Embed Size (px)
Citation preview
13101074 5
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Keaslian Penelitian
Terdapat beberapa pustaka atau referensi yang berkaitan dan dijadikan
acuan sehingga perlu dilakukan penelitian ini seperti ditunjukkan pada Tabel
2.1. Beberapa penelitian tersebut dapat diuraikan sebagai berikut :
Penelitian tentang analisis skema OFDM untuk wireless melalui RoF
menggunakan metode EM-DD untuk mapping 16 QAM dengan menggunakan
software OptiSystem 8.0/9.0 untuk simulasi [2]. Penelitian ini menggunakan
quadrature modulator 7.5 GHz pada OFDM stage output sebelum dilewatkan
ke sebuah LiNb-MZM (Lithium Niobate Mach Zehnder Modulator) untuk
Ref Judul Metode/Tool Parameter Hasil/Kelebihan Kekurangan
[2]
Performance
Analysis of
the OFDM
Scheme for
Wireless
over Fiber
Communicati
on 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
SER, dan terbatas
pada modulasi 16
QAM.
[4]
Study of the
BER
performance
in RoF-
OFDM
system
modulated
by QAM and
PSK. (2013)
External
Modulated and
Direct Detection
(Optiwave V.11)
OFDM, 8PSK,
16PSK, 16QAM,
20 GHz RF,
WDM-PON,
MZM, Local
Oscillator, SMF
Performa BER
OFDM-16-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.
[9] Study on
Performance
of Digitized
Radio over
fiber (RoF)
System using
EDFA and
Coherent
Receiver(
2013)
External
Modulator,
Direct detection,
Coherent
Detection,
EDFA Coherent
Detection
(MatLab)
ASK,PSK,
QPSK, MZM,
BPF, Bandwidth
3 GHz, Local
Oscillator -5 dBm
Dapat
menunjukkan
kombinasi
EDFA-Coh lebih
bagus dari direct
detection
dengan 8
kombinasi
modulasi
Simulasi tidak
mempertimbangkan
karakterisitik laser
dan serat optic
6 13101074
mapping 16 QAM. Pada sisi receiver, mekanisme down-conversion
menggunakan direct detection menggunakan sebuah PIN photodetector
sebelum dikirim ke OFDM demodulator. Hasil penelitian menunjukkan sinyal
OFDM-RoF mampu mencapai fiber length 10 km sampai 50 km bit rate 10
Gbps meskipun daya terima masih rendah. Selanjutnya dengan metode yang
sama, penelitian tentang peningkatan sinyal OFDM pada link RoF untuk sistem
wireless dengan menggunakan software OptiSystem 13 untuk simulasi.
Penelitian tentang analisis unjuk kerja BER dalam skema RoF-PON
(passive optical network) berdasarkan format modulasi OFDM dengan
menggunakan Optiwave V.11 [4]. Penelitian menganalisis unjuk kerja BER
untuk 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). Hasil
penelitian ini memiliki perbandingan antara tiga metode modulasi berdasarkan
daya terima dan OSNR (optical signal noise to ratio). OSNR maksimum terjadi
ketika 16-QAM dan minimum pada 8-PSK digunakan, modulasi 16-QAM dan
16-PSK memiliki kapasitas yang sama, akan tetapi dalam hal daya diterima dan
nilai OSNR 16-QAM memiliki nilai tertinggi. Penelitian ini terbatas untuk 40
km SMF dimana nilai BER yang dihasilkan masih tinggi akibat daya terima
yang rendah.
Terdapat hasil penelitian [9] yang menunjukkan bahwa berkat
menggunakan Gabungan EDFA-coherent detection dalam sistem digitized-
RoF, peningkatan kualitas sinyal menjadi luar biasa. Terdapat tiga metode
memberikan yang terbaik kualitas sinyal transmisi (tiga karakteristik BER
terendah), seperti ASK Homodyne, PSK Homodyne, PSK Heterodyne
Synchronous.
2.2 Radio over Fiber
Radio Over Fiber adalah suatu proses/kegiatan pengiriman sinyal radio
menggunakan kabel serat optik. Penggunaan kabel serat optik sebagai medium
perantara berguna untuk mendapatkan kecepatan transmisi yang lebih besar jika
dibandingkan ketika dilakukan transmisi secara langsung. Dengan
menggunakan kabel serat optik, maka kualitas sinyal suara yang ditransmisikan
akan tetap bagus atau dengan kata lain gangguan yang timbul selama proses
transmisi kecil, sehingga sinyal yang dibawanya tetap bagus. Selain itu dengan
13101074 7
menggunakan kabel serat optik dapat menghemat biaya serta menambah
performansi untuk high speed fiber berdasarkan akses nirkabel [1].
Kelebihan menggunakan kabel serat optik yaitu dapat melakukan
transmisi data yang cepat dan performansi yang prima. Namun serat optik
memiliki kekurangan yaitu daerah kerja yang kurang luas dan proses instalasi
kabel yang membutuhkan biaya yang besar. Sedangkan dengan menggunakan
nirkabel memiliki daerah kerja yang cukup luas dan biaya pemasangan yang
cukup murah, tetapi nirkabel memiliki kekurangan yaitu kualitas dan
performansi yang kurang maksimal dan disertai dengan adanya gangguan
sinyal. Saat ini komunikasi nirkabel telah berubah dari komunikasi suara
menjadi multimedia, dimana komunikasi multimedia membutuhkan kecepatan
transmisi data yang lebih cepat agar diperoleh hasil yang maksimal [1].
Pada RoF, sinar laser dimodulasi oleh sinyal radio dan dikirimkan
melalui media serat optik. Remote antenna unit/base station dan sentral, antar-
remote antena unit maupun antar-base station dihubungkan oleh serat optik,
seperti terlihat pada Gambar 2.1 [3].
Gambar 2.1 Skema Pentransmisian Sinyal RoF [3]
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. Gambar 2.2 berikut menampilkan hardware pada
CO dan BS dalam sistem HFR untuk downstream transmisi sinyal baseband-
over fiber :
8 13101074
Gambar 2.2. Hardware pada CO dan BS dalam Sistem HFR (Hybrid Fiber
Radio) untuk Downstream Transmisi Sinyal Baseband-over
Fiber [3]
2. IF-over Fiber
Dalam IF-over Fiber, sinyal IF (Intermediate Frequency) dengan frekuensi
yang lebih rendah (kurang dari 10 GHz) digunakan ntuk modulasi cahaya
sebelum ditransmisikan melalui saluran optik. Oleh karena itu, sinyal nirkabel
diangkut pada IFover fiber. Gambar 2.3 berikut menampilkan hardware pada
CO dan BS dalam sistem HFR untuk downstream transmisi sinyal IF-over
fiber.
Gambar 2.3. Hardware pada CO dan BS dalam Sistem HFR (Hybrid Fiber
Radio) untuk Downstream Transmisi Sinyal IF-over Fiber[3]
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
13101074 9
lebih hemat biaya. Gambar 2.4 menampilkan hardware pada CO dan BS dalam
sistem HFR untuk downstream transmisi sinyal RF-over fiber :
Gambar 2.4. Hardware pada CO dan BS dalam Sistem HFR (Hybrid Fiber
Radio) untuk Downstream Transmisi Sinyal RF-over Fiber [3]
Penjelasan keunggulan RoF yang telah disebutkan dapat diuraikan
sebagai berikut [4],[5]:
1. Rugi-rugi Redaman Rendah
Permasalahan biasanya terjadi pada saat distribusi sinyal
microwave frekuensi tinggi di ruang bebas atau melalui jalur
transmisi. Pada ruang bebas, terdapat banyak loss akibat penyerapan
dan peningkatan refleksi dengan frekuensi. Pada 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. 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.
