio over fiber) untuk menyediakan
konektivitas nirkabel untuk pengguna dan untuk memenuhi meningkatnya
permintaan layanan multimedia. Aplikasi teknologi RoF meliputi jaringan
selular, komunikasi satelit, MVDS (multipoint video distribution
services), BMS (broadband mobile system) dan wireless LAN melalui
13101054 12
jaringan optik [3]. Penggunaan serat optis membuat kualitas sinyal suara
yang ditransmisikan tetap bagus atau dapat dikatakan gangguan yang
timbul selama proses transmisi kecil, sehingga sinyal yang dibawanya
tetap baik, selain itu dengan menggunakan kabel serat optis dapat
menghemat biaya serta menambah performa untuk high speed fiber
berdasarkan akses nirkabel, topologi dan komponen jaringan RoF dapat
ditunjukan pada Gambar 2.4 [4].
Radio Transmitter (WiMAX,UWB,LTE)
Fungsi pemrosesan sinyal RF pada sistem komunikasi wireless yang
umum, seperti menaikkan frekuensi, modulasi carrier dan multipleksing
dilakukan di BS (base station) dan kemudian diteruskan ke antena. RoF
memungkinkan untuk melakukan pemusatan fungsi pemrosesan sinyal RF
pada BSC (base station control), dan kemudian menggunakan serat optis
untuk mendistribusikan sinyal RF ke RAU (radio access unit) sehingga
konfigurasi RAU menjadi lebih sederhana. Sentralisasi fungsi pemrosesan
sinyal RF memungkinkan pemakaian peralatan secara bersama, alokasi
resource secara dinamis, dan menyederhanakan sistem operasi dan
perawatan yang berarti penghematan besar pada instalasi dan operasional
sistem. Pada intinya komunikasi RoF meminimalisir gangguan yang
ditimbulkan dari sifat seluler pada komunikasi radio antara BSC dan BTS
(base transceiver station) [4].
Radio over fiber merupakan teknologi yang ideal untuk jaringan
micro cellular dimana setiap port radio micro cell terdiri dari repeater
optoelektronik yang dihubungkan melalui jalur serat optis menuju sentral
radio dan peralatan kontrol, diletakkan pada daerah macrocell yang sudah
ada. Sistem ini menggunakan micro cell dan pico cell untuk menyediakan
bandwidth yang lebar yang dapat memecahkan masalah keterbatasan
13101054 13
dasar RoF terdiri dari interface bidirectional, yaitu transmitter laser serta
penerima photodiode yang terletak pada base station atau remote antenna
unit, yang dipasangkan dengan transmitter laser serta penerima
photodiode yang terletak pada radio processing unit seperti pada Gambar
2.5 [5]. Sinyal masukan RF diaplikasikan pada laser diode untuk
memodulasi intensitas dari carrier optis dan sinyal tersebut dideteksi
secara langsung pada photodiode untuk dikonversi kembali menjadi sinyal
asli yang dikirimkan. Serat optik memiliki low loss transmission (0,3
dB/km pada 1550 nm dan 0.5dB/km pada panjang gelombang 1310 nm)
yang sangat bermanfaat untuk mendistribusikan transmisi data nirkabel.
Minimum loss terjadi pada tiga panjang gelombang, yang 850 nm, 1310
nm dan 1550 nm. Serat optis yang digunakan dapat berupa multi mode
maupun single mode. Single mode digunakan pada jaringan dengan
kebutuhan bandwidth yang lebih besar dan jarak transmisi yang jauh [5].
Gambar 2.5 Blok jalur optis Bidirectional menggunakan modulasi Lansung
dari Laser Diode [5]
ditumpangkan dengan cahaya dan ditransmisikan melalui serat optis.
Jenis gelombang elektromagnetik yang digunakan adalah mm-wave
(milimeter wave). Milimeter wave adalah nama untuk gelombang
elektromagnetik dengan frekuensi antara 30 GHz-300 GHz untuk
pengiriman sinyal microwave frekuensi tinggi menggunakan serat
optis. Jenis mm-wave dapat diklasifikasikan menjadi tiga bagian yaitu
DIM (direct intensity modulation), EIM (external intensity
modulation), OSH (optical self heterodyne) [3].
