13101043 7

1 BAB II

DASAR TEORI

1.1 RADIO OVER FIBER

Radio over fiber (RoF) merupakan suatu proses pengiriman sinyal radio

melalui kabel serat optik. Dalam penggunaan sistem RoF, gelombang mikro pita

lebar sinyal data dimodulasikan pada pembawa optikal di pemancar utama dan

kemudian dikirimkan ke tempat yang berjauhan atau ke pangkalan pemancar

lainnya dengan menggunakan serat optik. Pangkalan pemancar kemudian

mentransmisikan sinyal RF untuk area yang lebih kecil dengan menggunakan

antena gelombang mikro. Sistem yang seperti ini sangatlah penting dalam

banyak aplikasi, termasuk komunikasi bergerak dan satelit, WLANs, dan

layanan pita lebar bergerak lainnya [1].

Sinyal yang bisa dilewatkan kedalam serat optik dapat berupa sinyal

baseband, sinyal IF (Intermediete Frequency) atau sinyal RF (Radio Frequency).

Sinyal yang dapat dikirimkan pada media transmisi serat optik mampu

menjangkau jarak yang lebih jauh dibandingkan dengan melalui media transmisi

udara. Hal ini disebabkan redaman yang ada pada serat optik jauh lebih kecil

dengan media transmisi udara. Jenis modulasi yang digunakan adalah modulasi

eksternal dengan cara mempengaruhi intensitas cahaya dengan intensitas

langsung dari sinyal informasi. Modulator yang digunakan pada sistem

komunikasi Radio over Fiber adalah Electroabsorption Modulator atau

Machzender Modulator. Radio over Fiber membuat fungsi sinyal prosessing

yang terpusat ke dalam satu lokasi yang dibagi bersama. Pemanfaatan

penggunaan banyak panjang gelombang memungkinkan untuk terjadinya

kenaikan kapasitas kanal tanpa adanya penambahan kabel sehingga efisiensi

kabel. [1]

Gambar 2. 1 Penggambaran Umum Mengenai RoF [1]

1.1.1 Sistem Kerja Radio Over Fiber

RoF bekerja berdasarkan prinsip penggabungan segi kelebihan dari

serat optik dan nirkabel. Tujuannya agar pengguna dapat menikmati

performansi yang lebih bagus daripada nirkabel tetapi tidak semahal pada

13101043 2

instalasi kabel serat optik. Dalam cakupan daerah area nirkabel, dapat

dipasang link radio over fiber antar Radio Access Point ( RAP ) untuk

memancarkan sinyal sebesar daerah sel mikro [1].

Gambar 2. 2 Radio Access Point Memancarkan Sinyal di daerah Sel mikro [1]

Hal tersebut memungkinkan tercakupnya seluruh area coverage yang

semestinya dapat dijangkau oleh nirkabel, dan dengan adanya link radio

over fiber, maka kualitas sinyal dapat dipertanggungjawabkan dan

diharapkan performasi yang diterima oleh pelanggan akan lebih baik [1].

Gambar 2. 3 Sistem Komunikasi Radio over Fiber [1]

Prinsip kerja radio over fiber adalah sinyal microwave

(elektrik) yang termodulasi sebagai sinyal pemodulasi dengan sumber

optik, yang kemudian didistribusikan dalam jaringan serat optik. Serat

optik digunakan sebagai media transmisi sinyal cahaya dari central base

station ke suatu radio access point. Sinyal cahaya yang dihasilkan diubah

kembali menjadi sinyal RF untuk ditransmisikan dengan antena,

sehingga dapat dideteksi oleh stasiun pengguna [1].

13101043 3

Gambar 2. 4 Prinsip Kerja Radio over Fiber [1]

1.1.2 Kelebihan Radio over Fiber [4]

1. Bandwidth yang Lebar

Serat optik memiliki bandwidth yang lebih lebar dibandingkan

media wireless. Saat ini bandwidth yang dapat disediakan oleh

serat optik mencapai 1.6 THz.

2. Tahan Terhadap Interferensi Radio Frekuensi

Komunikasi serat optik memiliki imunitas terhadap

interferensi elektromagnetik karena sinyal ditransmisikan

dalam bentuk cahaya melalui serat optik, bukan dalam bentuk

gelombang elektromagnetik.

3. Instalasi dan Perawatan yang Mudah

RoF menghilangkan kebutuhan akan osilator lokal dan

peralatan lain pada remote stations (RS) karena peralatan

modulasi dan switching disimpan di SC dan digunakan

bersama oleh beberapa RS. Hal ini menyebabkan RS yang

lebih ringan dan kecil, mengurangi biaya instalasi dan

perawatan.

4. Menggabungkan alat pengkonversi AM ke FM menjadi alat

yang sederhana, berkualitas tinggi, dan hanya dengan 1 proses

saja.

5. Mengurangi kontaminasi noise dan meningkatkan kualitas

pelayanan.

6. Meningkatkan komunikasi nirkabel dan kapasitas data.

1.1.3 Kekurangan Radio over Fiber

RoF melibatkan modulasi analog dan deteksi cahaya yang

merupakan dasar transmisi analog, sehingga noise dan distorsi yang terjadi

pada komunikasi analog terjadi juga pada RoF. Hal ini membatasi noise

figure (NF) dan rentang dinamik jaringan RoF. Rentang dinamik ini penting

untuk sistem komunikasi bergerak seperti GSM karena daya yang diterima

13101043 4

pada base stations dari mobile unit berubah-ubah, sehingga dalam cell yang

sama, daya RF yang diterima oleh mobile unit yang dekat dengan base

station lebih tinggi dibandingkan yang diterima oleh mobile unit yang lebih

jauh [4].

1.1.4 Aplikasi Radio over Fiber [1]

Terdapat beberapa aplikasi RoF yaitu untuk jaringan selular,

komunikasi satelit, sistem distribusi video, dan layanan mobile broadband.

1. Jaringan Seluler

Gambar 2. 5 Jaringan Seluler dengan Radio over Fiber [5]

Jaringan mobile merupakan salah satu aplikasi penting teknologi

RoF. Hal ini dikarenakan saat ini jumlah pelanggan terutama untuk

mobile selular semakin bertambah sehingga perlu dilakukan upaya

untuk meningkatan kapasitas dan pelayanan. Dengan ROF, lalu

lintas mobile (GSM) dapat disampaikan secara efektif dengan

memanfaatkan keuntungan dari teknologi SMF. Alokasi kapasitas

yang dinamis juga memberikan keuntungan operasional yang

signifikan untuk jaringan selular [5].

2. Komunikasi Satelit

Gambar 2. 6 Radio over Fiber untuk Komunikasi Satelit [5]

13101043 5

Satelit komunikasi merupakan salah satu penggunaan praktis dari

teknologi RoF. Sistem ini melibatkan aplikasi remoting dari antena ke

lokasi yang tepat berada di stasiun satelit bumi. Dalam kasus ini,

digunakan link serat optik kecil kurang dari 1km dan beroperasi di

frekuensi antara 1GHz dan 15GHz. Dengan melakukan hal itu,

peralatan frekuensi tinggi dapat terpusat.Aplikasi kedua melibatkan

remoting dari stasiun bumi sendiri. Dengan penggunaan teknologi RoF

antena tidak perlu berada dalam wilayah kontrol (misalnya Switching

Centre). Mereka dapat diletakkan beberapa kilometer jauhnya untuk

meningkatkan visibilitas atau mengurangi gangguan dari sistem

terestrial lainnya [5].

