BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Sistem Komunikasi Serat Optik

Sistem komunikasi serat optik adalah suatu sistem komunikasi yang

menggunakan kabel serat optik sebagai saluran transmisinya yang dapat

menyalurkan informasi dengan kapasitas besar dan tingkat keandalan yang tinggi.

Secara umum metode point-to-point sistem transmisi terdiri dari tiga elemen

dasar, yaitu transmitter, amplifier, kabel serat optik, receiver (Ranny, 2009).

Gambar 2.1. Blok Dasar Sistem Komunikasi Serat Optik

Lahirnya teknologi serat optik memberikan kemungkinan yang lebih bagus

bagi jaringan telekomunikasi. Serat optik merupakan media transmisi yang dapat

mentransmisikan informasi yang berkapasitas besar dan memiliki tingkat

keandalan yang sangat tinggi. Berbeda dengan media transmisi yang lain, pada

serat optik gelombang pembawanya bukan gelombang elektromagnet atau listrik,

akan tetapi adalah sinar laser.

Gambar 2.2. Kabel Serat Optik (Gatot, 2008)

Sistem telekomunikasi ini sebenarnya sudah lama diteliti, tetapi karena

banyaknya kesulitan yang timbul terutama di dalam usaha pembersihan kotoran

II-1

dalam proses pembuatan serat optik. Kotoran di dalam serat optik dapat

menyebabkan terjadinya rugi-rugi transmisi.

Rugi transmisi yang paling berpengaruh pada serat optik adalah dispersi.

Pulsa cahaya yang dipancarkan ke dalam serat optik akan menemui beberapa

dispersi yang mengakibatkan menyebarnya (spread) pulsa dalam daerah waktu,

yang dengan demikian mengubah bentuk sinyalnya sehingga pulsa menyatu

dengan pulsa terdahulu dan pulsa berikutnya (Dennis dan John, 1984).

.

2.1.1 Sumber Optik

Ada dua jenis sumber optik yang sering digunakan, yaitu LED (Light

Emitting Diode) dan LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of

Radiation). Beberapa karakteristik yang harus dipenuhi oleh sumber optik adalah

sebagai berikut (Anonymous, 2004):

1. Ukuran dan konfigurasi kompatibel dengan cahaya yang dimasukkan ke

dalam serat.

2. Mempunyai akurasi yang tinggi dalam mengkonversi sinyal listrik

masukan untuk mengurangi distorsi dan derau.

3. Cahaya yang dihasilkan berada pada panjang gelombang di mana serat

mempunyai redaman dan dispersi rendah, dan di mana detektornya dapat

bekerja secara efisien.

4. Kemudahan dalam memodulasi sinyal.

5. Cahaya yang dihasilkan harus dapat di-couple ke dalam serat dengan

efisien agar menghasilkan daya optik yang cukup.

6. Menghasilkan cahaya dengan lebar pita frekuensi yang cukup sempit

untuk meminimumkan dispersi.

7. Cukup stabil terhadap pengaruh luar.

8. Mempunyai keandalan tinggi dan harga yang cukup murah agar dapat

menandingi teknik transmisi konvensional.

II-2

2.1.1.1 LED

Bagian utama dari LED adalah p-n junction yang disebut sebagai daerah

aktif. LED memerlukan bias maju agar dapat beroperasi. Proses emisi cahaya

pada LED terjadi bila p-n junction mendapatkan bias maju maka elektron dan hole

diinjeksikan ke daerah p dan n. Masing-masingnya sebagai pembawa minoritas

akan dapat bergabung kembali (rekombinasi) dengan melepaskan energi radiasi

berupa foton memberikan cahaya keluaran dan energi non radiasi berupa foton

didisipasikan sebagai panas. Hasil cahaya keluaran inkoheren dengan spektrum

lebar dan emisi tidak terarah.

Ada beberapa jenis LED yang biasa digunakan, diantaranya adalah:

a. Surface Emitter (dioda burrus) LED

LED jenis ini memiliki karakteristik yaitu tipe high radiance, radiasi

keluaran dengan sudut pancar 180o, bersifat lambertian source, memerlukan bias

maju, emisi cahaya 50µm, kemasan pigtail dengan serat optik langsung pada

daerah aktif sepanjang 30 cm.

b. Edged Emitter LED

LED jenis ini memiliki karakteristik yaitu radiasi keluaran lebih terarah,

daerah aktif berbentuk pipih segi empat (stripe), spektrum pancaran berbentuk

ellips, emisi cahaya ke arah samping atau ujung, memerlukan bias maju, lebar

spektrum keluaran sudut paralel 120o dan sudut yang tegak lurus sama dengan 25o

– 35o. Panjang gelombang emisi puncak ditentukan oleh bahan yang digunakan

dengan dopan yang ditambahkannya. Dengan mengatur komposisi bahan dapat

merubah harga Eg.