2.3.2 Keunggulan Radio over Fiber
Beberapa keunggulan pada sistem komunikasi RoF diantaranya
adalah rugi-rugi media saluran yang rendah, bandwidth yang lebar,
13101054 14
radio over fiber lebih disukai karena bandwidth besar yang ditawarkan
serat optik, yakni sampai THz [3]. Format data banyak seperti video,
data, telepon dan lain-lain dapat ditransfer melalui link serat tunggal.
Bandwidth optik yang tinggi memungkinkan pemrosesan sinyal
kecepatan tinggi [3].
bebas atau melalui jalur transmisi selalu bermasalah dan mahal. Di
ruang bebas, banyak loss akibat penyerapan dan peningkatan refleksi
dengan frekuensi. Dalam saluran transmisi, impedansi meningkat seiring
dengan frekuensi menyebabkan loss yang sangat tinggi, sehingga untuk
mendistribusikan radio frekuensi tinggi sinyal elektrik jarak-jauh
memerlukan banyak penguatan [5]. Solusi alternatif masalah ini adalah
dengan mendistribusikan sinyal baseband atau sinyal frekuensi rendah
antara (IF) pada pusat switching (head end) ke BTS, akan tetapi karena
serat optis menawarkan loss yang sangat rendah, teknologi RoF dapat
digunakan untuk mencapai kedua distribusi dengan loss gelombang mm
yang kecil, dan berperan dalam penyederhanaan RAU (remote access
unit) pada waktu yang sama [5]. Standar komersial yang tersedia SMF
berbahan kaca (silika) yang memiliki loss redaman di bawah 0,2 dB/km
dan 0,5 dB km pada 1550 nm dan 1300 nm window. POF (polimer
optical fiber) adalah jenis serat optis yang lebih baru memiliki atenuasi
yang lebih tinggi berkisar antara 10-40 dB/km di daerah kerja 500-1300
nm [3].
yang sangat menarik dalam komunikasi serat optis, khususnya untuk
transmisi microwave. Hal ini karena sinyal tersebut dikirimkan dalam
bentuk cahaya melalui serat, karena kekebalan tersebut kabel serat optis
lebih disukai bahkan untuk koneksi jarak pendek pada gelombang
berukuran mm. Kekebalan EMI (electromagnetic interfrence) adalah
kekebalan yang berkaitan terhadap eavesdropping, yang merupakan
karakteristik penting komunikasi serat optis karena menyediakan privasi
dan keamanan [4].
Ada 3 jenis pendekatan untuk mengangkut sinyal radio melalui serat
optik pada sistem RoF yang diklasifikasikan berdasarkan jenis pita
frekuensi terlihat pada gambar 2.6 [7].
Gambar 2.6 Skema Pentransmisian Sinyal RoF [7]
1. Baseband over Fiber
satu buah untuk mentransmisikan data. Oleh karena itu, dalam satu
media tersebut hanya terdapat satu sinyal yang memiliki arti. Salah
satu contoh pengguna metode baseband adalah Ethernet [7]. Gambar
2.7 berikut menampilkan hardware pada CO dan BS dalam sistem
HFR untuk downstream transmisi sinyal baseband-over fiber :
Gambar 2.7. Hardware pada CO dan BS dalam Sistem HFR (Hybrid Fiber
Radio) untuk Downstream Transmisi Sinyal Baseband-over Fiber [7].
2. IF - over Fiber
dengan frekuensi yang lebih rendah (kurang dari 10 GHz)
digunakan untuk modulasi cahaya sebelum II-13 ditransmisikan
melalui saluran optik. Oleh karena itu, sinyal nirkabel diangkut
pada IF-over fiber [7]. Gambar 2.8 berikut menampilkan hardware
pada CO dan BS dalam sistem HFR untuk downstream transmisi
sinyal IF-over fiber :
13101054 16
Gambar 2.8. Hardware pada CO dan BS dalam Sistem HFR (Hybrid Fiber
Radio) untuk Downstream Transmisi Sinyal IF-over Fiber [7].
3. RF-over Fiber
besar dari 10 GHz), digunakan pada sinyal Lightwave sebelum
dibawa melalui saluran optik. Oleh karena itu, sinyal nirkabel optik
didistribusikan langsung ke Base Station (BS) dengan frekuensi
tinggi dan diubah dari optik ke sinyal listrik sebelum diperkuat dan
dipancarkan oleh antena. Akibatnya, tidak diperlukan up/down
converter di berbagai base station, sehingga menghasilkan
implementasi sederhana dan lebih hemat biaya [7]. Gambar 2.9
menampilkan hardware pada CO dan BS dalam sistem HFR untuk
downstream transmisi sinyal RF-over fiber :
Gambar 2.9. Hardware pada CO dan BS dalam Sistem HFR (Hybrid Fiber
Radio) untuk Downstream Transmisi Sinyal RF-over Fiber [7].