3. Sistem Distribusi Video

Salah satu area aplikasi utama yang menjanjikan dari sistem RoF adalah

distribusi video. Sebagai contoh adalah Video Multipoint Distribution

Services (MVDS). MVDS adalah selular sistem transmisi terrestrial

untuk video (TV) siaran. Pada awalanya sistem ini hanya dimaksudkan

sebagai untuk mengirimkan layanan, tetapi baru-baru ini, sebuah

saluran telah dimasukkan dalam rangka membuat layanan interaktif.

MVDS dapat digunakan untuk melayani daerah seukuran kota kecil.

Frekuensi yang dialokasikan untuk layanan ini berada di 40 GHz band.

Pada frekuensi ini, ukuran sel maksimum adalah sekitar 5 kilometer.

Untuk memperluas cakupan, diperlukan stasiun relay. Dalam daerah

jangkauannya, MVDS dilayani oleh sebuah pemancar, yang terletak

baik pada sebuah tiang atau bangunan tinggi. Peralatan dapat

disederhanakan dengan menggunakan teknik RoF. Sebagai contoh,

daripada menggunakan osilator Gunn dengan antena mereka sendiri dan

pipa panas untuk stabilisasi frekuensi, hubungan serat optik dapat

digunakan untuk memberi kekuatan baik pada gelombang perjalanan

tabung atau solid state penguat pada frekuensi transmit. Hal ini dapat

mengurangi berat badan dan angin pemuatan pemancar. Selain itu, serat

optik tunggal bisa memberi kekuatan unit pemancar dari jarak beberapa

ratus meter [5].

4. Layanan Mobile Broadband

Konsep ini dimaksudkan untuk memperluas layanan yang tersedia di

Broadband Integrated Services Digital Network (B-ISDN) untuk semua

jenis pengguna teknologi mobile. Layanan yang mungkin berkembang

pada jaringan B-ISDN harus juga akan didukung pada sistem MBS. Hal

13101043 6

ini dikarenakan bit rates sangat tinggi yaitu sekitar 155 Mbps per

pengguna. Pembawa frekuensi didorong ke mm-gelombang. Oleh

karena itu, frekuensi yang diuji di 60 GHz ini telah dialokasikan. The

band 62-63 GHz dialokasikan untuk downlink sementara 65-66 GHz

akan dialokasikan untuk transmisi uplink. Oleh karena itu, kepadatan

tinggi sel radio diperlukan dalam rangka untuk mencapai cakupan yang

diinginkan. Sel mikro dapat terhubung ke jaringan B-ISDN dengan

serat optik link. Jika teknologi RoF yang digunakan untuk

menghasilkan mm-gelombang, BTS akan dibuat lebih sederhana hal

tersebut membuat biaya menjadi lebih rendah [5].

5. WLAN (Wireless LAN)

Pada W-LAN over Fiber fungsi central base station analogi head

end sedangkan radio access point disebut sebagai RAU (remote

access unit). Dalam sistem komunikasi narrow band dan W-LAN

konvensional, fungsi pemrosesan sinyal RF seperti up-convertion,

modulation, and multiplexing dilakukan di RAU lalu disalurkan ke

antena. Sedangkan pada W-LAN over Fiber yang mengadopsi sistem

W-LAN konvensional, dapat dilakukan pemusatan pemrosesan

sinyal RF pada satu lokasi yang di-shared (head end). Dari gambar 2.7

dapat dilihat model jaringan W-LAN over fiber [5].

Gambar 2. 7 Model Jaringan W-LAN over Fiber [5]

Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa RAU akan menjadi lebih

sederhana karena hanya melakukan konversi optoelectronic dan

fungsi amplification. Berikut ini adalah beberapa keuntungan yang

dapatdiperoleh dari sistem W-LAN over Fiber : [5]

1. Rugi-rugi redaman yang rendah

2. Kebal terhadap interferensi frekuensi radio

3. Instalasi dan pemeliharaan yang mudah

4. Konsumsi daya berkurang akibat RAU yang sederhana

5. Multi-operator dan multi-service

6. Alokasi resource yang dinamis

13101043 7

1.2 TEKNIK MODULASI

1.2.1 Sinyal Analog dan Sinyal Digital

1.2.1.1 Sinyal Analog

Sinyal analog adalah sinyal yang berupa gelombang elektro

magnetik dan bergerak atas dasar fekuensi. Frekuensi adalah jumlah

getaran bolak balik sinyal analog dalam satu siklus lengkap per detik.

Satu siklus lengkap terjadi saat gelombang berada pada titik

bertegangan nol, menuju titik bertegangan positif tertinggi pada

gelombang, menurun ke titik tegangan negatif dan menuju ke titik nol

kembali (lihat gambar). Semakin tinggi kecepatan atau frekuensinya

semakin banyak siklus lengkap yang terjadi pada suatu periode tertentu.

Kecepatan frekuensi tersebut dinyatakan dalam hertz. Sebagai contoh

sebuah gelombang yang berayun bolak balik sebanyak sepuluh kali tiap

detik berarti memiliki kecepatan sepuluh hertz.

Gambar 2. 8 Bentuk Sinyal Analog

Kerugian pada sinyal sistem analog yaitu sinyal analog akan

menjadi lemah setelah melewati jarak yang jauh. Selain bertambah jauh

signal analog juga memungut interferensi elektrik atau “noise” dari

dalam jalur. Kabel listrik, petir dan mesin-mesin listrik semua

menginjeksikan noise dalam bentuk elektrik pada sinyal analog. Untuk

mengatasi kelemahan tersebut maka diperlukan alat penguat signal

yang disebut amplifier.

1.2.1.2 Sinyal Digital

Sinyal digital merupakan hasil teknologi yang dapat mengubah

signal menjadi kombinasi urutan bilangan 0 dan 1 (juga dengan biner),

sehingga tidak mudah terpengaruh oleh derau, proses informasinya pun

mudah, cepat dan akurat, tetapi transmisi dengan sinyal digital hanya

mencapai jarak jangkau pengiriman data yang relatif dekat. Biasanya

sinyal ini juga dikenal dengan sinyal diskret. Sinyal yang mempunyai

dua keadaan ini biasa disebut dengan bit. Bit merupakan istilah khas

pada sinyal digital. Sebuah bit dapat berupa nol (0) atau satu (1). Sistem

13101043 8

digital merupakan bentuk sampling dari sistem analog ke digital pada

dasarnya di kodekan dalam bentuk biner atau Hexa. Besarnya nilai

suatu sistem digital dibatasi oleh lebarnya / jumlah bit (bandwidth).

Jumlah bit juga sangat mempengaruhi nilai akurasi sistem digital.

Gambar 2. 9 Bentuk Sinyal Digital

Kelebihan pada sinyal sistem digital yaitu sinyal digital

memiliki kelebihan dibanding sinyal analog yang meliputi: kualitas

suara lebih jernih, selain lebih jelas signal digital memiliki sedikit

kesalahan, kecepatan lebih tinggi, dan lebih sedikit kesalahan.