2.1.1.2 LASER

Kata "LASER" adalah singkatan dari Light Amplification by Stimulated

Emission of Radiation. Kata kuncinya adalah rangsangan emisi. Hal ini yang

memungkinkan laser untuk dapat menghasilkan intens berkas cahaya koheren

yang berdaya tinggi (cahaya yang mengandung satu atau lebih frekuensi yang

berbeda). Bahan dasarnya berupa gas, cairan, kristal dan semikonduktor.

II-3

Pengoperasian laser harus menggunakan arus bias yang besar di atas arus

threshold. Proses pembentukan laser (Anonymous, 2004):

1. Absorpsi foton yaitu proses perpindahan elektron dari energi valensi ke

energi konduksi.

2. Emisi Spontan yaitu proses di mana elektron dalam keadaan tereksitasi di

energi konduksi kembali ke energi dasar dengan melepas foton.

3. Emisi terangsang yaitu proses saat keadaan inversi populasi elektron

tereksitasi yang mendapat rangsangan akan serentak melepaskan foton

dalam jumlah banyak.

Gambar 2.3. Struktur Dasar LASER

Panjang gelombang emisi keluaran (Anonymous, 2004) dirumuskan dengan:

Dimana λ adalah panjang gelombang cahaya keluaran, n adalah indeks bias

daerah aktif, L adalah panjang rongga resonansi optik dan q adalah jumlah mode

yang berosilasi. Karakteristik dari dioda laser adalah sebagai berikut:

Memiliki keluaran daya optik yang besar.

Memiliki penguatan optik.

Harus bekerja di atas arus threshold.

Memiliki rongga resonan optik (Fabry Perrot Resonator).

Disipasi panas besar, sehingga diperlukan stabilitasi temperatur.

Arus threshold dipengaruhi temperatur.

II-4

Ada beberapa jenis laser yang biasa digunakan, diantaranya adalah sebagai

berikut (Norizan, 2008):

CW (continuous wave)

Laser ini dibangun untuk memancarkan sinyal yang terus menerus

(kontinyu). Hal ini membuat perbedaan mendasar dalam konstruksi.

Dalam pengoperasianya, output dari laser relatif konsisten terhadap waktu.

Sumber pompa mantap dibutuhkan untuk penguatan tetap stabil dan terus

dipelihara.

VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser). Laser ini beroperasi pada

850nm dan sebagian besar adalah multimode. Biaya sangat rendah karena

diproduksi dalam volume tinggi untuk aplikasi komunikasi data.

FP (Fabry-Perot Laser), Laser ini adalah tepi emisi dan biasa beroperasi

pada panjang gelombang (1310 atau 1550 nm) dengan beberapa

longitudinal mode. Biaya menengah antara VCSEL dan DFB.

DFB (Distributed Feedback Laser), ini adalah tepi-laser emitter dan

terutama beroperasi pada panjang gelombang (1310 atau 1550 nm) dengan

single longitudinal mode. Biaya lebih tinggi daripada VCSEL atau FP.

2.1.2 Modulasi Optik

2.1.2.1 Mach Zehnder Modulator (MZM)

Mach Zehnder Modulator adalah perangkat elektro-optik yang digunakan

untuk memodulasi amplitudo gelombang. Sebuah Mach Zehnder Modulator

terdiri dari dua cabang Y yang diletakkan bertolakbelakang dan dipisahkan oleh

jarak tertentu. Lengan akan dipisahkan dan dikendalikan dengan baik oleh

tegangan eksternal. Cabang Y pertama berfungsi untuk membagi gelombang

cahaya yang masuk, kemudian dimanipulasi oleh lengan spasi, dan keluaran dari

cabang Y menggabungkan cahaya dari kedua lengan.

Pada Gambar 2.4 ditampilkan sinyal pembawa (cahaya) yang memasuki

modulator dibagi menjadi dua jalur, satu jalur tidak diubah (unmodulated) dan

satu jalur lainnya dimodulasi. Ketika cahaya tersebut direkombinasi kembali, dua

gelombang tersebut saling mengganggu satu sama lain. Jika dua gelombang

II-5

berada dalam fasa maka terjadi gangguan yang konstruktif dan output adalah ON.