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. Loss
redaman ini jauh lebih rendah dibandingkan dengan yang ditemui pada
saluran transmisi yang lain, seperti kabel koaksial. Sebagai contoh
atenuasi kabel koaksial ½ inci (RG-214) adalah 500 dB/km untuk
frekuensi di atas 5 GHz, sehingga dengan transmisi gelombang mikro
10 13101074
disaluran optis jarak transmisi meningkat beberapa kali lipat dan
sangat mengurangi daya transmisi yang diperlukan.
2. Bandwidth Lebar
Terdapat tiga transmisi utama yang menawarkan redaman rendah,
yaitu dengan panjang gelombang 850 nm, 1310 nm, dan 1550 nm.
Bandwidth gabungan tiga window tersebut berada pada nilai lebih 50
THz pada serat optis tunggal SMF. Teknologi serat optis yg telah
berkembang dapat menghasilkan pelemahan (attenuation) kurang dari
20 (dB)/km dengan lebar jalur (bandwidth) yang besar, sehingga
kemampuan dalam mentransmisikan data menjadi lebih banyak dan
cepat dibandingan dengan penggunaan kabel konvensional
3. Kekebalan terhadap Interferensi Frekuensi Radio
Sinyal yang dikirimkan dalam bentuk cahaya melalui serat optis lebih
disukai bahkan untuk koneksi jarak pendek pada gelombang berukuran
mm. Kekebalan terhadap interferensi elektromagnetik adalah sifat
yang sangat menarik dalam komunikasi serat optis. Kekebalan EMI
(electromagnetic interfrence) adalah kekebalan yang berkaitan
terhadap eavesdropping, yang merupakan karakteristik penting
komunikasi serat optis karena menyediakan privasi dan keamanan.
4. Multi-Operator dan Multi-Service Operation
RoF menawarkan fleksibilitas sistem operasional yaitu sistem sinyal
distribusi RoF dapat dibuat format transparan, sebagai contoh untuk
teknik IM-DD (intensity modulation and direct detection) dapat
digunakan untuk sistem linear. Hal tersebut dapat dicapai dengan
menggunakan serat optis dispersi rendah (SMF) yang dikombinasikan
dengan SCM (subcarrier modulation) RF, dalam hal ini jaringan RoF
yang sama dapat digunakan untuk mendistribusikan multi-operator
dan trafik multi-service, dan menghasilkan penghematan ekonomi
yang besar.
5. Alokasi Sumber Daya Dinamis
Pada saat melakukan modulasi, switching, dan fungsi lain RF yang
dilakukan pada headend terpusat, dapat dialokasikan untuk kapasitas
dinamis. Sebagai contoh dalam sistem distribusi RoF untuk trafik
GSM, kapasitas lebih dapat dialokasikan ke suatu daerah pada saat
peak dan kemudian dialokasikan kembali ke daerah-daerah lainnya
ketika off peak (misalnya untuk kawasan perumahan penduduk di
malam hari). Hal tersebut dapat dicapai dengan mengalokasikan
panjang gelombang optis melalui WDM sesuai kebutuhan.
13101074 11
Mengalokasikan kapasitas dinamis muncul sebagai kebutuhan untuk
menyingkirkan persyaratan mengalokasikan kapasitas permanen.
Kondisi beban trafik yang sering bervariasi dengan margin yang besar
akan menjadi pemborosan sumber daya.
2.2.1 Topologi Jaringan RoF
Berdasarkan akses nirkabel, topologi dan komponen jaringan RoF
dapat ditunjukan pada Gambar 2.5. 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. Fungsi
komunikasi seperti pengkodean, modulasi, serta konversi dapat dilaksanakan
pada sentral. 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) [6]
Radio Transmitter(WiMAX,UWB,LTE)
Core Network
Central Office
E/O O/E HUB
RAU
RAU
BPF AMP
Building
Gambar 2.5. Topologi Jaringan RoF [6]
12 13101074
Komponen dasar arsitektur RoF adalah [1],[3],[4]:
1. Base Station
Base station yang digunakan dapat berupa transceiver jenis apapun
untuk kepentingan WLAN, WMAN, maupun WiMAX dan sistem
komunikasi lainnya, bergantung pada aplikasi radio over fiber. Sinyal
RF hasil BTS ini kemudian ditransmisikan oleh serat optik ke
subscriber. Sisi base station ini terdiri dari pemrosesan data baseband
melalui modulator RF, sumber optik serta modulator optik.
2. Radio Access Point
RAP berfungsi untuk mengubah sinyal optik yang ditransmisikan
melalui serat optik menjadi sinyal RF untuk ditransmisikan kembali ke
subscriber. Proses yang terjadi di RAP hanya proses perubahan sinyal
optik menjadi sinyal RF untuk ditransmisikan melalui antena ke
subscriber, sehingga konfigurasi RAP tidak sekompleks BTS. RAP ini
terdiri dari beberapa komponen, yaitu photodetector, Gain BPF, dan
antenna
3. Portabel Unit/Mobile Statio
Portabel unit merupakan mobile station subscriber, yaitu handset
yang digunakan oleh subscriber untuk melakukan komunikasi. Dalam
MS, terjadi proses demodulasi sinyal RF menjadi frekuensi baseband.
Gambar 2.6 Sistem RoF Secara Umum[3]
Sinyal yang datang pada transmisi sinyal RF melalui fiber akan
dikonversi ke sinyal RF kemudian ditransmisikan melalui fiber optic
menuju ke Base Station. Pada transmisi sinyal Baseband, konversi
dapat dilakukan di Base Station. Kelebihan RoF dibandingkan
distribusi sinyal elektrik adalah [7] :
1. Loss Atenuasi Yang Kecil
13101074 13
Secara komersial, tersedia standar Single Mode Fiber (SMF) dari
silica memiliki loss atenuasi dibawah 0.2 dB/km dan 0.5 dB/km pada
1550 nm dan 1300 nm. Pada Polymer Optical Fiber (POF),
atenuasinya lebih tinggi yaitu 10-40 dB/km pada panjang gelombang
500-1300mm. Bandingkan pada coax, dimana loss atenuasi adalah
500dB/km untuk frekuensi di bawah 5 GHz.
2. Bandwidth Yang Besar
Untuk SMF, bandwidthnya sekitar 50 THz. Perkembangan terus
terjadi, dan penggunaan teknik tambahan mulai dilakukan, misalkan
pada OTDM dan DWDM.
3. Tahan Terhadap Interferensi
Sinyal yang ditransmisikan berupa cahaya melalui fiber, sehingga
tahan terhadap interferensi radio frekuensi.
4. Mudah Dalam Instalasi dan Maintenance
Dalam RoF, penggunaan perangkat yang kompleks terjadi pada
headend, sedangkan pada RAU (Remote Access Unit) lebih simple.
5. Mengurangi Konsumsi Daya
RAU yang lebih simple akan menengurangi penggunaan daya, dan
juga peletakan RAU sebagai perangkat remote.