1.2.2 Modulasi Analog dan Modulasi Digital

1.2.2.1 Modulasi Analog

Modulasi analog adalah modulasi dimana sinyal masukannya

adalah sinyal analog. Modulasi analog adalah komunikasi yang

mentransmisikan sinyal-sinyal analog yaitu time signal yang berada pada

nilai kontinu pada interval waktu yang terdefinisikan. Dalam modulasi

analog, proses modulasi merupakan respon atas informasi sinyal analog.

Ada beberapa macam yaitu AM, FM, PM, QAM, SM, SSB.

1. Amplitudo Modulasi (AM)

AM atau modulasi amplitudo adalah suatu modulasi dimana

amplitudo sinyal carrier berubah sesuai kelakuan dari amplitudo

sinyal input. Adapun frekuensi dan fasa sinyal carrier pada AM

tidak berubah. Berdasarkan bentuk keluarannya, hasil AM ada

tiga macam. Bentuk keluaran ditentukan oleh sebuah koefisien

indeks modulasi.

Gambar 2. 10 Modulasi Amplitudo

13101043 9

2. Frequency Modulation (FM)

FM atau modulasi frekuensi adalah suatu modulasi dimana

frekuensi sinyal carrier berubah sesuai kelakuan dari amplitudo

sinyal input. Adapun amplitudo sinyal carrier pada FM tidak

berubah. Pada modulasi FM terjadi fenomena intermodulasi.

Gambar 2. 11 Modulasi Frekuensi

3. Phase Modulation (PM)

PM atau modulasi fasa adalah suatu modulasi dimana fasa sinyal

carrier berubah sesuai kelakuan dari amplitudo sinyal input.

Gambar 2. 12 Modulasi Fasa

1.2.2.2 Modulasi Digital

Modulasi digital ialah suatu sinyal analog di modulasi

berdsarkan aliran data digital. Modulasi digital merupakan proses

penumpangan sinyal digital (bit stream) ke dalam sinyal carrier.

Modulasi digital sebetulnya adalah proses mengubah-ubah karakteristik

dan sifat gelombang pembawa (carrier) sedemikian rupa sehingga bentuk

hasilnya (modulated carrier) memeiliki ciri-ciri dari bit-bit (0 atau 1) yang

dikandungnya. Teknik modulasi digital pada prinsipnya merupakan

variant dari metode modulasi analog. Ada beberapa macam yaitu ASK,

FSK, dan PSK.

13101043 10

1. ASK (Amplitude Shift Keying)

Modulasi digital Amplitude Shift Keying (ASK) menyatakan

data biner digital 0 dan 1 ke dalam dua buah level amplituda sinyal

analog yang bebeda. Karena satu bit dinyatakan dengan sebuah

sinyal analog, maka besarnya baud rate modulasi digital ASK

sama dengan bit rate-nya. Bentuk gelombang sinyal ASK

terhadap data biner yang dimodulasikan ditunjukkan pada

Gambar 2.13. Sedangkan bandwidth minimal yang diperlukan

untuk transmisi sinyal ASK ditunjukkan pada Gambar 2.14, yaitu

sebesar Nbaud modulasi tersebut. Satuan bandwidth adalah Hz.

Gambar 2. 13 Modulasi ASK

Gambar 2. 14 Bandwidth Minimum Transmisi Sinyal ASK

2. FSK (Frequency Shift Keying)

Modulasi digital Frequency Shift Keying (FSK) menyatakan data

biner digital 0 dan 1 ke dalam dua buah level frekuensi sinyal

analog yang bebeda. Karena setiap bit juga dinyatakan dengan

sebuah sinyal analog, maka besarnya baud rate modulasi digital

FSK juga sama dengan bit ratenya. Bentuk gelombang sinyal FSK

terhadap data biner yang dimodulasikan ditunjukkan pada

Gambar 2.15.

13101043 11

Gambar 2. 15 Modulasi FSK

Sedangkan bandwidth minimal yang diperlukan untuk transmisi

sinyal FSK ditunjukkan pada Gambar 2-37, yaitu besarnya dapat

ditentukan dengan persamaan:

BW = f − f + 1 0 (Hz) (2.1)

dimana:

BW = bandwidth dalam Hz

fc1 = frekuensi (Hz) sinyal analog untuk menyatakan data biner 1

fc0 = frekuensi (Hz) sinyal analog untuk menyatakan data biner 0

Nbaud = nilai baud rate modulasi FSK (baud/s)

Gambar 2. 16 Bandwidth Minimum Transmisi Sinyal FSK

3. PSK (Phase Shift Keying)

Modulasi digital Phase Shift Keying (PSK) menyatakan data biner

digital 0 dan 1 ke dalam dua buah fase sinyal analog yang bebeda.

Karena setiap bit juga dinyatakan dengan sebuah sinyal analog,

maka besarnya baud rate modulasi digital PSK juga sama dengan

bit rate-nya. Bentuk gelombang sinyal PSK terhadap data biner

yang dimodulasikan ditunjukkan pada Gambar 2.17. Diagram

konstelasi modulasi PSK ditunjukkan pada Gambar 2.18

Gambar 2. 17 Modulasi PSK

13101043 12

Gambar 2. 18 Diagram Konstelasi Modulasi PSK

1.2.3 Konsep Analog ke Digital Converter (ADC)

ADC (Analog to Digital Converter) adalah suatu perangkat yang

mengubah suatu data kontinu terhadap waktu (analog) menjadi suatu data

diskrit terhadap waktu (digital). Proses dalam ADC terdiri dari sampling

(pencuplikan), quantizing (pengkuantisasian), dan encoding (pengkodean).

Gambar 2. 19 Proses Perubahan Sinyal Analog menjadi Sinyal Digital

1. Sampling (pencuplikan)

Sampling adalah proses mengambil suatu nilai pasti (diskrit)

dalam suatu data kontinu dalam satu titik waktu tertentu dengan

periode yang tetap. Semakin besar frekuensi pencuplikan, maka

semakin banyak data yang didapatkan, maka semakin cepat proses

konversi sinyal analog ke sinyal digital.

Gambar 2. 20 Proses Sampling

2. Quantizing (kuantisasi)

Quantizing adalah proses pengelompokan data diskrit yang

didapatkan pada proses pertama ke dalam kelompok-kelompok data.

Kuantisasi, dalam matematika dan pemrosesan sinyal digital, adalah

proses pemetaan nilai input seperti nilai pembulatan. Semakin

banyak kelompok dalam proses kuantisasi, semakin kecil selisih

data diskrit yang didapatkan dari data analog, maka semakin teliti

proses konversi sinyal analog ke sinyal digital.

13101043 13

Gambar 2. 21 Proses Kuantisasi

3. Encoding (Pengkodean)

Setiap level tegangan pembanding dikodekan ke dalam barisan

bit biner. Untuk N=3 bit, maka level tegangan pembanding = 8

tingkatan. Kedelapan tingkatan tersebut dikodekan sebagai bit-bit

000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, dan 111.