Jika keluar dari fasa maka akan terjadi interferensi destruktif dan gelombang akan

saling membatalkan satu sama lain, maka output adalah OFF. Untuk lampu ON

diwakili biner 1 dan untuk OFF cahaya diwakili biner 0.

Gambar 2.4 Struktur Mach Zehnder Modulator (Norizan,2008)

2.1.3 Serat optik

Serat optik (Fiber Optic) adalah media transmisi yang bahan dasarnya

terbuat dari kaca atau plastik yang digunakan untuk mentransmisikan sinyal

cahaya dari suatu tempat ke tempat lain. Cahaya yang menjalar di dalam serat

optik sulit keluar karena indeks bias kaca lebih besar daripada indeks bias udara.

Kecepatan transmisi serat optik sangat tinggi sehingga sangat baik digunakan

sebagai saluran komunikasi.

Serat optik terdiri dari 2 bagian, yaitu cladding dan core. Cladding adalah

selubung atau jaket dari core. Cladding mempunyai indek bias lebih rendah dari

pada core sehingga akan memantulkan kembali cahaya yang mengarah keluar dari

core kembali ke dalam core lagi.

Efisiensi dari serat optik ditentukan oleh kemurnian dari bahan pembuatan

gelas. Semakin murni bahan gelas, semakin sedikit cahaya yang diserap oleh serat

optik. Berdasarkan karakteristiknya maka secara garis besar serat optik dapat

dibagi menjadi 2 jenis yaitu multimode dan singlemode (Gatot, 2008).

Pada jenis serat optik multimode perambatan cahaya dari satu ujung ke

ujung lainnya terjadi dengan melalui beberapa lintasan cahaya dengan panjang

II-6

gelombang 850-1300nm, karena itu disebut multimode. Diameter inti (core)

sesuai dengan rekomendasi dari CCITT G.651 adalah sebesar 50 mm dan dilapisi

oleh jaket selubung (cladding) dengan diameter 125 mm.

Gambar 2.5. Pulsa Serat Optik Multimode

Sedangkan dilihat dari susunan index biasnya serat optik multimode dibagi

menjadi dua profil yaitu graded index dan step index. Pada serat optik graded

index, serat optik mempunyai index bias cahaya yang merupakan fungsi dari jarak

terhadap sumbu atau poros serat optik. Dengan demikian cahaya yang merambat

melalui beberapa lintasan pada akhirnya akan sampai pada ujung lainnya pada

waktu yang sama.

Berbeda dengan graded index, maka pada serat optik step index

(mempunyai indeks bias cahaya sama) sinar yang merambat pada sumbu akan

sampai pada ujung lainnya terlebih dahulu (dispersi). Hal ini dapat terjadi karena

lintasan yang melalui poros lebih pendek daripada sinar yang mengalami

pemantulan pada dinding serat optik. Sebagai hasilnya akan terjadi pelebaran

pulsa atau dengan kata lain mengurangi lebar bidang frekuensi.

Oleh karena itu secara otomatis hanya serat optik graded index saja yang

dapat dipergunakan sebagai saluran transmisi serat optik multimode.

Sedangkan serat optik singlemode mempunyai diameter core (inti) yang

sangat kecil yaitu 3 – 10 mm, sehingga hanya satu berkas cahaya dengan panjang

gelombang 1310-1550 nm saja yang dapat melaluinya. Karena hanya satu berkas

cahaya yang menjalar maka indeks bias tidak akan berpengaruh terhadap

perjalanan cahayan (tidak terjadi dispersi).

II-7

Gambar 2.6. Pulsa Serat Optik Singlemode

Dengan demikian serat optik singlemode memberi kelebihan kapasitas

bandwidth yang lebih besar dan jarak yang lebih jauh, yaitu hingga puluhan

kilometer dengan skala bandwidth gigabit. Sedangkan multimode dipergunakan

untuk jaringan telekomunikasi lokal (local network).

2.1.4 Penguat Optik

2.1.4.1 Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA)

Sinyal yang dikirim melalui serat optik akan mengalami pelemahan. Pada

jarak tertentu, daya sinyal akan mencapai nilai minimum yang dapat ditoleransi.

Untuk itu diperlukanlah sebuah perangkat penguat sinyal optik.