2.3 Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) merupakan
teknik modulasi multicarrier, dimana antar subcarrier saling orthogonal satu
sama lain. Dengan sifat orthogonalitas ini maka antar subcarrier dapat dibuat
overlapping tanpa menimbulkan interference. Hal ini akan menghemat
penggunaan bandwidth kanal sampai dengan 50%. OFDM juga merupakan
salah satu teknik transmisi pada sistem komunikasi digital. Data yang
ditransmisikan berupa data serial biner berkecepatan tinggi yang telah di
petakan dalam bentuk simbol, simbol tersebut yang awalnya serial kemudian
dipecah menjadi bentuk parallel sehingga menghasilkan kecepatan data yang
lebih rendah dibanding dengan data sebelumnya. Kemudian simbol tersebut
dimodulasi oleh sejumlah sinyal carrier menjadi beberapa subkanal. Maka
prinsip dasar dari OFDM menggunakan teknik transmisi multicarrier [8]
Pada gambar 2.7 menunjukkan perbedaan antara teknik multicarrier
konvensional yang tidak saling tumpang tindih (nonoverlapping) dan teknik
multicarrier OFDM. Sebagaimana ditunjukkan pada gambar 2.7, penggunaan
teknik OFDM dapat menghemat bandwidth hampir 50%. Untuk mewujudkan
14 13101074
teknik multicarrier yang saling tumpang tindih, diperlukan ortogonalitas antar
subcarrier agar tidak terjadi Adjacent Carrier Interference.
Gambar 2.7 Konsep Teknik Multicarrier: (a) multicarrier konvensional,dan
(b) orthogonal multicarrier (OFDM)[ 9]
Keuntungan utama dari OFDM adalah yang toleransi multipath delay
spread dan penggunaan spektrum yang efisien dengan memungkinkan tumpang
tindih dalam domain frekuensi. Keuntungan lain yang signifikan adalah bahwa
modulasi dan demodulasi dapat dilakukan dengan menggunakan IFFT (inverse
fast fourier transforms) dan FFT (fast fourier transformation), yang efisien
secara komputasi[10].
Prinsip kerja OFDM adalah data informasi yang dikirim dikonversikan
kedalam bentuk parallel, sehingga jika bit rate semula adalah R, maka bit rate
pada tiap-tiap jalur parallel adalah R/N dimana N adalah jumlah jalur parallel
(sama dengan jumlah sub-carrier). Kemudian melakukan modulasi pada tiap-
tiap sub-carrier berupa BPSK, QPSK, QAM atau yang lain. Sinyal yang telah
dimodulasi tersebut kemudian diaplikasikan ke IFFT untuk pembuatan simbol
OFDM. Penggunaan IFFT ini memungkinkan pengalokasian frekuensi yang
saling tegak lurus (orthogonal). Kemudian simbol OFDM ditambahkan cyclic
prefix dan simbol OFDM kemudian dikonversikan lagi kedalam bentuk serial,
lalu sinyal dikirim. Pada receiver, dilakukan operasi yang berlawanan dengan
yang dilakukan pada stasiun pengirim. Mulai dari konversi dari serial ke
parallel, pelepasan cyclic prefix kemudian konversi sinyal parallel dengan FFT
setelah itu demodulasi, dan terakhir konversi parallel ke serial, dan akhirnya
kembali menjadi bentuk data informasi [8]
13101074 15
Konfigurasi sistem OFDM dapat dilihat pada Gambar 2.5. 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)[11].
Gambar 2.8 Blok Diagram OFDM[12]
Penggunaan Discrete Fourier Transform (DFT) pada sistem OFDM
akan mengurangi tingkat kompleksitas sistem pengirim dan penerima. Dengan
penggunaan DFT maka tidak diperlukan banyak osilator, mixer, dan filter
untuk masing-masing subcarrier. DFT digunakan untuk menghasilkan
subcarrier yang ortogonal, untuk mempersingkat waktu komputasi dapat
diimplementasikan algoritma Fast Fourier Transform (FFT)[11].
Kelebihan yang didapat dengan menggunakan teknik OFDM antara
lain adalah [11]:
1. Efesiensi dalam pemakaian frekuensi
OFDM merupakan salah satu jenis multicarrier (FDM) tetapi
memiliki pemakaian frekuensi yang lebih efisien. Overlapping antar
frekuensi yang bersebelahan pada OFDM diperbolehkan karena
masing-masing sudah saling orthogonal.
2. Tahap terhadap frequency selective fading
Frequency selective fading merupakan keadaan dimana bandwidth
channel lebih sempit daripada bandwidth transmisi yang
mengakibatkan melemahnya daya terima secara tidak seragam pada
16 13101074
beberapa frekuensi tertentu. Meskipurn jalur komunikasi OFDM
memiliki karakteristik frequency selective fading tetapi tiap sub-
carrier dari sistem OFDM hanya mengalami pelemahan daya terima
secara seragam (flat fading) yang lebih mudah dikendalikan new
balance trainers. Dengan kata lain OFDM dapat mengubah frequency
selective fading menjadi flat fading.
3. Tidak sensitive terhadap sinyal tunda
Kecepatan transmisi yang rendah pada setiap sub-carrier menjadikan
periode simbol menjadi lebih panjang sehingga kesensitifan sistem
terhadap delay spread menjadi relatif berkurang. Delay spread
merupakan penyebaran sinyal-sinyal yang datang terlambat.
4. Mengurangi ISI (inter-simbol interference) dan ICI (inter-carier
interference)
ISI dan ICI pada OFDM dapat dihilangkan dengan menambahkan
guard interval atau yang disebut Cyclic Prefix (CP) sehingga
penginterfensian simbol hanya terjadi pada sisi cyclic prefix-nya saja.
Efek tersebut dapat dihilangkan saat dilakukan sinkronisasi waktu
pada FFT dengan cara menghilangkan CP yang mengalami
interferensi.
Kekurangan yang didapat dengan menggunakan teknik OFDM antara
lain adalah [11]:
1. Sensitif terhadap carrier frequency offset
Sistem OFDM memiliki sensitivitas pada error frekuensi yang
diakibatkan oleh perbedaan frekuensi pada penerima. Perbedaan ini
diakibatkan karena adanya pergeseran frekuensi akibat efek doppler
atau efek pergeseran dan karena pengaruh ICI yang terjadi antar sub-
carrier.
2. Mudah terkontaminasi oleh distorsi nonlinier
Teknologi OFDM adalah sebuah sistem modulasi yang menggunakan
multi-frequency dan multi-amplitudo, sehingga sistem ini mudah
terkontaminasi oleh distorsi nonlinear yang terjadi pada amplifier dari
daya transmisi.
3. Sulit untuk sinkronisasi sinyal
4. Mengalami rugi daya akibat penambahan cyclic prefic
5. Memiliki PAPR yang tinggi
13101074 17
Penggunaan Discrete Fourier Transform (DFT) pada sistem OFDM
akan mengurangi tingkat kompleksitas sistem pengirim dan penerima. Dengan
penggunaan DFT maka tidak diperlukan banyak osilator, mixer, dan filter
untuk masing-masing subcarrier. DFT digunakan untuk menghasilkan
subcarrier yang ortogonal, untuk mempersingkat waktu komputasi dapat
diimplementasikan algoritma Fast Fourier Transform (FFT)[11].
Prinsip ortogonal pada OFDM menunjukkan adanya hubungan
matematis antar frekuensi carrier pada sistem. Pada sistem FDM konvensional,
masing-masing carrier diatur agar tidak overlapping dan antar carrier
dipisahkan oleh guardband sehingga akan mengurangi efisiensi spektrum.
Untuk lebih meningkatkan efisiensi bandwidth, OFDM menggunakan spektrum
yang saling overlapping antara subcarrier yang satu dengan yang lain tetapi
sinyal masih dapat di terima tanpa interferensi carrier yang berdekatan. Hal ini
dapat dilakukan karena antar subcarrier yang satu dengan yang lainnya bersifat
orthogonal. Perbandingan spektrum teknik multicarrier FDM konvensional dan
multicarrier OFDM ditunjukkan pada gambar 2.9 [11]
Gambar 2.9 Spektrum Multicarrier (a) Tidak overlap (b) Overlap orthogonal [13]
Pada sistem OFDM, sinyal dirancang sedemikian rupa agar masing-
masing subcarrier saling orthogonal, sehingga jika tidak ada distorsi pada
kanal yang menyebabkan Inter Simbol Interference (ISI) dan Inter Carrier
Interference (ICI), maka setiap subcarrier dapat dipisahkan pada sisi penerima.