Gambar 2. 22 Proses Pengkodean

1.3 Modulasi Digital QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

Modulasi 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. QAM mengkombinasikan antara

ASK dan PSK. 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 suatu cara

pentransmisian pada laju bit-bit yang lebih tinggi pada saluran/kanal dengan

lebar pita yang terbatas. Sebagai contoh penggunaan kumpulan sinyal QAM 16

titik memungkinkan 9600bit/detik ditransmisikan pada saluran telepon dengan

lebar pita 2700 Hz. Dalam kasus tersebut empat digit biner yang berurutan harus

disimpan dan dikodekan kembali sebagai salah satu dari 16 bentuk sinyal yang

13101043 14

ditransmisikan. Sinyal-sinyal yang dihasilkan dinamakan sinyal modulasi

amplitude kuadratur (QAM). Sinyal ini dapat ditafsirkan sebagai modulasi

amplitude multitingkat yang diterapkan secara bebas pada setiap dua pembawa

kuadratur [19].

1.3.1 Pentransmisian Quadrature Amplitude Modulation

Sinyal Quadrature Amplitude Modulation (QAM) mempergunakan

dua pembawa kuadratur cos 2πfct dan sin 2πfct, masing-masing

dimodulasikan oleh bit informasi. Metode dari transmisi sinyal memakai

Quadrature Carrier Multiplexing [19].

Gambar 2. 23 Metode Transmisi QAM[19]

Sinyal ditransmisikan pada frekuensi carrier yang sama dengan

memakai dua pembawa kuadratur Ac cos 2πfct dan Ac sin 2πfct. untuk

mengerjakannya, misalkan m1(t) dan m2(t) adalah dua sinyal informasi

terpisah yang ditransmisikan melalui kanal. Amplitude sinyal m1(t)

memodulasi pembawa Ac cos 2πfct dan amplitudo sinyal m2(t) memodulasi

pembawa kuadratur Ac sin 2πfct. Dua sinyal dijumlahkan dan ditransmisikan

melalui kanal. Sehingga sinyal yang ditransmisikan adalah [19]

u(t) = Ac m1(t) cos 2πfct + Ac m2(t) sin 2πfct (2.2)

Dimana Ac m1 dan Ac m2 adalah posisi dari level amplitude yang

diperoleh dari penempatan k-bit sequence ke dalam amplitudo sinyal.

Umumnya, QAM dapat dilihat sebagai bentuk gabungan dari modulasi

amplitudo digital dan modulasi fasa digital. Jadi bentuk gelombang sinyal

QAM yang ditransmisikan dapat dinyatakan[19]:

Unm (t) = Am gT(t) cos (2πfct + θn) (2.3)

13101043 15

Diagram blok fungsional dari modulator QAM untuk mendapat sinyal

QAM yang akan ditransmisikan adalah:

Gambar 2. 24 Diagram Blok Fungsional QAM[19]

Representasi sinyal geometris dari sinyal yang diberikan modulator

QAM dalam bentuk vektor sinyal 2 dimensi bias dituliskan[19]:

Sm = (√𝐸𝑠 Amc √𝐸𝑠 Ams) (2.4)

Suatu sinyal yang ditransmisikan dalam sembarang selang t detik tertentu

[19]

S(t) = ∑ [𝑎𝑛𝑛 h (t - 𝑛

𝑡) cos𝜔𝑐t + 𝑏𝑛h (t -

𝑛

𝑡) sin 𝜔𝑐t] (2.5)

h(t) : tanggapan impuls filter pembentukan

n = 0 : sesuai dengan selang t detik pada saat ini

n positif : sesuai dengan selang t detik pada saat sesudahnya

n negatif : sesuai dengan selang t detik pada saat sebelumnya

(anbn) : salah satu dari harga-harga pasangan yang mungkin

ditransmisikan dalam selang tersebut.

Dari persamaan (2.5) ini terlihat bahwa sinyal QAM secara umum harus

mempunyai spektrum yang berpusat disekitar frekuensi pembawa fc= ωc/2π.

Dalam spectrum terdapat sideband bagian atas dan bagian bawah yang

membentang dengan bandwidth masing-masing sebesar B hz. Pembentukan

sideband bergantung pada filter pembentukan h(t). Gambar spektrum QAM

dapat dilihat pada Gambar 2.25[19].

13101043 16

Gambar 2. 25 Spektrum QAM[19]

Misalkan sideband transmisi adalah BT Hz. Maka laju simbol yang dapat

ditransmisikan melalui suatu saluran dengan lebar baseband B Hz adalah

2B/(1+r) dengan faktor r berubah-ubah dari suatu harga ideal nol (filter low

pass ideal) hingga 1. Laju simbol yang diperbolehkan melalui saluran

transmisi adalah yang ekuivalen dengan bandwidth BT Hz, dengan demikian

adalah BT/(1+r) simbol perdetik. Untuk sinyal QAM dengan M=2n symbol,

laju bit yang diperbolehkan adalah nBT/(1+r) bit/detik atau bandwidth

transmisi n/(1+r) bit/detik/Hz. Beberapa contoh laju bit yang diperbolehkan

per Hz terlihat pada Tabel 2.1[19].

Tabel 2. 1 Laju-laju bit yang diperbolehkan pada transmisi QAM[19]

M

(Banyak Keadaan)

Faktor r

0,1 0,25 0,5 1

2 0,9 0,8 0,67 0,5

4 1,8 1,6 1,33 1,0

8 2,7 2,4 2,0 1,5

16 3,6 3,2 2,67 2,6

1.3.2 Laju Pengiriman Sinyal

Untuk suatu bentuk gelombang biner, laju bit adalah sama dengan

laju pengiriman sinyal dan dinyatakan dalam bit/detik. Misalkan Γ adalah

waktu yang diperlukan untuk memancarkan 1 bit, maka laju pengiriman

sinyal adalah[19]:

r = 1/Γ (2.6)

Bila sinyal dipancarkan melalui sebuah saluran jalur dasar (baseband

channel), lebar jalur saluran menentukan batas atau limit dari laju pengiriman

13101043 17

sinyal. Limit ini tercapat untuk sinyal dengan jumlah perubahan per detik

yang terbesar, yakni suatu gelombang persegi yang mempresentasikan suatu

sinyal digital. Periode gelombang persegi ini adalah 2Γ dengan komponen

frekuensi dasar adalah fο=1/2Γ =r/2. Saluran baseband berperilaku sebagai

sebuah filter low pass yang melewatkan semua frekuensi dari 0 sampai suatu

nilai cut off. Dengan memisalkan bahwa respon frekuensi adalah nol diatas

suatu limit frekuensi B, maka agar komponen dasar dari gelombang persegi

dapat dipancarkan, fο tidak boleh lebih besar dari B, jadi[19]:

B≥fο atau B≥r/2 (2.7)

Persamaan (2.7) diatas disebut Kriteria Nyquist yang menyatakan

bahwa untuk suatu laju pengiriman sinyal r, lebar jalur tersempit yang dapat

digunakan adalah[19]:

B= r/2 (2.8)

Berdasarkan rumus diatas dapat diketahui bahwa laju pengiriman

sinyal (r) pada saluran telepon dengan bandwidth 300-3400 Hz adalah ≤ 6200

bit/detik. Sehingga untuk meningkatkan laju pengiriman sinyal menjadi 9600

bit/detik dibutuhkan bandwidth ≥ 4800 Hz. Hal ini dapat dipenuhi dengan

bantuan 16 QAM.

