13101054 7

1 BAB II

DASAR TEORI

2.1 TINJAUAN PUSTAKA

Beberapa hasil peneltian atau jurnal publikasi yang telah dihasilkan

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.

Penelitian yang dikembangkan untuk sistem sekarang ini

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

Tabel 2.1 Perbandingan penelitian yang terkai dengan sitem OFDM-RoF

Ref Judul Metode/ Tool Parameter Hasil/Kelebihan Kekurangan

[1]

Study of the BER

performance in

RoF-OFDM

system modulated

by QAM and

PSK. (2013)

External

Modulated and

Direct Detection

(Optiwave V.11)

8PSK, 16PSK,

16QAM, 20 GHz

RF, WDM-PON,

MZM, Local

Oscillator, SMF

Dapat menjaga tingkat bit

yang tinggi dan menyediakan

bandwidth tinggi

menggunakan OFDM .

Performa BER16-PSK & 16-

QAM sama . Bit rate 20GBps

& 30Gbps meski memerlukan

OSNR Tinggi

dowconversion

menggunakan 2 MZM dan

tambahan rangkaian MZM

dengan satu LO, daya

terima masih rendah dan

terbatas untuk SMF 40 km.

BER masih tinggi. Belum

mempertimbangkan faktor

laser, karakterisitik fiber

optik lebih detail

[2]

OFDM Signals in

WDM Radio-

Over-Fiber

Networks with

Fiber Bragg

Grating Selection

. (2009)

External

Modulated and

Direct Detection

(Fiber Bragg

Grating)

OFDM, WDM,

QPSK, 56-58

GHz, MZM,

ODSB/OSSB

1552-1553 nm,

SMF

Dapat menjaga EVM 10%

untuk bit rate 100-400 Mbps

untuk subcarrier 16, cocok

untuk transmisi dengan daya

rendah -10 dBm

interleaving terbatas untuk

10 km SMF, untuk

subcarrier tinggi (>16)

nilai EVM mencapai 100%

untuk bit rate 100 Mnps

[3]

OFDM Signal

Improvement

Using Radio over

fiber for Wireless

System. (2013)

External

Modulated and

Direct Detection

(OptiSystem 13

dan

OptiPerformer)

OFDM, 4 QAM,

Quadrature

Modulator 7.5

GHz, LiNb MZM,

CW laser 193.1

THz, SMF

mampu mencapai 60 km SMF

dengan bit rate 10 Gbps,

jumlah subcarrier 512

daya terima masih rendah,

belum mempertimbangkan

Optical launch power,

EVM, BER dan SER

13101054 9

Ref Judul Metode/ Tool Parameter Hasil/Kelebihan Kekurangan

[4]

Performance

Analysis of

Coded OFDM

Signal for Radio

over fiber

Transmission

(2012)

External

Modulated and

Direct Detection

(OptiSystem 13)

COFDM, 16

QAM, 16 PSK,

MZM,

EDFA,Optical

Amplifier, CW

Laser 1300 nm,

MMF

BER 16 QAM dan 16 PSK

sama dan dapat meningkatkan

bit rate, optical amplifier

menyebabkan nilai Q Factor

lebih kecil untuk bit rate 800-

900 Mbps dibandingkan

dengan EDFA

Jarak transmisi pendek 2

km karna MMF

[5]

Performance

Analysis of the

OFDM Scheme

for Wireless over

Fiber

Communication

Link. (2012)

External

Modulated and

Direct Detection

(OptiSystem

8.0/9.0)

OFDM, 16 QAM,

LiNb MZM, CW

Laser 1550 nm,

Quadrature

Modulator 7.5

GHz, SMF

OFDM-RoF mampu

meningkatkan performa sinyal

RF, mampu mencapai fiber

length 10-50 km, bermanfaat

untuk wideband celluler

daya terima masih rendah,

belum mempertimbangkan

Optical launch power,

EVM, BER dan SER

13101054 10

2.2 LANDASAN TEORI

2.2.1 Sistem Komunikasi Serat Optik

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].

Struktur serat optik terdiri dari 3 lapisan, yaitu :

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

Cladding merupakan tempat pembiasan cahaya yang memiliki

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.

3. Coating

Coating berfungsi sebagai pelindung serat optik yang terbuat dari

bahan plastik. Berdasarkan cara perambatannya, jenis-jenis serat

optik terbagi menjadi 3 yaitu :

13101054 11

a. Step Index Singlemode

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.

c. Graded Index Multimode

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].

2.3 RADIO OVER FIBER

2.3.1 Pengertian Radio over Fiber

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)

Core Network

Central Office

E/O O/E HUB

RAU

RAU

BPF AMP

Building

Gambar 2.4 Topologi jaringan RoF [4]

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

frekuensi karena beberapa base station dapat dipasang [4]. Konfigurasi

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]

Pada sistem Radio over fiber, sinyal radio dimodulasikan atau

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

tahan terhadap interferensi dan resource yang dinamis. Transmisi sinyal

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].