2.4 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
2.4.1 Pengertian OFDM
teknik transmisi data dengan pembawa multicarrier dalam sinyal yang
saling tegak lurus. OFDM dapat membawa data berkapasitas besar
dengan sinyal subcarrier yang saling tegak lurus sehingga
memungkinkan tercapainya pengiriman data dengan kecepatan tinggi
[2]. Pengiriman data multimedia yang umumnya berukuran besar
diperlukan kecepatan yang tinggi serta kapasitas yang besar untuk
13101054 17
ditransmisikan pada kecepatan yang sangat tinggi maka akan
menimbulkan efek samping yaitu waktu penundaaan (delay) yang besar
dari waktu pengiriman satu simbol [2].
OFDM adalah bentuk khusus dari teknik transmisi multi-carrier
yang tingkat tinggi aliran data tunggal dibagi menjadi beberapa tingkat
rendah aliran data. Data ini aliran kemudian dimodulasikan
menggunakan sub-carriers yang orthogonal satu sama lain. Dengan cara
ini tingkat simbol di setiap subbuluh sangat berkurang, dan karenanya
efek ISI (intersymbol interference) karena saluran dispersi dalam waktu
yang disebabkan adanya multipath/delay spread yang berkurang [8].
Prinsip dasar dari OFDM adalah pembagian high speed data rate
ke dalam aliran low speed data rate yang dikirim secara simultan
melalui beberapa subcarrier yang saling tegak lurus. Keunggulan dari
OFDM dapat memberikan efisiensi bandwith yang baik dengan
meletakkan subcarrier yang memiliki frekuensi berdekatan sehingga
membuat terjadinya overlap antar frekuensi tanpa menimbulkan
interferensi satu dengan yang lain [2].
Konfigurasi sederhana sistem OFDM dapat dilihat pada Gambar
diawah ini. Pada bagian pengirim, bit kirim yang berbentuk serial
dirubah menjadi bentuk paralel. Selanjutnya dilakukan pemetaan yaitu
dapat menggunakan BPSK (binary phase shift keying), QPSK
(quadrature phase shift keying) atau modulasi QAM (quadrature
amplitude modulation). pada Gambar 2.10 terlihat bahwa pemetaan
yang digunakan adalah QAM/PSK [9].
Gambar 2.10 Diagram Blok Sistem OFDM [9]
13101054 18
suatu algoritma cepat dari IDFT (inverse discrete fourier transform).
IFFT mempunyai beban komputasi yang lebih rendah dan waktu
komputasi yang lebih cepat dibandingkan dengan IDFT. IFFT berfungsi
untuk mengubah sinyal dari fungsi frekuensi menjadi fungsi waktu.
Penggunaan IFFT dimaksudkan untuk menggantikan fungsi dari
modulator analog pada sistem OFDM. Penggunaan modulator analog
yang cukup banyak pada OFDM akan membuat sistem OFDM sulit
diwujudkan karena perangkat kerasnya akan menjadi sangat rumit,
sehingga IFFT digunakan untuk menggantikan fungsi modulator analog
pada OFDM [9].
bilangan kompleks dirubah menjadi bentuk serial dengan cara
memisahkan antara bagian real dan imajiner. Setelah itu, pada kuadratur
simbol OFDM tersebut dimodulasi dan kemudian dijumlahkan [9].
Keluaran dari kuadratur ini selanjutnya dirubah menjadi bentuk analog
dengan menggunakan pengubah digital ke analog DAC (digital to
analogue conventer). Pada akhirnya sinyal informasi dikirimkan melalui
kanal transmisi sehingga dapat diterima oleh bagian penerima. Pada
bagian penerima dilakukan proses yang berkebalikan dengan bagian
pengirim sehingga pada akhirnya didapatkan informasi berupa bit asli
yang diterima [9]. Sebuah sinyal OFDM adalah penjumlahan dari sub-
carrier yang dimodulasi menggunakan PSK atau QAM, dimana simbol
tersebut dapat ditulis sebagai berikut [8].
Tttttt T
i j
Dimana Ns adalah jumlah sub-channel dan T adalah durasi symbol.