Akan tetapi, pada kenyataannya tidak semudah itu, pengaruh kanal multipath
dapat menyebabkan terjadinya ISI. Untuk mengurangi adanya pengaruh Inter
Simbol Interference (ISI) yang disebabkan oleh pengaruh kanal multipath
tersebut, maka dalam setiap simbol OFDM ditambahkan guard interval.
Penambahan guard interval ini akan menambah panjang blok simbol OFDM
yang akan ditransmisikan.
18 13101074
Guard interval yang disisipkan bisa berupa kosong tidak ada sinyal.
Namun akibat penggunaan guard interval ini dapat menyebabkan Inter Carrier
Interference (ICI). Oleh karena itu, guard interval diisi dengan beberapa
sampel yang diambil dari akhir simbol OFDM itu sendiri sehingga sering
disebut dengan cyclic prefix. Agar dapat mengatasi efek ISI dengan sempurna,
maka panjang dari guard interval yang dialokasikan harus lebih besar dari
delay spread maksimum kanal. Ilustrasi penambahan guard interval bisa
ditunjukkan pada gambar 2.10.
Gambar 2.10 Ilustrasi penambahan guard interval dengan cyclic prefix [11]
OFDM konvensional membutuhkan lebih banyak modulator jika
menggunakan lebih banyak sub-carrier. Untuk mengatasi hal seperti itu dapat
menggunakan prinsip dasar dari Inverse Fast Fourier Transorm (IFFT). Untuk
demodulatornya dapat menggunakan Fast Fourier Transorm (FFT). IFFT
berfungsi sebagai pembuatan simbol (modulator) OFDM dan FFT berfungsi
sebagai pengurai simbol OFDM (demodulator) [8].
Skema transmisi OFDM mempunyai kunci keuntungan sebagai
berikut [13]:
1. OFDM merupakan cara efisien untuk berurusan dengan multipath;
penundaan diberikan menyebar, penerapan kompleksitas secara
signifikan lebih rendah dari pada satu pembawa sistem dengan
equalizer.
2. Di saluran bervariasi waktu relatif lambat, mungkin untuk
meningkatkan kapasitas secara signifikan dengan menyesuaikan
kecepatan data per Sc menurut signal to noise ratio (SNR).
3. OFDM kuat terhadap interferensi narrowband karena gangguan
seperti mempengaruhi hanya persentase kecil.
4. OFDM membuat satu frekuensi jaringan mungkin, yang terutama
menarik untuk aplikasi siaran.
2.4 Modulasi
Modulasi adalah proses penumpangan informasi yang terkandung
dalam sebuah rentang frekuensi pada sebuah frekuensi pembawa. Kebalikan
dari proses modulasi disebut demodulasi [14]. Modulasi digunakan untuk
13101074 19
mengatasi ketidaksesuaian karakter sinyal dengan media yang digunakan.
Tanpa proses modulasi, informasi tidak praktis dikirimkan melalui media
udara.
Alasan sinyal informasi harus dimodulasikan sebelum ditransmisikan
adalah [14]
1. Menghindari Interferensi
Sinyal-sinyal suara (frekuensinya sama) jika ditransmisikan secara
bersamaan interferensi, dimana sinyal saling mengganggu satu
dengan yang lainnya. Di dalam modulasi, frekuensi sinyal-sinyal
suara dipindahkan ke wilayah frekuensi yang jauh lebih tinggi,
sehingga dapat ditempatkan pada daerah-daerah frekuensi yang
berbeda-beda. Proses ini disebut Frequency Division Multiplexing.
2. Ukuran Antena (pembuatan antena)
Propagasi/perambatan yang efektif, memerlukan ukuran antenna ¼ –
½ dari panjang gelombang sinyal yang akan ditransmisikan. Sinyal
suara tidak praktis ditransmisikan secara langsung melalui media
udara dalam bentuk sinyal aslinya. Frekuensi sinyal suara: 300-
3000Hz.
Ukuran antena : ¼ – ½ λ (panjang gelombang) dari sinyal yg akan
ditransmisikan
f
c (2.1)
Dimana,
λ:panjang gelombang
c:kecepatan cahaya=3.108
f : frekuensi sinyal suara
Sehingga ukuran antena untuk frekuensi informasi 3 KHz adalah :
km10010.3
10.33
8
(2.2)
λ = 100 km, sehingga ukuran antena harus ¼ λ – ½ λ = 25 – 50 km, ukuran
antena tidak praktis.
modulasi dapat dikelompokan menjadi 2 kelompok yaitu [16] :
1. Modulasi Analaog
a. Modulasi Amplitudo (Amplitude Modulation, AM)
b. Modulasi Frekuensi (Frequency Modulation, FM)
c. Modulasi Fasa (Phase Modulation, PM)
20 13101074
2. Modulasi Digital
a. Amplitude Shift Keying (ASK)
b. Frequency Shift Keying (FSK)
c. Phase Shift Keying (PSK)
d. Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)
e. Quadrature Amplitude Modulation (QAM)
2.4.1 Modulasi Digital QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
Modulasi digital merupakan proses penumpangan sinyal informasi
pada sinyal carrier. Sinyal informasi tersebut dapat ditumpangkan dengan cara
mengubah amplitudo, frekuensi maupun fase dari sinyal carrier. Untuk
meningkatkan kapasitas informasi yang dikirimkan, dapat melakukan
perubahan dengan kombinasi dari beberapa parameter tersebut. Quadrature
Amplitudo Modulation atau QAM adalah suatu cara pentransmisian pada laju
bit-bit yang lebih tinggi pada saluran/kanal dengan lebar pita yang terbatas[14].
QAM (quadrature amplitude modulation) mengkombinasikan antara
ASK (amplitude shift keying) dan PSK (phase shift keying). Jadi konstelasi
sinyalnya berubah sesuai amplitude (jarak dari titik asal ke titik konstelasi) juga
berdasarkan phase (titik konstelasi tersebar di bidang kompleks). Quadrature
Amplitude Modulation adalah skema modulasi dua sinusoidal carrier, tepat 90°
dari fase dengan yang lainnya, digunakan untuk mengirimkan data melalui
suatu saluran fisik [14].
Setiap perubahan amplitudo dan fasa pada QAM merupakan simbol
yang mewakili bit-bit informasi dari sinyal pemodulasi atau sinyal informasi.
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. M-QAM menunjukan
simbol QAM mewakili 2logN bit informasi. Hal ini berarti jumlah bit informasi
yang terkandung dalam setiap simbol 16-QAM adalah 4 bit.
2.4.2 Modulasi 4-QAM
4-QAM merupakan teknik encoding M-er dengan M=4, dimana ada
empat keluaran QAM yang mungkin terjadi untuk sebuah frekuensi pembawa.
Karena ada 4 keluaran yang berbeda, maka harus ada 4 kondisi masukan yang
berbeda. Karena masukan sinyal digital ke QAM modulator adalah sinyal
biner, maka untuk memperoleh 4 kondisi masukan yang berbeda diperlukan
lebih dari satu bit masukan. Dengan memakai 2 bit masukan, maka diperoleh 4
kondisi yang mungkin : 00, 01, 10, 11 data masukan biner digabung menjadi
13101074 21
kelompok dua bit. Masing masing kode bit menghasilkan salah satu dari 4
keluaran yang mungkin [14].