1.3.3 Jumlah Kanal Yang Tersedia Dalam Sistem

Kapasitas kanal yang tersedia dalam sistem didapat dari lebar bidang

yang tersedia dibagi dengan spasi kanal atau lebar bidang tiap kanal. Jika

diketahui bandwidth sistem sebesar Bt dan spasi tiap kanal atau lebar bidang

kanal adalah Bc maka jumlah kanal yang tersedia dalam sistem sebesar[19]:

N = Bt/Bc (2.9)

Dengan mengetahui jumlah sel dalam kelompok sel didapat jumlah

kanal tiap sel. Misal jumlah sel dalam sekelompok sel adalah K, maka jumlah

kanal setiap sel (m) adalah:

M = N/K (2.10)

1.3.4 Efisiensi Lebar Bidang Sistem Modulasi M-QAM

Efisiensi lebar bidang merupakan perbandingan antara kecepatan

transmisi data dengan lebar bidang frekuensi. Dengan demikian terlihat

bahwa efisiensi lebar bidang berhubungan dengan kecepatan transmisi data,

karena efisiensi lebar bidang juga berhubungan dengan kapasitas kanal yang

tersedia dari suatu sistem komunikasi. Kecepatan transmisi sinyal adalah hal

penting dalam pentransmisian sinyal digital. Pada bentuk gelombang biner

laju bit adalah sama dengan laju pengiriman sinyal dan diukur dalam bit per

13101043 18

detik. Misalkan τ adalah waktu yang diperlukan untuk memancarkan satu bit,

maka laju pengiriman sinyal (r) adalah sama dengan 1/τ bit per detik[19].

Pada sinyal yang dipancarkan lewat saluran pita dasar (baseband

channel), lebar saluran menentukan batas laju pengiriman sinyal, untuk sinyal

biner gelombang persegi periode sinyal adalah 2τ, maka frekuensi dasar

gelombang persegi adalah fο = 1/τ = r/2. Misalkan lebar saluran pita dasarnya

adalah sebuah filter lolos rendah (LPF) yang melewatkan frekuensi dari nol

hingga suatu nilai frekuensi cut off B Hz, agar komponen dasar gelombang,

persegi dapat dipancarkan dengan baik maka menurut kriteria Nyquist yang

menyatakan bahwa untuk satu lajur pengiriman sinyal r bit/detik, lebar pita

tersempit yang dapat digunakan adalah[19]:

B ≥ fο = B ≥ r/2 (2.11)

Perkembangan teknologi menuntut untuk dapat mentransmisikan

data dengan laju bit yang semakin tinggi pada lebar pita yang sesempit

mungkin. Untuk itu peningkatan kapasitas kanal sangan diperlukan, dengan

kata lain efisiensi maka diperlukan efisiensi lebar bidang sebesar mungkin.

Hal ini bertujuan untuk memperkecil lebar bidang frekuensi yang diperlukan

untuk pentransmisian, dan mengurangi besar kerapatan daya noise yang

timbul. Tetapi dengan memperbesar efisiensi lebar bidang akan

mengakibatkan adanya interferensi antar symbol[19].

Untuk meminimalisasi interferensi ini pada lebar pita tertentu secara

teoritis dapat digunakan filter lolos rendah (LPF) ideal yang memenuhi

kriteria Nyquist menyatakan bahwa untuk mentransmisikan suatu data biner

tanpa terjadi interferensi antar simbol atau keadaan zero ISI, maka respon

frekuensi sinyal keluaran pada sistem harus sesuai dengan kriteria

berikut[19]:

1. Respon frekuensi sinyal keluaran LPF pada sisi pemancar dan penerima

mempunyai respon nol untuk f > Rc/2 + Rc/2.

2. Respon frekuensi sinyal keluaran BPF pada sisi pemancar dan penerima

mempunyai respon nol untuk f < fc – (R/2)(1+α) dan f > fc + (R/2)(1+α).

Agar kriteria diatas terpenuhi maka perlu dirancang suatu filter yang

secara teoritis banyak digunakan dalam praktek sebagai model, yaitu filter

Nyquist atau dikenal dengan filter raised cosine, yang mempunyai

karakteristik α (factor roll off) sedemikian rupa, sehingga dapat memenuhi

kriteria Nyquist.

13101043 19

Factor roll off adalah perbandingan bagian kelebihan lebar pita filter

terhadap pita Nyquist. Secara teoritis sebuah filter raised cosine dari sistem

dirancang dengan factor roll off = 0, tetapi untuk merancang filter dengan

factor roll off = 0 sampai sekarang belum ditemukan. Secara praktis besar

factor roll off suatu filter dalam sistem berkisar antara 0,2 -1[19].

Gambar 2. 26 Kurva Karakteristik Spektrum Frekuensi Keluaran Sinyal dari Filter Raised

Cosine untuk berbagai Nilai Faktor Roll Off[19]

Kurva karakteristik spektrum frekuensi keluaran sinyal dari filter

raised cosine ditunjukkan pada Gambar 2.26. jika filter raised cosine

dipergunakan untuk transmisi sinyal NRZ, maka harus ditambahkan

equalizer agar permukaan spectrum frekuensi keluaran filter raised cosine

menjadi rata.

Secara matematis hubungan antara lebar bidang frekuensi, kecepatan

transmisi data dan factor roll off dari suatu filter adalah[19]: 𝑅𝑏

𝐵=

log2 𝑀

1+𝑎 (2.12)

Dengan:

B = Lebar bidang frekuensi (Hz)

Rb = Kecepatan transmisi data (bps)

α = factor roll off filter

Rb/B = efisiensi lebar bidang (bit/s Hetz)

Dari persamaan (2.12) dapat disimpulkan bahwa besar lebar bidang

frekuensi adalah

B = 𝑅𝑏 (1+𝑎)

log2 𝑀 atau B = Rs (1+a) (2.13)

13101043 20

1.3.5 Kelebihan Dari QAM

Kelebihan dari Modulasi Digital QAM, yaitu[19]:

1. Dapat mentransmisikan banyak bit-bit informasi per simbol.

2. Menyediakan scope yang baik untuk kecepatan bit tinggi

menggunakan bentuk yang handal dari QAM.

3. Lebih efisien ketika teknik spektra sebagai pembanding ke

CPM.

4. Merupakan teknik yang baik untuk bekerja ketika mendekati

daerah linear dari operasi.

1.3.6 Kekurangan Dari QAM

Kekurangan dari QAM, yaitu[19]:

1. Rentan terhadap noise.

2. Membutuhkan demodulasi yang koheren dengan fase dan

frekuensi yang tepat.

3. QAM berdasarkan konsep linear di terminology (Amplifier

linear dan receiver dan amplifier linear ini kurang efisien dan

memakai daya lebih).

1.3.7 Aplikasi Dari Modulasi QAM[19]

1. 64-QAM dan 256-QAM sering digunakan di tv kabel digital

dan aplikasi, modem kabel.

2. Variasi dari QAM telah digunakan untuk banyak jaringan

nirkabel dan aplikasi teknologi seluler.

3. QAM sering digunakan di sistem fiber optik dengan kecepatan

bit yang semakin bertambah.

1.3.8 Bentuk-Bentuk Dari QAM

Quadrature Amplitude Modulation (QAM) adalah skema modulasi

yang membawa data dengan merubah amplitude dan fase dari sinyal carrier.