2.4.2 Kelebihan OFDM
OFDM adalah salah satu jenis dari multicarrier (FDM), tetapi
memiliki efisensi pemakaian frekuensi yang jauh lebih baik. Pada
OFDM overlap antar frekuensi yang bersebelahan diperbolehkan,
karena masing-masing sudah saling orthogonal, sedangkan pada
sistem multicarrier konvensional untuk mencegah interferensi antar
13101054 19
(guard band), dimana hal ini memiliki efek samping berupa
menurunnya kecepatan transmisi bila dibandingkan dengan sistem
singlecarrier dengan lebar spektrum yang sama. Selain itu pada
multicarrier konvensional juga diperlukan band pass filter sebanyak
frekuensi yang digunakan, sedangkan pada OFDM cukup
menggunakan FFT saja [8].
Dengan menggunakan teknologi OFDM, meskipun jalur komunikasi
yang digunakan memiliki karakteristik frequency selective fading
(dimana bandwidth channel lebih sempit daripada bandwidth
transmisi sehingga mengakibatkan pelemahan daya terima secara
tidak seragam pada beberapa frekuensi tertentu), tetapi tiap
subcarrier dari sistem OFDM hanya mengalami flat fading
(pelemahan daya terima secara seragam) [8]. Teknologi OFDM bisa
mengubah frequency selective fading menjadi flat fading, karena
transmisi menggunakan subcarrier dengan jumlah yang sangat
banyak, sehingga kecepatan transmisi di tiap subcarrier sangat
rendah dan bandwidth dari tiap subcarrier sangat sempit, lebih
sempit daripada coherence bandwidth (lebar daripada bandwidth
yang memiliki karakteristik yang relatif sama). Dengan demikian
masing-masing subcarrier hanya terkena flat fading [8].
3. Tidak sensitif terhadap sinyal tunda
Dengan rendahnya kecepatan transmisi di tiap subcarrier berarti
periode simbolnya menjadi lebih panjang sehingga kesensitifan
sistem terhadap delay spread (penyebaran sinyal-sinyal yang datang
terlambat) menjadi relatif berkurang [8].
4. Tahan terhadap ISI dan Fading
Untuk memudahkan proses demodulasi pada bagian FFT di receiver,
tiap-tiap subkanal OFDM haruslah terjaga orthogonalitasnya. Tetapi
akibat respon kanal yang buruk, akan terjadi distorsi linear yang
menyebabkan energi pada tiap-tiap subkanal menyebar ke subkanal
di sekitarnya [8]. Delay spread menyebabkan waktu kedatangan
sinyal bervariasi. Hal-hal ini lah yang menyebabkan terjadinya inter
symbol interference (ISI). ISI pada sistem OFDM dapat dihilangkan
dengan menyisipkan guard interval atau yang sering dikenal dengan
cyclic prefic (CP). Caranya dengan menyalin bagian akhir simbol
sepanjang periode CP yang digunakan dan menempatkannya pada
13101054 20
2.5 MODULASI DIGITAL QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
Modulasi digital adalah proses perubahan parameter suatu sinyal
pembawa oleh sinyal pemodulasi yang berbentuk digital. Parameter sinyal
pembawa yang dapat dirubah adalah amplitudo, frekuensi dan fasa. Tujuan
dilakukannya modulasi digital diantaranya adalah supaya sinyal
pemodulasi atau sinyal informasi dapat dikirimkan dengan cara
dimodulasikan pada sinyal pembawa yang sesuai dengan karakter dari
kanal transmisi [9]. QAM merupakan suatu bentuk modulasi digital yang
digunakan pada sistem OFDM. Parameter sinyal pembawa yang dirubah
pada QAM adalah amplitudo dan fasa. Pada saat ini dikenal beberapa jenis
QAM yaitu diantaranya 16-QAM, 64-QAM dan 256-QAM. Perbedaan
jenis QAM itu didasarkan pada jumlah bit informasi yang terkandung pada
setiap simbol QAM. N-QAM menunjukan simbol QAM mewakili 2logN
bit informasi. Hal ini berarti jumlah bit informasi yang terkandung dalam
setiap simbol 16-QAM adalah 4 bit [10].
Satu simbol QAM merupakan suatu bilangan kompleks yang terdiri
dari komponen real dan imajiner. Komponen real disebut komponen I
(inphase) sedangkan komponen imajiner disebut komponen Q
(quadrature). Kedua komponen ini biasanya digambarkan dalam diagram
dua dimensi yang disebut diagram konstelasi. Diagram konstelasi 16-QAM
dapat dilihat pada gambar 2.11.