Gambar 2.11 Konstelasi Sinyal 4-QAM [14]
2.4.3 Modulasi 16-QAM
Teknik modulasi 16-QAM artinya digunakan 16 variasi simbol dalam
menterjemahkan bit-bit data, dimana setiap simbol terdiri atas empat bit.
Dengan mengirim empat bit tiap simbol maka penggunaan bandwidth menjadi
lebih efisien dibandingkan dengan teknik modulasi lainnya seperti QPSK
(quadrature phase shift keying) yang mengirim dua bit tiap simbolnya. Pada
16-QAM terdapat beberapa cara pembentukan konstelasi. Satu diantaranya
model konstelasi rectangular atau pada beberapa sumber dinamakan konstelasi
square. Konstelasi ini memiliki beberapa keuntungan dalam pembentukannya
serta nilai efisiensi daya yang dihasilkan juga tidak terlalu jauh jika
dibandingkan dengan konstelasi optimalnya. Secara umum diagram blok
pemancar 16 QAM dengan konstelasi rectangular terlihat pada gambar 2.12
[15].
Gambar 2.12 Blok Diagram Pemancar 16-QAM [15]
Pada mapping 16-QAM terdapat 16 buah level sinyal yang
merepresentasikan empat kode binary yaitu ‟0000‟, ‟0001‟, ‟0010‟, ‟0011‟,
‟0100‟, ‟0101‟, ‟0110‟, ‟0111‟, ‟1000‟, ‟1001‟, ‟1010‟, ‟1011‟, ‟1100‟,
‟1101‟, ‟1110‟, dan ‟1111‟ . Masing-masing level sinyal disimbolkan dengan
22 13101074
perbedaan fasa dan amplitudo sinyal basis pembentuknya. Persamaan sinyal
16-QAM dapat diekspresikan pada gambar 2.13. [15]
Gambar 2.13 Konstelasi 16-QAM [15]
2.4.4 QPSK
QPSK singkatan Quadrature Phase Shift Keying. Ini adalah teknik
modulasi digital. QPSK efisien bandwidth karena setiap titik sinyal mewakili
dua bit. Pada modulasi Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) sinyal
pembawa mempresentasikan empat keadaan fasa untuk menyatakan empat
simbol. Satu simbol QPSK terdiri dari dua bit yaitu “00”, “01”, “10”, dan “11”.
Setiap dua bit akan mengalami perubahan fasa sebesar 900 sedangkan
kecepatan bit informasinya sebesar dua kali kecepatan simbolnya. Pada
modulasi QPSK besarnya m = 2 (2 m = 4) sehingga bandwidth yang
dibutuhkan untuk perubahan fasa tiap detik adalah [15]:
BWQPSK = ( 𝑅1
2). (1 + 𝛼) (2.3)
Dimana α = roll factor yang menyatakan unjuk kerja sebuah modulator Rt =
kecepatan transmisi (bit/s) Sedangkan probability of bit error (BER) dari
modulasi QPSK dapat dirumuskan sebagai berikut [15]:
PB (e)= Q √2𝐸𝑏
𝑁𝑜 (2.4)
2.4.5 8-PSK
Pada modulasi Eight-state Phase Shift Keying (8PSK) sinyal pembawa
mempresentasikan delapan keadaaan fasa untuk menyatakan delapan simbol.
Satu simbol 8PSK terdiri dari tiga bit yaitu : “000”, “001”, “011”, “010”,
“110”, “111”, “101” dan “100”. (Sklar, 1988) Setiap tiga bit akan mengalami
perubahan fasa sebesar 450 sedangkan kecepatan bit informasinya sebesar tiga
13101074 23
kali kecepatan simbolnya. Pada modulasi 8PSK, besarnya m = 3 ( 2m = 8)
sehingga bandwidth yang dibutuhkan untuk perubahan fasa tiap detik adalah
[15]:
1.
3
18
RBW PSK
(2.5)
dimana: α = roll of factor yang menyatakan unjuk kerja sebuah modulator
Rt = kecepatan transmisi (bit/s)
Kita dapat mencapai efisiensi bandwidth ketika kita mewakili setiap
elemen sinyal untuk memetakan lebih dari satu bit. Dalam modulasi BPSK data
digital 1 dan 0 diwakili oleh perubahan fasa 180 derajat. Pada QPSK dengan
pergeseran fasa 90 derajat, di sini 2 bit dipetakan pada setiap sinyal. Pada
Multilevel PSK lebih dari 2 bit dipetakan menggunakan berbagai sudut fasa.
Pada 8-PSK delapan sudut fase yang berbeda digunakan untuk mewakili bit.
Gambar 2.14 Konstelasi Sinyal 8-PSK [15]
2.4.6 16-PSK
Modulasi amplituda dan modulasi fasa adalah modulasi yang dilakukan
pada Quadrature Amplitude Modulation (QAM) atau dapat dikatakan bahwa
modulasi QAM adalah gabungan dari modulasi ASK dan modulasi PSK
sehingga modulasi QAM (Quadrature Amplitude Modulation) lebih dikenal
dengan modulasi Amplitude Phase Keying (APK) [15].
Tabel 2.2 Perbedaan Efisiensi Bandwith Untuk Modulasi QPSK, 8PSk, 16QAM [15]
Modulation Format Bandwidth (BW) Bandwidth Efficiency
QPSK (R/2) X [1+ α] 2 bit/second/Hz
8PSK (R/3) X [1+ α] 3 bit/second/Hz
16QAM (R/4) X [1+ α] 4 bit/second/Hz
24 13101074
2.5 Low Pass Consine Filter
LPCF (low pass cosine filter) adalah filter yang sering digunakan
untuk membentuk pulsa shaping dalam modulasi digital karena kemampuannya
untuk meminimalisasi ISI (inter simbol interference). Pada kenyataannya
bagian dari “nonzero” partisi spektrum frekuensi adalah bentuk sederhana dari
(β =1) dan dinamakan fungsi cosine. LPCF adalah implementasi dari low pass
Nyquist filter yang salah satunya memiliki sifat simetri vestigial, kondisi simetri
vestigial merupakan simetri pada spektrum 1
2𝑇 dimana T adalah sinyal periode,
kondisi ideal pada komunikasi (termasuk respon mengirim dan menerima pada
filter), sehingga tidak ada interferensi atau ISI. Hal tersebut menyediakan
metode untuk membuat fungsi band terbatas untuk mengatasi efek interferensi
antar simbol[16].
Fungsi matematis dari respon frekuensi LPCF dapat ditunjukan
sebagai berikut :
ff
ffffr
ff
ff
fHFWHMp
2
21
12
1
0
..
cos1..5.0
(2.6)
Dimana is adalah parameter insertion loss, fc adalah filter cutoff frequency,
dan rp adalah parameter roll off factor. Dimana parameters f1 dan f2 adalah
sebagai berikut:
10 1
10 1
2
1
pcp
pcp
rfrf
rfrf
(2.7)
2.6 LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)
2.6.1 Dioda laser
Laser Diode adalah komponen semikonduktor yang dapat
menghasilkan radiasi koheren yang dapat dilihat oleh mata ataupun dalam
bentuk spektrum infra merah (Infrared/IR) ketika dialiri arus listrik. Yang
dimaksud dengan Radiasi Koheren adalah radiasi dimana semua gelombang
berasal dari satu sumber yang sama dan berada pada frekuensi dan fasa yang
sama juga. Kata LASER merupakan singkatan dari Light Amplification by
Stimulated Emission of Radiation yang artinya adalah mekanisme dari suatu
alat yang memancarkan radiasi elektromaknetik melalui proces pancaran
13101074 25
terstimulasi. Radiasi Elektromaknetik tersebut ada yang dapat dilihat oleh mata
normal, ada juga yang tidak dapat dilihat [17].