Sinyal yang dimodulasi akan menghasilkan sinyal modulasi yang merupakan

kombinasi dari Phase Shift Keying (PSK) dan Amplitude Shift Keying (ASK).

Pada modulasi QAM , titik-titik konstelasi (constellation points)

dibuat dalam bentuk kotak dengan jarak vertikal dan horizontal yang sama.

Berikut ini merupakan beberapa jenis modulasi QAM[10]:

1. 4-QAM

4-QAM adalah teknik pengkodean M-ary dimana M=4. Seperti halnya

QPSK, pada 4-QAM ada empat phase keluaran yang berbeda, maka

13101043 21

harus ada empat kondisi masukkan yang berbeda, yaitu 00, 01, 10, dan

11.

2. 16-QAM

Modulasi 16-QAM merupakan modulasi QAM yang menggunakan

input-an 4 bit dengan 16 kondisi logika.

3. 64-QAM

64-QAM adalah teknik pengkodean QAM dengan M=64 sehingga

untuk masukkan digital ke modulator adalah sinyal dengan jumlah bit

sebanyak 6 bit.

4. 256-QAM adalah teknik pengkodean QAM dengan M=256 sehingga

untuk masukkan digital ke modulator adalah sinyal dengan jumlah bit

sebanyak 8 bit.

1.3.8.1 Modulasi 128-QAM

Pada umumnya sistem ini dibagi menjadi dua yaitu modulator

yang berfungsi sebagai transmitter dan demodulator sebagai receiver.

Sinyal informasi yang akan dikirim (baseband) dibagi menjadi dua

komponen, Inphase merupakan bagian real dan Quadrature merupakan

bagian imajiner dari sinyal modulasi yang berbeda 90°. Data yang akan

dikirim dibagi menurut jumlah bit kemudian dikonversi menjadi suatu

simbol. Setiap simbol pada modulasi QAM memiliki pola digital 2 bit.

Misalkan bitstream (0 1 1 1 1 0 0 0) dikelompokkan menjadi 2 bit menjadi

(0 1, 1 1, 1 0, 0 0) yang nantinya dipetakan menjadi 4 simbol sesuai

amplitudo dan fasenya. Sinyal QAM yang sudah ditransmisikan harus

didemodulasikan agar didapatkan sinyal informasi sesuai yang dikirimkan

pemancar. Penerima hanya melakukan proses kebalikan dari pemancar.

Dengan melewatkan sinyal pada penerima matched filter, sinyal yang

berfrekuensi tinggi akan dihilangkan sehingga diperoleh sinyal Inphase.

Begitu pula pada komponen Quadrature, untuk mendapatkan nilainya

didapatkan dengan cara mengalikan sinyal hasil modulasi dengan

gelombang sinus. Kedua sinyal tersebut kemudian digabungkan kembali

sama seperti bentuk sinyal informasinya [6].

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

128-QAM dapat dilihat pada Gambar 2.27 [6].

13101043 22

Gambar 2. 27 Diagram Konstelasi 128-QAM[6]

1.4 SATUAN KEKUATAN SINYAL

1.4.1 dB (Decibel)

Decibel (dB) merupakan satuan perbedaan (atau Rasio) antara

kekuatan daya pancar sinyal. Satuan ini digunakan untuk menunjukkan efek

dari sebuah perangkat terhadap kekuatan atau daya pancar suatu sinyal [19].

1.4.2 dBm (dB miliWatt)

dBm merupakan satuan kekuatan sinyal atau daya pancar sinyal

(Signal Strengh or Power Level). 0 dBm didefinisikan sebagai 1 mW

(miliWatt) beban daya pancar, contohnya bias dari sebuah antenna ataupu

radio. Daya pancar yang kecil merupakan angka negatif.

Formula perhitungan dari mW ke dBm adalah sebagai berikut[19]:

mW = 10 dBm/10 (2.14)

miliWatt (mW) adalah satu per seribu watt (W), atau 100 miliwatts =1 watt.

Watt adalah standar unit international dari daya (power). 1 watt = 1 joule

energi per detik.

Tabel Konversi dari dBm ke Watt (mili Watt). Rumus untuk menghitung

dari dBm ke mWatt : dBm = log10 (mW)*10

Rumus untuk menghitung dari mW ke dBm : mW = 10^(dBm/10)

Berikut tabelnya[19]:

Tabel 2. 2 Konversi dB ke Watt

dBm Watts dBm Watts dBm Watts

0 1,0 mW 16 40 mW 32 1,6 W

13101043 23

1 1,3 mW 17 50 mW 33 2,0 W

2 1,6 mW 18 63 mW 34 2,5 W

3 2,0 mW 19 79 mW 35 3,2 W

4 2,5 mW 20 100 mW 36 4,0 W

5 3,2 mW 21 126 mW 37 5,0 W

6 4 mW 22 158 mW 38 6,3 W

7 5 mW 23 200 mW 39 8,0 W

8 6 mW 24 250 mW 40 10 W

9 8 mW 25 316 mW 41 13 W

10 10 mW 26 398 mW 42 16 W

11 13 mW 27 500 mW 43 20 W

12 16 mW 28 630 mW 44 25 W

13 20 mW 29 800 mW 45 32W

Untuk daya kurang dari 0 dBm sebagai berikut tabelnya

Tabel 2. 3 Konversi dB ke Watt

dBm Watts dBm Watts

-1 0,79 mW -40 0,0001 mW

-5 0,32 mW -50 0,00001 mW

-10 0,1 mW -60 0,000001 mW

-20 0,01 mW -70 0,0000001 mW

-30 0,001 mW -80 0,00000001 mW

1.5 SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK

Sistem komunikasi pada dasarnya berfungsi untuk menyalurkan sinyal

dari sumber informasi melalui media transmisi ke penerima informasi (tujuan)

lalu sebaliknya. Sebegai media transmisi, serat optik menjadi alternatif utama

untuk komunikasi wired karena kemampuannya untuk menyalurkan informasi

dengan kapasitas yang besar dan mempunyai kehandalan yang cukup tinggi.

Kapasitas transmisi mencapai 25 THz sehingga serat optik dapat diaplikasikan

untuk pentransmisian berbagai layanan informasi yang beragam dan

memerlukan bandwidth yang cukup tinggi. Dengan kehandalan yang dimiliki

serat optik maka tidak diragukan lagi untuk menjadikan serat optik sebagai

backbone di dunia telekomunikasi [10].

Pada proses pentransmisian sinyal informasi dimulai dari pengubahan

sinyal informasi berupa sinyal elektrik menjadi cahaya. Pengubahan ini

13101043 24

bersamaan dengan proses modulasi pada bagian transmitter dan pada bagian

receiver (photodetector) akan dikonversi kembali ke dalam sinyal elektrik.

Secara garis besar, konfigurasi sistem transmisi serat optik dapat digambarkan

seperti pada gambar 2.25.

Gambar 2. 28 Sistem Komunikasi Serat Optik Secara Umum

1.6 SINGLE MODE FIBER (SMF)

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. 29 Single-Mode Fiber

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 single mode cocok untuk kapasitas besar dan

komunikasi fiber optik jarak jauh[21].