Gambar 2.11 Diagram Konstelasi 16 QAM [10]
Input QAM berupa bit serial sejumlah M bit dipilah-pilah menjadi M/2
bit genap dan M/2 bit ganjil. Selanjutnya bit tersebut dirubah menjadi sandi
13101054 21
Gray. Pengubahan menjadi sandi Gray ini dimaksudkan agar setiap simbol
yang berdekatan hanya berbeda satu bit. Pada Tabel 2.1 diperlihatkan
pengubahan bit biner menjadi sandi Gray pada 16-QAM. Bit biner yang
akan dirubah adalah B0 dan B1 sedangkan sandi Gray yang dihasilkan
adalah G0 dan G1.[10].
Tabel 2.1. Pengubahan Bit Biner menjadi Gray Coding pada 16-QAM
B0 B1 G0 G1
0 0 0 0
0 1 0 1
1 0 1 1
1 1 1 0
komponen I sedangkan sandi Gray yang berasal dari bit ganjil
merupakan komponen Q, selanjutnya dilakukan pemetaan terhadap
komponen I dan Q sehingga akan terbentuk sinyal sk = I – j Q. Pada
persamaan tersebut, simbol yang mewakili sejumlah bit dinyatakan
sebagai m(t) = x(t) – j y(t). Komponen I merupakan x(t) dan komponen
Q merupakan y(t). Sedangkan frekuensi pembawa adalah f.
ftj
2.6 OPTICAL LASER (CW Laser)
CW (continuous wave) laser merupakan sebuah laser atau optical
source yang digunakan menghasilkan sebuah gelombang sinyal optik
kontinu, dimana rata-rata power output dapat ditentukan sebelumnya.
Laser phase niose dari CW laser dimodelkan menggunakan fungsi
densitas probabilitas sebagai berikut [4].
fdte fdt
f 4
dan dt adalah waktu diskritisasi. Sebuah variabel acak Gaussian untuk
perbedaan fasa antara two successive time instans dengan zero mean dan
sebauh variance diasumsikan sama dengan, dengan sebagai laser
13101054 22
linewidth. Dalam sistem, output dari CW laser akan dikalikan dengan
sebuah vektor kompleks berdasarkan state polarisasi sebagai berikut :
tP ke
dimana power splitting k dan perbedaan fasa terkait dengan parameter
azimuth dan ellipticity sebagai berikut:
sin122sin
21
LiNb-MZM (Lithium Niobate Mach-Zehnder) merupakan modulator
optik yang terdiri dari sebuahh cabang input optik, yang membagi cahaya
yang masuk menjadi dua lengan, diikuti dua lengan optik independen,
yang kemudian digabungkan menggunakan cabang optik output.
Penerapan sinyal listrik ke salah satu lengan optik mengontrol derajat
noise di cabang optik output yang mengontrol intensitas output [11].
Output optical field dari LiNb MZM dapat ditentukan sebagai berikut [11]
DC
bias
RFDC
bias
10 20 (2.6)
dimana Ein(t) adalah input (sinyal optik), IL adalah parameter insertion loss,
v1(t) dan v2(t) adalah input electrical voltage untuk upper (1) dan lower (2)
lengan modulator, vbias1(t) dan vbias2(t) adalah pengaturan bias tegangan 1
dan bias tegangan 2, adalah modulasi switching dan tegangan bias, dan
dilambangkan oleh power splitting ratio dari Y-Branch waveguide
(diasumsikan simetris), dan diberikan berdasarkan persamaan berikut :
10/10 2/ 1
Mach-Zehnder modulator biasanya dioperasikan pada tiga poin bias: peak
(puncak), quadrature dan null seperti pada Gambar 2.12 dimana untuk null
setting, operating bias 21 VV diset pada V , untuk peak setting,
13101054 23
operating bias 21 VV di-set 0, dan untuk quadrature setting, operating
bias 21 VV di-set menjadi V5.0 .
Gambar 2.12 MZ Modulator Transmittance Funcion [11]
2.8 PHOTODIODE PIN
optik menjadi arus listrik berdasarkan device‘s responsivity [12]. Model
ini mencakup:
user-defined)
2) Noise source modeling (dark current, thermal noise, shot noise)
3) Frequency response models (ideal, RC-limited, defined)
Sinyal dan noise optik yang masuk akan disaring oleh sebuah
rectangle filter ideal untuk mengurangi jumlah sampel dalam sinyal
listrik. Tipe perhitungan noise dapat dalam mode numerical, dimana
optical noise bins dikonversi kedalam Gaussian noise dalam bandwidth
sinyal [12]. Gabungan optical field kemudian diubah menjadi daya optik.