Gambar 2.15. Struktur Dasar Laser [17]
Dioda laser merupakan dioda semikonduktor yang memancarkan cahaya
karena mekanisme pancaran/emisi terstimulasi (stimulated emission).Cahaya
yang dipancarkan oleh laser bersifat koheren. Diode laser memiliki lebar
spektral yang lebih sempit (s.d. 1 nm), sehingga dispersi kromatik bisa ditekan.
Laser diterapkan untuk transmisi data dengan bit rate tinggi. Laser mempunyai
daya keluaran optik -12 s.d. +3 dBm. Kinerja dari laser dilihat dari aspek
keluaran daya optik, panjang gelombang, serta umur sistem yang sangat
dipengaruhi oleh temperature operasi [17].
Berikut ini adalah beberapa kelebihan Dioda Laser jika dibandingkan
dengan teknologi konvensional penghasil Laser lainnya [17]:
1. Lebih kecil dan Ringan : Dioda Laser memiliki ukuran yang
kecil, ada jenis Dioda Laser tertentu yang berukuran kurang
dari 1mm dengan beratnya kurang dari 1gram. Dengan
demikian, Dioda Laser sangat cocok untuk digunakan pada
perangkat Elektronika yang berukuran kecil atau portabel.
2. Membutuhkan Arus listrik, Tegangan dan Daya yang rendah :
Kebanyakan Dioda Laser hanya membutuhkan daya beberapa
miliWatt dengan tegangan di sekitar 3 Volt hingga 12 Volt DC.
Oleh karena itu, Dioda Laser dapat beroperasi dengan
menggunakan sumber daya Baterai.
3. Sudut Beam yang lebar (Wide-angle Beam) : Bentuk berkas
sinar yang lebih lebar dan berbentuk kerucut dan dapat lebih
mudah dimodifikasi dengan menggunakan sebuah lensa
cembung. Hal ini agak berbeda dengan Laser Konvensional
yang hanya berbentuk lurus dan sulit untuk di dimodifikasi
kelebarannya.
26 13101074
4. Intensitas rendah : Dioda Laser memiliki intensitas yang sangat
rendah dibandingkan dengan perangkat laser lainnya. Namun
Dioda Laser memiliki efisiensi output koheren yang tinggi dan
kemudahan dalam modulasi untuk komunikasi dan aplikasi
pengendalian.
Pada dasarnya, Dioda Laser hampir sama dengan Lampu LED yaitu
dapat mengkonversi energi listrik menjadi energi cahaya, namun Dioda Laser
dapat menghasilkan sinar/cahaya atau Beam dengan Intensitas yang lebih
tinggi. Berikut ini adalah Struktur Dioda Laser (Laser Diode) [17].
2.6.2 CW Laser
CW (continuous wave) laser merupakan sebuah laser atau optical
source yang untuk 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 [17].
Gelombang elektromagnetik dari amplitudo dan frekuensi konstan.
Hampir selalu gelombang sinus, bahwa untuk analisis matematis dianggap
durasi tak terbatas. Gelombang terus menerus juga merupakan nama yang
diberikan pada metode transmisi radio awal, di mana gelombang pembawa
sinusoidal dinyalakan dan dimatikan. Informasi dilakukan dalam durasi yang
bervariasi dari periode on dan off sinyal, misalnya dengan kode Morse di radio
awal. Pada awal transmisi radio telegrafi nirkabel, gelombang CW juga dikenal
sebagai gelombang tak terurai, untuk membedakan metode ini dari sinyal
gelombang teredam yang dihasilkan oleh pemancar jenis percikan api
sebelumnya [19]. Jarak maksimum dalam radar gelombang kontinu ditentukan
oleh keseluruhan bandwidth dan daya pemancar. Bandwidth ini ditentukan oleh
transmit densitas energi (watt per Hertz) dan ukuran filter penerima (bandwidth
dibagi dengan jumlah total filter) [17].
2.6.3 Linewidth
Linewidth adalah pelebaran berkas cahaya dari spektrum emisi yang
dihasilkan oleh pancaran akibat emisi spontan atau emisi terangsang. Linewidth
menggambarkan batas spektrum gain pada rentang panjang gelombang untuk
gain yang dihasilkan. Pelebaran berkas terjadi karena pelebaran state energinya,
yaitu masing-masing state pada kenyataannya merupakan kumpulan dari
banyak tingkatan energi yang jaraknya saling berdekatan.
Linewidth atau pelebaran dari suatu transisi mengandung kontribusi
homogen dan tidak homogen. Pelebaran homogen atau pelebaran natural adalah
13101074 27
pelebaran berkas cahaya yang dipancarkan karena adanya interaksi phonon dari
suatu gelas utama. Pelebaran tidak homogen adalah pelebaran berkas cahaya
yang dipancarkan oleh perpindahan elektron dari level exited state ke level
ground state, dimana pada masing-masing level energi tersebut terbentuk
sublevel-sublevel energi sebagai akibat dari efek Stark [18].
2.7 DVB-C (Digital Video Broadcasting Cable)
DVB-C adalah singkatan dari Digital Video Broadcasting-Cable. DVB
merupakan standar konsorium Eropa untuk transmisi penyiaran televisi digital
melalui kabel. Sistem ini mentransmisikan MPEG2 atau MPEG4 keluarga
digital audio/video streaming, menggunakan modulasi QAM dengan
pengkodean kanal. Modulasi QAM yang tersedia dari 16, 32, 64, 128 dan 256
titik pada diagram konstelasi [18].
Tabel 2.3 Features yang tersedia pada DVB-C[18]
Features DVB-C
Input Interfaces Single Transport Stream (TS)
Modes Constant Coding & Modulation
FEC Reed Solomon (RS)
Interleaving Bit-Interleaving
Modulation Single Carrier QAM
Pilots Not Applicable
Guard Interval Not Applicable
Modulation Schemes 16 to 256 QAM
Sistem kabel pada DVB-C merupakan seperangkat peralatan blok
fungsional yang mengadaptasi sistem dari sinyal TV Baseband dengan
karakteristik saluran kabel. DVB-C terbagi kedalam 2 blok perangkat, Cable
Head-End (Transmitter) dan Cable IRD (Receiver). Antara Transmitter dan
Receiver dihubungkan menggunakan kabel, pada sistem pengkabelan ini sinyal
sudah mencapai tingkat sinyal RF (Radio Frequency). Pada TA kali ini hanya
membahas sub-bagian blok pada transmitter yaitu Blok QAM Modulator yang
terkonsentrasi pada bagian Mapping yang akan disesuaikan dengan spesifikasi
pada DVB-C. Berikut adalah model transmitter pada DVB-C[19].
28 13101074
2.8 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 [19]. Output optical field dari LiNb
MZM dapat ditentukan sebagai berikut [20]:
DC
bias
RFDC
bias
RF Vvj
Vtvj
Vvj
Vtvj
IL
in
o eetE
tE
1122
.1..
10 20 (2.9)
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, DC
V
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
(2.10)
dimana ExtRatio terkait dengan rasio parameter Extinction.