13101043 25

1.7 LASER CW

CW (Continous 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 Noise

dari CW Laser dimodelkan menggunakan fungsi idensitas probabilitas sebagai

berikut [7]:

fdtefdt

f

4

2

.2

1 (2.15)

Dengan Δφ adalah perbedaan fasa antara two successive time instant

dan dt adalah waktu diskritisasi. Sebuah variabel acak Gaussian untuk perbedaan

fasa antara two successive time instant dengan zero mean dan sebuah variance

diasumsikan sama dengan 2π √𝛥𝑓, dengan Δf dengan laser 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

(2.16)

Dimana power splitting k dan perbedaan fasa θ terkait dengan

paramater azimuth dan ellipticity sebagai berikut:

sin122sin

21

cos122tan

kk

k

kk

(2.17)

1.8 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 sintensitas, frekuensi atau

fasa oleh sinyal input analog. Setelah dimodulasi dengan eksternal modulator,

sinyal dilewatkan ke serat optik sampai ke receiver dimana kemudian sinyal

digabung dengan output dari laser osilator lokal. Gabungan sinyal tersebut pada

photo dioda dikonversikan menjadi sinyal elektrik yang terpusat pada frekuensi

diantara sumber optik yang tidak termodulasi dengan laser lokal osilator. Sinyal

ini kemudian diproses menjadi sinyal analog.

13101043 26

Gambar 2. 30 Principe Coherent Detection Transmitter dan Receiver

Sistem pendeteksian coherent detection mempunyai 3 keunggulan

utama dibandingkan dengan direct detection yaitu:

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 saya.

3. Pada sistem koheren, selektivitas frekuensi sangat baik, karena adanya post

photodetector filter.

Metode IM/DD menawarkan sistem yang sederhana dan relatif murah,

tetapi memiliki kelemahan seperti sensitifitas/kepekaan yang terbatas dan tidak

dapat menggunakan keuntungan secara maksimal dari kemampuan bandwidth

yang besar dari serat optik.

1.9 MODULASI OPTIK

Modulator merupakan proses penumpangan sinyal pada media

transmisi. Modulator optik yang sering digunakan pada sistem komunikasi serat

optik adalah Mach Zehnder Modulator (MZM).

Mach Zehnder Modulator merupakan device yang terintegrasi dan

dapat mendukung suatu jaringan serat optik agar menjadi lebih handal. Device

tersebut memiliki kapasitas bandwidth yang besar. Device tersebut memiliki

kecepatan pemodulasian sampai dengan orde giga. Mach Zehnder Modulator

juga merupakan salah satu device elektro optik yang bekerja berdasarkan

interferensi yang dihasilkan dari gelombang cahaya yang koheren. Gambar

dibawah ini merupakan bentuk umum dari komponen Mach Zehnder Modulator

[3]:

13101043 27

Gambar 2. 31 MZM (Mach Zehnder Modulator) [3]

Pada Mach Zehnder Modulator, gelombang cahaya terbagi 2 oleh

coupler 3-dB sehingga menghasilkan gelombang yang sama besar dan sefasa.

Pada lengan interaksi pertama diberikan tegangan lsitrik dengan tegangan yang

berbeda-beda. Sehingga mengakibatkan suatu perpaduan antar dua gelombang

yang menimbulkan interferensi[13]. Fasa gelombang datang pada lengan

pertaman akan berbeda dengan fasa yang awal karena terjadi interferensi pada

lengan modulator. Namun tidak hanya peristiwa interferensi yang menyebabkan

perubahan fasa tetapi bahan penyusun juga menyebabkan perubahan fasa pada

lengan berikutnya, gelombang akan kembali dipadukan dengan gelombang yang

tidak diberi tegangan listrik. Namun kedua gelombang cahaya tidak lagi sefasa

sehingga pada saat penggabungan akan terlihat intensitas yang berbeda pada

keluaran[14].

1.10 SOFTWARE OPTISYSTEM

Optisystem merupakan software simulasi yang memungkinkan

pengguna untuk merencanakan, menguji, dan mensimulasikan/mendesain

jaringan dengan menggunakan tool yang telah tersedia. 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. Berikut

beberapa sistem dan fungsi yang dapat dimodelkan dan simulasikan dengan

menggunakan optisystem [16]:

Radio Over Fiber.

Transmitter, saluran, amplifier, dan desain penerima.

Perkiraan BER dan penalti dengan sistem yang berbeda pada penerima.

Sistem BER dan Power Link Budget.

13101043 28

1.11 DETEKTOR OPTIK (Photodetector)

Photodetector merupakan perangkat penerimaan sinyal cahaya pada

sistem komunikasi serat optik. Perancangan dan pemilihan perangkat penerima

sangat berpengaruh dalam analisis sensitivitas dari besarnya daya optik

minimum yang dapat dideteksi oleh photodetector. Jenis-jenis photodetector

yaitu Positive Instrinsic Negative (PIN) dan Avalanched Photo Diode (APD).

1.11.1 Photodetector PIN

Prinsip kerja PIN adalah mengubah energi optik (foton) yang

diterima menjadi arus keluaran berdasarkan photo voltanic effect. Selain

itu, photodetector PIN juga memerlukan bias mundur. Karakteristik

Photodetector dioda PIN [11]:

1. Responsitivity (R)

Responsitivity dapat diartikan sebagai kemampuan photodetector

untuk mendeteksi sinyal cahaya. Persamaan responsitivity pada

photodetector PIN adalah sebagai berikut:

R = 𝑙𝑝

𝑃𝑜 (2.18)

Dimana:

R adalah responsitivy (A/W)

Ip adalah arus photodetector (A)

Po adalah daya serat optik (W)

2. Efisiensi Kuantum

Efisiensi Kuantum adalah perbandingan antara pasangan elektron-

hole primer terhadap foton yang datang pada dioda. Hubungan antara

efisiensi kuantum dengan responsitivity dan panjang gelombang:

Ƞ = 1.24 𝑅

𝜆 (2.19)

Dimana:

Ƞ adalah efisiensi kuantum (A/W µm)

R adalah responsitivity (A/W)

Λ adalah panjang gelombang (µm)

3. Rise Time

Kecepatan respon ditentukan oleh karakteristik rise time detector

tersebut.

4. Minimum Required Power

Minimun Required Power merupakan daya minimum yang

diperlukan pada BER (Bit Error Rate) tertentu.

13101043 29

1.11.2 Photodetector APD

Photodetector Avalanched Photo Diode (APD) bekerja

dengan reverse bias yang besar. Pada mesin listrik yang tinggi terjadi

avalanched effect yang menghasikan impact ionization berantai dan

terjadi multiplikasi avalanched sehingga terjadi penguatan atau

multiplikasi arus. Cahaya datang pada p+, kemudian diserap oleh bahan π

yang bertindak sebagai daerah pengumpul untuk carrier cahaya yang

dibangkitkan. Pada waktu foton memberikan energinya, pasangan

elektron-hole dibangkitkan, yang kemudian dipisahkan oleh medan listrik

pada daerah π. Elektron tadi mengalir dari daerah π menuju pn+ junction

dimana terjadi medan listrik yang tinggi. Disini carrier multiplication

terjadi.