2.3.2.1 Rugi-rugi Redaman Rendah

Distribusi sinyal microwave frekuensi tinggi baik di ruang

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].

2.3.2.2 Kekebalan Terhadap Interferensi Frekuensi Radio

Kekebalan terhadap interferensi elektromagnetik adalah sifat

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].

13101054 15

2.3.3 Konfigurasi Radio over Fiber

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

Baseband over Fiber adalah sebuah metode penggunaan media

komunikasi dimana frekuensi yang dilewatkan pada carrier hanya

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

Dalam IF-over Fiber, sinyal IF (Intermediate Frequency)

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

Dalam RF-over Fiber, data dibawa dengan sinyal pembawa

Radio Frequency (RF) dengan frekuensi tinggi (biasanya lebih

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

Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) merupakan

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

mendapatkan kualitas layanan yang baik, namum apabila data tersebut

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

Mekanisme IFFT (inverse fast fourier transform) merupakan

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].

Output dari IFFT yaitu berupa simbol OFDM yang merupakan

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].

TtttttT

ij

Ttttt

dtS sss

ss

N

Ni

Ni

s

s

s ,2exp

and ,0

)(

12

22

(2.1)

Dimana Ns adalah jumlah sub-channel dan T adalah durasi symbol.

2.4.2 Kelebihan OFDM

Beberapa kelebihan OFDM diantaranya adalah :

1. Efisien dalam pemakaian bandwidth

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

frekuensi yang bersebelahan perlu diselipkan frekuensi penghalang

(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].

2. Kuat menghadapi frequency selective fading

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

awal simbol. Dengan memberikan CP, maka interferensi simbol

hanya terjadi pada sisi Cyclic Prefix-nya saja [8].

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

Penyandian Gray yang berasal dari bit genap merupakan

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

QAM etmtS 2)(Re)( (2.2)

Pada bagian penerima, terjadi proses kebalikan dari pemetaan QAM.

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].

fdtefdt

f 4

2

.2

1

(2.3)

Dimana adalah perbedaan fasa antara two successive time instant

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 :

tPke

k

tE

tEj

Y

X.

1

(2.4)

dimana power splitting k dan perbedaan fasa terkait dengan parameter

azimuth dan ellipticity sebagai berikut:

sin122sin

21

cos122tan

kk

k

kk

(2.5)

2.7 LiNB-MZM MODULATOR

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

RF Vvj

Vtvj

Vvj

Vtvj

IL

in

o eetE

tE1122

.1..

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

1 ExtRatio

r

r (2.7)

dimana ExtRatio terkait dengan rasio parameter Extinction.

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

Komponen photodiode PIN digunakan untuk mengkonversi sinyal

optik menjadi arus listrik berdasarkan device‘s responsivity [12]. Model

ini mencakup:

1) Responsivitas (konstan, berdasarkan bahan yang telah ditetapkan, atau

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.

PIN thermal noise current dapat didefinisikan berdasarkan load

resistance (RL), absolute temperature (T) and effective noise bandwidth

(Beff) :

eff

L

B

T BR

Tki .

..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)

13101054 24

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

Arsenide)

[12].

Gambar 2.13 Kurva Responsivity untuk Material Detector [12]

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 :

dmssh itrPFqMtN 2

(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

N

B

ff C

efH

2

2/2ln

(2.15)

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

Pada penerima optik terdapat teknik pendeteksian. Teknik

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.

Gabungan sinyal tersebut pada photo diode dikonversikan menjadi

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

90o 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

Gambar 2.14 Skema Optical Coherent Detection [6]

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

OptiSystem adalah software desain lisensi Optiwave yang inovatif,

cepat berkembang, dan powerfull yang memungkinkan setiap pengguna

(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.

13101054 27

2.11 NOISE

Noise (derau) merupakan sinyal lain yang tidak diharapkan dalam

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

External noise yang diakibatkan oleh atmosfer. Derau ini

bersumber dari gangguan atmosfer diudara seperti kilat, radiasi, dan

badai. Derau ini mempengaruhi keadaan propogasi gelombang radio,

13101054 28

karena memiliki intensitas yang berubah-ubah terhadap frekuensi,

waktu, keadaan bumi, keadaan udara dan sebagainya[19].

2. Internal Noise

Ada beberapa jenis internal noise yang terdapat dalam sistem

komunikasi digital diantaranya adalah thermal noise, shot noise, white

noise, dan noise kuantisasi.

Thermal noise atau sering disebut dengan jhonson Noise

merupakan suatu fenomena noise yang berhubungan dengan suhu

material. Semakin tinggi suhu komponen daya noise akan semakin

besar.

Shot noise disebabkan oleh aliran elektron berupa emisi elektron

dalam konduktor, dan terutama terjadi pada komponen aktif. Shot

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].

2.11.2 Noise pada Serat Optik (Optical Link)

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.

Penyebab utama attenuation pada kabel serat optik adalah instalasi

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

Interducting melindungi serat optik, membuat lebih mudah menarik

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.