Mach-Zehnder modulator biasanya dioperasikan pada tiga poin bias:
peak (puncak), quadrature dan null seperti pada Gambar 2.15 [21] , dimana
untuk null setting, operating bias 21 VV diset pada V , untuk peak setting,
operating bias 21 VV di-set 0, dan untuk quadrature setting, operating bias
21 VV di-set menjadi V5.0 .
Gambar 2.16 MZ Modulator Transmittance Function [22]
13101074 29
2.9 Penerima Optik (Photodetector PIN dan ADP)
Pada receiver, cahaya yang dipancarkan dari ujung link serat optik
harus dideteksi dan konversi kembali menjadi pulsa-pulsa elektrik, sehingga
informasi yang ditransmisikan dapat diterima. Ada dua tipe detector yaitu
Avalanche Photo Diode (APD) dan Positive-Intrinsic-Negative Photo Diode
(PIN). Karena memiliki sensitivitas yang tinggi dan kemampuan
mengakomodasi bandwidth yang lebih besar dibandingkan diode PIN,
Avalanche Photo Diode (APD) lebih umum dipakai pada aplikasi long haul.
APD merupakan sebuah struktur diode semikonduktor mempunyai
sebuah daerah dope p+, diikuti sebuah daerah dope n. diode secara negative di
bias dengan sebuah tegangan sekitar 100 volt, ketika cahaya dari sebuah fiber
datang pada diode ini, pasangan hole electron dibangkitkan. Jika daerah di catu
cukup kuat, elektron bebas berakselarasi menghasilkan pasangan hole electron
baru, keadaan ini disebut dengan efek avalanche.
Pada photodiode PIN Komponen digunakan untuk mengkonversi sinyal
optik menjadi arus listrik berdasarkan device‘s responsivity [23]. 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. Sample rate
baru didefinisikan sebagai parameter sample rate., dimana dapat ditentukan
frekuensi pusat, atau dapat dihitung secara otomatis oleh pusat filter di saluran
optik dengan daya maksimum. Tipe perhitungan noise dapat dalam mode
numerical, dimana optical noise bins dikonversi kedalam Gaussian noise
dalam bandwidth sinyal. 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 [24].
2.10 External Modulation
Pada modulator eksternal ada dua jenis modulator yang digunakan
dalam sistem komunikasi serat optik. Tipe pertama bergantung pada modifikasi
penyerapan bahan semikonduktor ketika medan listrik eksternal diterapkan
(electro-absorption modulator), sedangkan yang kedua tipe ini didasarkan pada
perubahan indeks bias diamati untuk beberapa kristal di bawah medan listrik
30 13101074
eksternal (elektro-optic modulator). Perubahan dalam indeks bias itu sendiri
tidak mengizinkan modulasi intensitas lightwave. Namun, menggunakan
struktur interferometric, seperti struktur Mach-Zehnder memungkinkan untuk
mengkonversi modulasi fase diinduksi ke intensitas modulasi yang diinginkan
[25-26].
2.10.1 Electro-absorption Modulator
Jenis Modulasi ini bergantung pada kenyataan bahwa celah-jalur
efektif 𝐸𝑔 semikonduktor bahan menurun ketika tegangan eksternal diterapkan.
Akibatnya, jika frekuensi lightwave masuk dipilih sehingga energinya 𝐸 = ℎ𝑣
lebih kecil dari celah jalur ketika tegangan tidak dikenakan, materi akan
transparan. Di sisi lain, ketika eksternal tegangan diterapkan, celah jalur yang
efektif akan berkurang, berarti lightwave akan diserap oleh material ketika 𝐸 >
𝐸𝑔. Sebuah pergeseran dari tepi penyerapan semikonduktor di bawah pengaruh
tegangan eksternal seperti pada gambar 2.16. Dengan memilih sinyal
gelombang yang benar sehingga mengalami perubahan signifikan dalam
penyerapan ketika tegangan ini diterapkan, maka menjadi mungkin untuk
mencapai modulasi optik yang dikendalikan oleh sinyal listrik. Penyerapan
khas versus fungsi transfer tegangan untuk Electro-absorption Modulator juga
ditampilkan dalam gambar 2.17.
Sejak penyerapan dan indeks bias dari bahan semikonduktor terkait
dengan jenis hubungan Kramers-Kronig.
∆𝑛(𝜔) = 𝑐
𝜋 ∫
∆𝑎(𝜔′)
𝜔′2−𝜔2
+∞
0 𝑑𝜔′ (2.12)
Dimana ∆𝑛 adalah perubahan dalam indeks bias yang disebabkan oleh
perubahan dalam penyerapan ∆𝑎, dan 𝑐 adalah kecepatan cahaya dalam vakum,
pergeseran tepi penyerapan untuk mencapai modulasi optik juga akan
menyebabkan perubahan dalam indeks bias materi, maka dalam fasa atau
seketika frekuensi sinyal akan dimodulasi. Akibatnya, beberapa jumlah
frekuensi yang bersuara akan diperkenalkan oleh Electro-absorption
Modulator. Namun, frekuensi yang dihasilkan biasanya akan lebih kecil dari
pada ketika modulasi arus searah laser semikonduktor digunakan.
13101074 31
Gambar 2.17 Kiri: penyerapan semikonduktor sebagai fungsi dari panjang
gelombang dengan dan tanpa eksternal diberi medan listrik,
Kanan: hilangnya khas versus kurva tegangan diterapkan untuk
electro-absorption modulator [25]-[26].
Gambar 2.18 Prinsip Modulasi dari Modulator Mach-Zehnder [25]-[26].
2.10.2 Electro-optic Modulator
Indeks bias dari beberapa bahan dapat dimodifikasi dengan
menerapkan medan listrik eksternal untuk mereka melalui efek electro-optic
linear. Karena pergeseran fasa yang dialami oleh Lightwave ⋋ sebuah dari
panjang gelombang merambat melalui panjang 𝐿 medium dengan indeks bias 𝑛
adalah
∅ =2𝜋
⋋𝑛𝐿 (2.13)
Aplikasi langsung adalah realisasi dari modulator fase dibuat dari
electro-optic Waveguide medan listrik digunakan tergantung pada waktu.
Tegangan yang diterapkan akan memodulasi indeks bias bahan pandu, maka
32 13101074
pergeseran fasa yang dialami oleh Lightwave menyebabkan penyebaran
sepanjang waveguide. Namun, sistem komunikasi optik biasanya bergantung
pada intensitas modulasi cahaya. Hal ini dapat dicapai dengan mengubah
modulasi fase yang disebabkan oleh efek elektro-optik untuk intensitas
modulasi menggunakan interferometric struktur.
Untuk mengilustrasikan prinsipnya, kita mempertimbangkan struktur
interferometric sederhana. Hal ini didasarkan pada interferometer Mach-
Zehnder yang termasuk salah satu bahan elektro-optik di salah satu lengan.