Karakteristik Photodetector APD [12]:

1. Responsitivity (R)

Persamaan reponsitivity pada photodetector APD adalah sebagai

berikut:

RAPD = RPINM (2.20)

Dimana:

M adalah faktor multiplikasi APD

2. Absorption

Penyerapan foton di dalam photodiode menghasilkan photocurrent

yang tergantung kepada koefisien absorpsi (αo) cahaya di dalam

semikonduktor device. Koefisien absorpsi tergantung pada panjang

grlombang yang digunakan.

Besarnya daya yang diserap photodiode dapat dituliksan dalam

persamaan sebagai berikut:

Pabs = Po (1-℮-αod) (2.21)

Dimana:

Pabs = Daya yang diserap oleh APD (mW)

Po = Daya yang diterima dari serat optik (W)

d = Lebar dari active region (m)

α = Koefisien absorpsi (m-1)

Hubungan antara Pabs, Po, dan Ƞ adalah

Ƞ = 𝛲𝑎𝑏𝑠

𝛲𝑜 (2.22)

Dimana:

Ƞ = Efisiensi Kuantum

Pabs= Daya yang diserap oleh APD (mW)

13101043 30

Po = Daya yang diterima dari serat optik serat (mW)

1.12 PARAMETER PERFORMANSI

1.12.1 Bit Error Rate (BER)

Parameter yang paling umum untuk jaringan digital adalah Bit

Error Rate (BER). BER didefinisikan sebagai perbandingan jumlah

kesalahan bit yang mungkin terjadi (NE) dengan jumlah bit total (NT)

yang dikirim selama selang waktu tertentu. Dalam persamaan matematis

dapat ditulis sebagai berikut [18]:

BER = 𝑁𝐸

𝑁𝑇 (2.23)

Nilai BER harus ditekan sekecil mungkin tingkat terjadinya

error. Reliabilitas dari serat optik dapat ditentukan dengan satuan Bit

Error Rate (BER). BER untuk sistem telekomuikasi serat optik biasanya

berkisar dari 10-9 yang berarti setiap miliaran bit rata-rata hanya terdapat

kemungkinan satu bit yang error. Dalam pemodelan dan simulasi

performansi BER dapat dilihat dari pola yang terbentuk akibat terjadi

pengiriman berkali-kali terhadap data digital dengan laju bit yang tinggi

atau biasa.

1.12.2 Symbol Error Rate (SER)

Untuk mengukur performansi atau unjuk kerja dari sistem

yang direncanakan parameter yang dijadikan acuan adalah Symbol Error

Rate (SER). Symbol Error Rate (SER) adalah pengukuran kualitas dari

sinyal yang diterima untuk sistem komunikasi digital. Hasil pengukuran

SER tersebut tidak subjektif sehingga pengguna data sangat menuntut

SER kecil. Semakin kecil nilai SER berarti menunjukkan performansi

yang semakin bagus, karena menunjukkan semakin kecilnya kesalahan

simbol data yang diterima. Nilai Symbol Error Rate (SER) diperoleh

dengan membandingkan jumlah kesalahan simbol yang diterima dengan

jumlah simbol yang dikirimkan, mengikuti ketentuan dengan persamaan.

SER = 𝑠𝑡

𝑠𝑑 (2.24)

Dimana,

St = Jumlah kesalahan simbol yang diterima

Sd = Jumlah simbol yang dikirim

13101043 31

1.12.3 Error Vector Magnitude (EVM)

Error Vector Magnitude (EVM) pengukuran sering dilakukan

pada vektor sinyal analisis (VSAs), analisis real-time atau instrumen

lainnya yang menangkap catatan waktu dan internal melakukan Fast

Fourier Transform (FTT) untuk mengaktifkan frekuensi domain analisis.

Sinyal turun dikonversi sebelum EVM perhitungan dibuat. Karena

berbeda modulasi sistem yakni BPSK, 4-QAM, 16-QAM, dll harus

tingkat berbeda amplitudo, dihitung dan membandingkan EVM

pengukuran efektif normalisasi beberapa biasanya dilakukan. Normalisasi

diturunkan sehingga amplitudo rata-rata dari semua simbol yang mungkin

ada di konstelasi apapun skema modulasi adalah satu. Dengan demikian,

EVM adalah didefinisikan sebagai nilai root mean square (rms) dari

perbedaan antara koleksi yang diukur simbol dan simbol ideal. Perbedaan

ini dirata-ratakan di atas yang diberikan, biasanya besar jumlah simbol

dan sering ditunjukkan sebagai persen dari rata-rata daya per simbol dari

konstelasi. Dengan demikian, EVM secara matematis diberikan sebagai

Berikut [15]:

(2.25)

Dimana Sn adalah simbol nth yang dinormalisasi di Aliran simbol terukur,

S0, n adalah ideal. Titik konstelasi yang dinormalisasi dari nth Simbol dan

N adalah jumlah simbol yang unik Di rasi bintang. Ekspresi dalam

Persamaan 2.11 tidak dapat digantikan oleh ketidakteraturan mereka Nilai

sejak konstanta normalisasi untuk konstelasi diukur dan ideal konstelasi

tidak sama.

(2.26) Dimana Pv adalah kekuatan total yang diukur konstelasi simbol T. Untuk

tegangan RMS Tingkat komponen inphase dan quadrature, VI Dan VQ

dan untuk T >> N, bisa ditunjukkan bahwa Pv Dapat dinyatakan sebagai

(2.27) Faktor normalisasi untuk kasus ideal bisa Langsung diukur dari N ideal

yang unik titik konstelasi dan diberikan oleh

13101043 32

(2.28) Oleh karena itu Persamaan 2.11 dapat diperpanjang lebih lanjut

Menggunakan faktor normalisasi pada Persamaan 2.12 dan 2.15 sebagai

(2.29) Dimana itu = (VIt) | A | Adalah normal dalam fase Tegangan untuk simbol

terukur dan I0, t = (VI0, t) | A0 | Adalah tegangan fase-dinormalkan untuk

Simbol ideal di rasi bintang, Qt = (VQt) | A | Adalah tegangan kuadratur

normal untuk Diukur simbol dan Q0, t = (VQ0, t) | A0 | adalah Tegangan

kuadratur dinormalisasi untuk simbol ideal Di rasi bintang. Inilah definisi

yang mana Sekarang digunakan sebagai definisi standar EVM di IEEE

802.11a - 1999TM [6, 5].

1.12.4 Power Link Budget

Daya optik yang diterima bergantung pada daya optik yang

dikirim dan total redaman (loss), yang dirumuskan melalui persamaan

berikut [17]:

PR = PT – Total Loss (2.30)

Dimana,

PR adalah daya optik diterima (dBm)

PT adalah daya optik yang dikirim (dBm)

Total Loss adalah keseluruhan rugi-rugi yang terjadi (dB)

Total loss yang terjadi dalam sistem komunikasi serat optik

dalam matematis dapat ditulis sebagai berikut:

Total Loss = Lkonektor + Attenuationsplitter + LFO

(2.31)

Dimana,

Lkonektor adalah rugi-rugi yang disebabkan oleh konektor (dB)

Attenuationsplitter adalah rugi-rugi yang disebabkan banyaknya

pembelahan sinyal (dB)

LFO adalah redaman atau attenuasi serat optik (dB)

13101043 33