Salah satu jenis penguat optik yang lazim digunakan adalah EDFA

(Erbium Doped Fiber Amplifier). EDFA adalah serat optik dari bahan silica

(SiO2) dengan inti (core) yang telah dikotori dengan bahan Erbium (Er3+).

Berikut ini beberapa keunggulan yang dimiliki oleh EDFA (Tri wahyuni, 2009):

a. Penguatan (gain) tinggi

Pada tahap eksperimen EDFA memiliki penguatan sebesar 40 dB.

Sedangkan perangkat EDFA komersil mempunyai penguatan 20-30 dB

dengan memompa energi sebesar 10 mW.

b. Memiliki bandwidth yang lebar

Ion Erbium melepaskan foton dengan interval panjang gelombang 1530-

1560nm atau sama dengan bandwidth sebesar 3 THz. Pada interval tersebut

redaman yang terjadi pada serat optik hanya berkisar 0.2 dB/km, sehingga

EDFA dapat memperkuat puluhan sinyal dengan panjang gelombang yang

berbeda secara bersamaan.

II-8

c. Noise Figure sangat kecil

Noise Figure merupakan perbandingan antara S/Nin dengan S/Nout, sehingga

untuk tansmisi jarak jauh akan menghasilkan akumulasi derau optik, namun

dengan adanya tapis optik pada perangkat EDFA maka noise figure yang

muncul menjadi sangat kecil.

d. Daya output besar

Daya output pada EDFA akan meningkat seiring dengan meningkatnya daya

dioda laser (optical pump).

2.1.5 Photodetektor (Penerima Optik)

Photodetektor adalah sebuah komponen yang berfungsi untuk mendeteksi

cahaya yang masuk dan mengubahnya menjadi sinyal listrik. Syarat-syarat yang

harus dimiliki oleh sebuah detektor optik adalah sebagai berikut (Anonymous,

2004):

1. Mempunyai sensitivitas tinggi.

2. Responnya cepat.

3. Derau yang dihasilkan kecil.

4. Tersedia cukup bandwidth untuk menyalurkan data rate yang diinginkan.

5. Tidak sensitif terhadap perubahan suhu.

6. Secara fisik kompatibel dengan dimensi kabel.

7. Mempunyai waktu operasi yang lama.

Dari bahan semikonduktor, photodetektor dibagi menjadi 3 jenis yaitu dioda PN,

dioda PIN (P intrinsic N) dan dioda APD (Avalanche Photo Diode)

2.1.5.1 Photodetektor Dioda PN

Dioda PN adalah detektor cahaya yang dioperasikan pada mode reverse

dimana daerah deplesinya diinteraksikan dengan energi cahaya. Perlu diingat

bahwa diode tanpa tegangan bias memiliki daerah deplesi secara relatif sempit,

yaitu daerah dimana muatan bebasnya (elektron atau hole) sangat jarang. Dengan

memperbesar tegangan bias reverse daerah deplesi ini akan membesar. Photon

yang datang pada daerah deplesi ini akan menghasilkan pasangan elektron-hole

II-9

(muatan bebas) yang selanjutnya berpindah karena tegangan yang diberikan antara

sambungan (Dennis dan John, 1984). Gambar 2.7 menunjukkan situasi ini.

(a)

(b)

Gambar 2.7. Photodioda, (a) prinsip operasi dan (b) simbol

Di dalam daerah deplesi, pasangan elektron dan hole bergerak karena tegangan

listrik yang diberikan. Perlu diketahui bahwa karena daerah deplesi memiliki

resistansi yang amat tinggi, maka pada daerah ini akan terdapat medan listrik, E

yang amat besar yang digunakan untuk mempercepat pasangan elektron dan hole.

Beberapa photon mungkin diserap pada daerah P atau daerah N diluar daerah

deplesi. Beberapa elektron mungkin melakukan rekombinasi sehingga

menghasilkan arus (photocurrent) . Sebagai akibatnya daerah deplesi ini perlu

diperlebar untuk memungkinkan terjadi absorpsi photon cahaya sebanyak

mungkin untuk menghasilkan arus (photocurrent) sebesar mungkin. Untuk

merealisasikan hal ini, maka dikembangkanlah photodiode dengan struktur PIN

Photodiode. Penting dicatat bahwa photocurrent (arus yang dihasilkan oleh

photon cahaya) memiliki polaritas yang sama sebagaiman arus reverse (arus

II-10

leakage) dari photodiode. Karenanya penting untuk menjaga arus leakage (dark

current) ini sekecil mungkin.