Dalam prakteknya, interferometer ini direalisasikan dengan menanamkan
pandu ke kristal elektro-optik, biasanya lithium-niobate (LiNbO3). Dengan
asumsi membelah kekuatan dan menggabungkan 1
2 rasio untuk input dan output
skrup dari interferometer Mach-Zehnder, daya yang ada pada output dari
interferometer tergantung pada pergeseran perbedaan fase ∆∅ = ∅(𝑡) − ∅0
perambatan cahaya dialami oleh lengan atas dan bawah dari struktur, menurut
𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑃𝑖𝑛𝑐𝑜𝑠2 ∆∅
2 (2.14)
Pergeseran fasa diinduksi di atas lengan interferometer tergantung
pada indeks bias, yang tergantung pada medan listrik diterapkan di eksternal
melalui efek elektro-optik. Jika bergantung pada waktu tegangan 𝑉(𝑡)
dikenakan atas waveguide dari modulasi, yang indeks biasnya akan menjadi
bergantung pada waktu dan dalam mengubah transmisi Mach-Zehnder
interferometer juga akan tergantung pada waktu. Jika gelombang optik yang
terus-menerus diterapkan ke input modulasi, daya output juga dengan demikian
akan termodulasi menurut data listrik 𝑉 (𝑡). Nilai pergeseran fasa yang dibuat
oleh tegangan eksternal tergantung pada beberapa parameter, termasuk pilihan
bahan elektro-optik, orientasi kristal sehubungan dengan listrik eksternal, serta
untuk polarisasi sama baiknya terhadap lightwave yang masuk, geometri dan
dimensi waveguide. Dalam hal apapun sangat mungkin untuk pemembuatan
abstraksi fisik modulator dan menggambarkan kemampuan bahan dan pilihan
konfigurasi untuk menanggapi tegangan dengan memperkenalkan sebuah
kuantitas yang dikenal sebagai gelombang setengah tegangan 𝑉𝜋. Menerapkan
tegangan 𝑉𝜋 elektrode waveguide elektro-optik akan menghasilkan fase
tegangan induksi pergeseran dalam 𝜋. Pergeseran fasa tegangan diinduksi
∅(𝑡) karena itu dapat berhubungan dengan tegangan Terapan 𝑉(𝑡) menurut :
∅(𝑡) = 𝜋𝑉(𝑡)
𝑉𝜋 (2.11)
13101074 33
Melalui persamaan (2.5) dan (2.6), memungkinkan untuk menghitung
fungsi transfer 𝑃𝑜𝑢𝑡/𝑃𝑖𝑛 dari modulator sebagai fungsi dari tegangan yang
diberikan. Seperti fungsi transfer, di mana diterapkan tegangan telah
dinormalisasi dengan tegangan setengah gelombang, juga diwakili dalam
Gambar 2.17.
Hal ini dengan mudah dapat menunjukkan bahwa, jika konfigurasi
Mach-Zehnder pada Gambar 2.17 digunakan, optik sinyal termodulasi akan
berkicau. Masalah dapat diselesaikan dengan menerapkan dua komplementer
modulasi sinyal ke dua lengan dari modulator Mach-Zehnder. Jika salah satu
lengan digerakkan dengan tegangan sesuai dengan data yang akan dikirimkan
𝑑(𝑡), sedangkan lengan kedua digerakkan dengan tegangan sesuai dengan data
pelengkap 𝑑(𝑡), maka dapat ditunjukkan bahwa kicauan bisa ditekan.
Modulator Mach-Zehnder biasanya digunakan dengan cara ini, teknik yang
dikenal sebagai push-pull modulation, baik dengan meembawa dua lengan dari
interferometer dengan pelengkap sinyal, atau dengan menciptakan pergeseran
fase tanda-tanda yang berlawanan di setiap lengan dengan konfigurasi yang
tepat pada kristal dan elektroda [25]-[26]
2.11 Optical Direct Detection
Dalam metode direct detection, penerima yang menghitung variabel
keputusan berdasarkan ukuran sinyal energi. Sebuah contoh dari metode direct
detection adalah pendeteksian langsung OOK (on-off-keying) menggunakan
fotodioda sederhana. Pada Gambar 2.15 (a) Untuk mengkodekan lebih sedikit
per simbol, (ASK) amplitude shift keying bertingkat juga dikenal sebagai pulse-
amplitude modulation yang dapat digunakan. Contoh lain dari direct detection
adalah (FSK) frequency shift keying dengan lebar frekuensi pemisahan antara
operator. Pada Gambar 2.18 (b) gambar menunjukkan penerima direct
detection untuk biner FSK.
Keterbatasan direct detection. (a) Berdasarkan pengukuran energi
memungkinkan sinyal untuk mengkodekan hanya satu derajat kebebasan per
polarization per carrier, mengurangi efisiensi spektrum dan efisiensi daya. (b)
hilangnya fase informasi selama deteksi transformasi irreversible yang
mencegah penuh pemerataan linier channel gangguan seperti CD dan PMD
oleh filter linear. Meskipun MLSD (maximum-likelihood sequence detection)
dapat digunakan untuk menemukan perkiraan yang terbaik, urutan yang
diberikan hanya urutan intensitas yang diterima, performa dapat dicapai
34 13101074
optimal dibandingkan dengan optis atau pemerataan listrik menggunakan
medan listrik penuh[27].
Gambar 2.19 receivers untuk direct detection (a) amplitude shift keying (ASK)
dan (b) frequency shift keying (FSK)[27]
2.12 Single Mode Fiber
Single mode fiber adalah serat optik dengan inti (core) yang sangat
kecil (diameter lebih kecil dari 10 µm). Bagian inti serat optik single-mode
terbuat dari bahan kaca silika (SiO2) dengan sejumlah kecil kaca Germanium
(GeO2) untuk meningkatkan indeks biasnya. Kabel untuk jenis ini paling mahal
dan memiliki pelemahan (kurang dari 0.35 dB per kilometer), sehingga
memungkinkan kecepatan yang sangat tinggi dari jarak yang sangat jauh.
Gambar 2.20 Single-Mode Fiber[28]
Serat optik single-mode mempunyai bandwidth yang lebih kecil
dibanding dengan serat optik multimode karena mempunyai diameter yang
lebih kecil sehingga sangat efisien dalam penjalaran cahaya. Serat optik ini juga
mempunyai ketahanan dispersi lebih baik karena hanya ada satu modus yang
menjalar pada serat. Secara teori fiber ini hanya dapat mentransmisikan sinyal
dalam satu mode. Karena singlemode hanya mentransmisikan sinyal pada mode
utama, maka fiber singlemode dapat mencegah terjadinya dispersi kromatik.
Oleh karena itu fiber optik singlemode cocok untuk kapasitas besar dan
komunikasi fiber optik jarak jauh[29].
13101074 35
2.13 OptiSystem 14.1
OptiSystem adalah software desain lisensi Optiwave yang inovatif,
cepat berkembang dan powerfull yang memungkinkan setiap pengguna (user)
dapat merencanakan, tes, dan mensimulasikan setiap jenis link optik di lapisan
transmisi dengan spektrum yang luas dari jaringan optik. 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 setiap nilai parameter-parameter dari karakteristik fiber[30].
2.14 Konstelasi Sinyal
Konstelasi sinyal adalah representasi dari sinyal dimodulasi oleh
skema modulasi digital seperti modulasi quadrature atau pergeseran fase
keying. Ini akan menampilkan sinyal sebagai X-Y menebari diagram dua
dimensi dibidang kompleks sampling simbol. Dalam pengertian yang lebih
abstrak, ini mewakili simbol-simbol yang mungkin yang dapat dipilih oleh
skema modulasi yang diberikan sebagai titik dibidang kompleks. Diukurnya
konstelasi sinyal dapat digunakan untuk mengenali jenis gangguan dan distorsi
dalam sinyal[31].
2.15 Amplitudo
Amplitudo adalah simpangan maksimum dari posisi setimbangnya,
garis putus-putus seperti pada gambar 2.21 disebut posisi setimbang
(equilibrium), posisi setimbang ini adalah posisi awal ketika gangguan belum
ada dan energi belum menjalar. Dari gambar dapat disimpulkan[32] :
Amplitodo (A) : simpangan terjauh sebuah titik dari posisi
setimbangnya, yaitu bb1 atau dd1.
Dasar gelombang : titik – titik terendah pada gelombang, yaitu d atau h
Puncak gelombang : titik – titik tertinggi pada gelombang, yaitu b atau f
Lembah gelombang : lengkungan cde atau ghi
Bukit gelombang : lengkungan abc atau efg
Satu panjang gelombang (λ) adalah panjang satu gelombang yang terbentuk
dari satu bukit dan satu lembah gelombang, yaitu jarak a ke e atau c ke g.
Gambar 2.21 Amplitudo[32]
36 13101074