Jika option numerical-convert noise bins yang dipilih, output noise dan
sinyal digabungkan, jika dalam mode numerical saja, sinyal dan noise
dapat dipisahkan.
resistance (RL), absolute temperature (T) and effective noise bandwidth
(Beff) :
eff
L
B
..42
(2.8)
Dimana kB is konstanta Boltzmann. Parameter Add shot noise aktif pada
PIN dan parameter distribusi shot noise adalah Gaussian, maka daya
optik diubah menjadi arus listrik berdasarkan persamaan berikut :
tiititi shds (2.9)
Dimana is(t) adalah sinyal optik yang dihitung dari responsivitas r :
trPti ss (2.10)
dan id is dark current, dimana thermal noise current dapat ditambahkan
untuk parameter ini. Responsivity dari sebuah photodetector dapat
berdasarkan material pembuatannya seperti Si (Silicon), Ge (Germanium),
and InGaAs
(Indium Gallium
APD (avalanche photodiode) memiliki parameter tambahan saat
add shot noise aktif dan parameter distribusi shot noise adalah Gaussian,
maka daya optik diubah menjadi arus listrik berdasarkan persamaan :
tiitititi shdths (2.11)
dimana is(t) adalah sinyal optik yang dihitung dari responsivitas r
ditambah dengan penguatan/gain M sebagai berikut :
tMrPti ss (2.12)
dimana ith(t) is thermal noise current yang dihitung dari power spectral
density berdasarkan parameter thermal noise and id adalah additive dark
current. Shot noise current ish(t) dihitung berdasarkan power spectral
density seperti persamaan berikut :
(2.13)
Dimana idm adalah dark current and F berhubungan dengan nilai M :
kMkMMF 1/12 (2.14)
dimana k adalah ionization ratio. Parameter optical Gaussian filter dapat
diperoleh dari filter transfer function sebagai berikut [12] :
13101054 25
dimana H(f) adalah filter transfer function, adalah parameter insertion
loss, fc adalah filter center frequency, B adalah parameter bandwidth, N
adalah parameter order, dan f adalah frekuensi sinyal.
2.9 OPTICAL COHERENT DETECTION
pendeteksian yang digunakan pada penelitian ini adalah coherent
detection. Pada Coherent Detection, sumber optik dimodulasi dengan
intensitas, frekuensi atau fasa oleh sinyal input analog. Setelah dimodulasi
dengan eksternal modulator, sinyal dilewatkan ke serat optik sampai ke
receiver di mana kemudian sinyal digabung dengan output dari laser
osilator lokal.
sinyal elektrik yang terpusat pada frekuensi diantara sumber optik yang
tidak termodulasi dengan laser local osilator.
Metode coherent detection menggunakan sebuah local diode atau
local oscillator untuk mendeteksi sinyal optik yang diterima.
Karakterisasi yang penting dalam penggunaan local diode adalah
kesamaan linewidth laser di transmitter [6]. Sistem ini terdiri dari analog
optik front-end dan sebuah IQ mixer digital. Optical front-end terdiri dari
90 o hybrid optik (optical phase shifter), beberapa balanced photodiode,
dan local laser diode seperti pada Gambar 2.14 [6]. Untuk mengamati
fasa informasi di hybrid optik, cahaya yang diterima digabung dengan
local light dengan frekuensi dan linewidth yang sesuai dengan frekuensi
carrier. Teknik coherent detection ini mengatasi kesulitan dalam hal
sinkronisasi karena adanya frekuensi drift (melayang) dari Δf laser dan
hasil dari CFO (carrier frequency offset), karna adanya sebuah local
oscillator yang ditempatkan sebelum photodiode [6].
13101054 26
Sistem pendeteksian coherent detection mempunyai 3 keunggulan utama
dibandingkan dengan Direct Detection yaitu [6]:
1. Shot noise sangat kecil, walaupun daya sinyal sangat kecil. Hal ini
karena kita bisa mengubah daya lokal osilator.
2. Sistem koheren dapat menggunakan 3 jenis modulasi, yaitu intensitas,
frekuensi dan fasa. Sedangkan deteksi langsung hanya bisa
menggunakan intensitas saja.
3. Pada sistem koheren, selektivitas frekuensi sangat baik, karena adanya
post photodetector filter.
2.10 OPTISYSTEM 14.0.1
(user) dapat merencanakan, tes, dan mensimulasikan hampir setiap jenis
link optik di lapisan transmisi dengan spektrum yang luas dari jaringan
optik [7]. OptiSystem dapat meminimalkan kebutuhan waktu dan biaya
penurunan terkait dengan desain sistem optik, link, dan komponen lainnya.
OptiSystem dapat berintegrasi dengan software Optiwave lainnya seperti
OptiFiber yang digunakan untuk mendesain dan mengetahui nilai
parameter-parameter dari karakteristik fiber.
sistem telekomunikasi karena bersifat mengganggu terhadap sinyal asli
serta kehadirannya tidak bisa ditentukan (acak). Noise ini akan
mengganggu kualitas dari sinyal terima yang diinginkan dan akhirnya
menggangu proses penerimaan dan pengiriman data.
Gangguan yang diakibatkan oleh noise dapat mengubah sinya
informasi, yang menyebabkan gelombang sinus mempunyai sinyal derau
yang kecil yang bergabung didalamnya. Sehingga penerima tidak dapat
membedakan sinyal informasi yang sebenarnya dari derau yang
ditambahkan. Noise juga dapat merusak bentuk sinya yang asli,
menambah atau mengurangi amplitudonya, memperlambat waktu dan
bentuk-bentuk perubahan lainnya. Noise tidak hanya merusak sinyal
analog tetapi juga menyebabkan sistem modulasi digital yang tidak
berfungsi. Seperti pada gambar dibawah ini [19].
Gambar 2.11 Noise pada Gelombang Sinus[19]
2.11.1 Jenis-jenis Noise
Secara garis besar ada dua jenis sumber noise yaitu pertama disebut
external noise (derau yang berasal dari luar perangkat) dan yang kedua
internal noise (derau yang timbul dari perangkat itu sendiri).
1. External Noise
bersumber dari gangguan atmosfer diudara seperti kilat, radiasi, dan
badai. Derau ini mempengaruhi keadaan propogasi gelombang radio,
13101054 28
waktu, keadaan bumi, keadaan udara dan sebagainya[19].
2. Internal Noise
noise, dan noise kuantisasi.
material. Semakin tinggi suhu komponen daya noise akan semakin
besar.
noise akan memperbesar daya noise.
White noise (derau putih) merupakan suatu noise dengan
kerapatan spektral daya yang merata pada seluruh komponen
frekuensinya. Dikatakan white noise karena berpedoman pada
kenyataan bahwa sebenarnya cahaya putih merupakan kumpulan dari
berbagai warna yang dapat diuraikan secara merata melalui spektrum.
Flicker noise berkaitan dengan ketidakteraturan hubungan dan
permukaan pada semikonduktor. Kehadiran noise ini disebabkan oleh
terjadinya fluktuasi konduktivitas medium. Flicker noise memperbesar
daya noise sebanding dengan panjang gelombang. Noise ini terjadi
pada komponen yang memiliki frekuensi dibawah 100 Hz.
Noise kuantisasi timbul pada saat proses pengubahan sinyal analog
menjadi sinyal digital akibat pembulatan sinyal kontinyu keharga-
harga yang diskrit terutama dirasakan pada sinyal yang memiliki level
rendah. Noise kuantisasi menyebabkan timbulnya kesalahan dalam
regenerasi sinyal[19].
Kabel serat optik tidak dipengaruhi oleh sumber noise dari luar
yang menyebabkan problem seperti kabel tembaga karena cahaya luar
tidak dapat masuk pada serat optik kecuali pada transmitter. Buffer dan
outer jacket dapat mencegah sinar masuk atau keluar dari kabel. Lebih
lanjut, transmisi cahaya dari satu serat tidak akan menciptakan
interferensi ke serat lainnya. Artinya serat optik tidak memiliki masalah
crosstalk seperti halnya kabel tembaga. Meskipun serat optik
merupakan media transmisi terbaik untuk membawa data berukuran
besar dengan jarak yang jauh, bukan berarti tidak memiliki masalah.
13101054 29
Ketika cahaya melalui serat, ada beberapa energi cahaya yang hilang.
Pengurangan sinyal terjadi karena beberapa faktor yang melibatkan sifat
alami serat optic terdiri atas beberapa bagian yaitu :
1. Faktor utama yaitu scattering. Scattering cahaya dalam serat optik
disebabkan microscopic nonuniformity (distorsi) pada serat yang
memantulkan dan menghamburkan beberapa energi cahaya.
2. Absorption adalah faktor lain hilangnya energi. Ketika sinar cahaya
menghantam beberapa bahan kimia yang tidak murni dalam serat,
bahan tersebut menyerap sebagian energi. Energi cahaya tersebut
dirubah ke sejumlah kecil energi panas. Faktor lain yang
menyebabkan attenuation (pengurangan) dari sinyal cahaya adalah
pembuatan batas core dan cladding yang tidak baik. Energi hilang
karena kurang sempurnanya pemantulan yang disebabkan kasarnya
pembuatan kabel tersebut. Setiap ketidaksempurnaan walaupun
berukuran kecil akan mengurangi energi cahaya tersebut.
3. Dispersion (penghamburan) cahaya juga membatasi jarak dari
sebuah cahaya.cadalah istilah teknik untuk pelebaran pulsa sinyal
ketika menempuh perjalanan didalam serat optik.
4. Chromatic dispersion terjadi ketika beberapa panjang gelombang
suatu cahaya melakukan perjalanan pada kecepatan yang sedikit
berbeda melalui sebuah gelas dan melakukan seperti panjang
gelombang lainnya. I dealnya, sumber cahaya LED atau laser
mengeluarkan cahaya dalam satu frekuensi. Sayangnya laser, apalagi
LED mengeluarkan sekumpulan cahaya dengan panjang gelombang
berdekatan yang menyebabkan chromatic dispersion. Hal ini
membatasi panjang dari serat optik. Jika sinyal dikirim terlalu jauh
akan menyebabkan sinyal melebar, terpisah dan gelap ketika
mencapai penerima.
yang tidak sesuai. Jika serat optik ditarik atau dilengkungkan terlalu
ketat, akan menyebabkan patah yang kecil pada core serat optik dan
membuat sinar menjadi menghambur. Menekuk serat optik terlalu kuat
juga merubah sudut datang dari sinar. Kemudian sinar datang akan
menjadi kurang dari sudut kritis untuk pemantulan sempurna. Hal ini
menyebabkan beberapa sinar akan membias ke cladding dan hilang.
Untuk mencegah serat optik tertekuk terlalu tajam, biasanya serat
optikdimasukkan kedalam pipa yang disebut interducting. Interducting
jauh lebih kaku dari serat optik dan tidak dapat ditekuk terlalu tajam.
13101054 30
serat optik dan memastikan batas pelengkungan serat optik tidak dilalui.
Ketika serat optik telah dipasang, ujung dari serat optik harus
dipotongdan dihaluskan untuk memastikan ujungnya menjadi lebih
halus.Mikroskop atau instrumen test lainnya digunakan untuk
memastikanujungnya lebih tajam dan halus. Kemudian konektor
dipasang secara hati-hati. Pemasangan konektor yang tidak sesuai,
penyambungan yang tidak sesuai atau menyambungkan dua serat yang
berbeda ukuran corenya dapat mengurangi kekuatan sinyal.
Setelah kabel serat optik dan konektor terpasang, konektor dan
ujung serat optik harus dijaga untuk selalu bersih. Ujung dari serat optik
harus ditutup pelindung untuk mencegah kerusakan pada ujungnya.
Ketika penutupnya dilepas untuk memasang kabel tersebut maka ujung
serat optik harus dijaga kebersihannya. Bersihkan ujung kabel dengan
kain tissu pembersih lensa yang diberi alkohol isopropyl murni. Port
serat optik pada switch atau router juga harus dibersihkan. Ujung yang
kotor dapat menyebabkan hilangnya sinyal yang menuju penerima.
Sebelum menggunakan kabel serat optik, ujilah kabel tersebut
untukmemastikan sinyal dapat diterima dengan baik. Ketika
merencanakan jalur serat optik, hitunglah kehilangan energi yang masih
dapat ditoleransi. Hal tersebut disebut optical link loss budget. Alat ukur
yang digunakan untuk menguji serat optik adalah Optical Loss Meter
dan Optical Time Domain Reflectometers (OTDR). OTDR memiliki
kelebihan untuk menguji serat optik lebih lanjut dan dapat digunakan
untuk mengatasi masalah pada serat optik.