2.1.5.3 Photodetektor Dioda PIN

Prinsip kerja dioda PIN adalah mengubah energi optik (foton) yang

diterima menjadi arus keluaran berdasarkan photo voltaic effect. Selain itu dioda

PIN juga memerlukan bias mundur (Anonymous, 2004).

Karakteristik detektor optik dioda PIN:

a. Responsitivity (R)

(2.2)

dimana Ip adalah arus photodetektor, P0 adalah daya optik diterima, η adalah

efisiensi kuantum, e adalah muatan elektron, h adalah konstanta planck, dan f

adalah frekuensi.

b. Efisiensi kuantum

Efisiensi Kuantum adalah perbandingan antara pasangan elektron-hole primer

terhadap foton yang datang pada dioda.

c. Kecepatan respon (rise time)

Kecepatan respon ditentukan oleh karakteristik rise time detektor tersebut.

e. Daya optik minimum (MRP: Minimum Required Power)

Merupakan daya minimum yang diperlukan pada BER (Bit Error Rate)

tertentu.

2.1.5.3 Photodetektor Dioda APD

Dioda APD bekerja dengan reverse bias yang besar. Pada medan listrik

yang tinggi terjadi avalanche effect yang menghasilkan impact ionization berantai

dan terjadi multiplikasi avalanche sehingga terjadi penguatan atau multiplikasi

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

sebagai daerah penumpul 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

II-11

dari daerah π menuju pn+ junction di mana terjadi medan listrik yang tinggi. Di

sini carrier multiplication terjadi (Anonymous, 2004).

Multiplikasi M photodioda ditentukan M = IM/IP, dimana IM adalah nilai

rata-rata total arus output yang dimultiplikasi, dan Ip adalah arus photo yang tidak

dimultiplikasi. Karakteristik dioda APD dinyatakan dengan persamaan:

Responsivity = RAPD = RPIN.M (2.3)

2.1 Radio over Fiber ( RoF )

2.2.1 Pengertian RoF

Radio over Fiber adalah proses pengiriman sinyal radio melalui kabel

optik untuk mendapatkan pengiriman data yang lebih cepat (Anonymous, 2010).

RoF merupakan sebuah teknologi dimana sinyal radio dimodulasi atau

ditumpangkan dengan cahaya dan ditransmisikan melalui serat optik.

Gambar 2.8. Blok Dasar Sistem RoF (Vorgelegt dan Hong, 2005)

Dalam sistem RoF, sinyal nirkabel dari stasiun pusat akan ditransmisikan

dalam bentuk serat optik ke base station sebelum dipancarkan melalui udara.

Setiap base station disesuaikan untuk berkomunikasi melalui jaringan radio

dengan stasiun bergerak, setidaknya satu pengguna berada di dalam jangkauan

radio.

II-12

Dengan menggunakan serat optik sebagai media perantara, maka akan

dapat menghasilkan kecepatan transmisi yang lebih tinggi dibandingkan jika

dilakukan transmisi secara langsung. Dengan menggunakan kabel serat optik,

maka kualitas sinyal informasi yang ditransmisikan akan tetap bagus atau dapat

dikatakan gangguan yang timbul selama proses transmisi sangat kecil. Selain itu

penggunaan kabel serat optik dapat menghemat biaya serta menambah

performansi untuk high speed fiber berdasarkan akses nirkabel.

2.2.2 Sistem kerja RoF

Pada dasarnya prinsip kerja RoF adalah penggabungan segi kelebihan dari

teknologi serat optik dan nirkabel. Hal ini bertujuan agar dalam cakupan area

nirkabel, dapat dipasang jaringan pengguna yang dapat menikmati performansi

yang lebih baik daripada nirkabel tetapi biaya instalasi tidak semahal pada kabel

serat optik.

Radio over Fiber antar Radio Access Point (RAP) untuk memancarkan

sinyal sebesar daerah sel mikro. Hal tersebut memungkinkan dapat tercakupnya

seluruh area coverage yang semestinya dapat dijangkau oleh nirkabel. Dengan

adanya jaringan RoF maka kualitas sinyal dapat dipertahankan dan diharapkan

performasi yang dinikmati oleh pelanggan akan lebih bagus.

Sistem transmisi RoF dapat digolongkan menjadi tiga macam yaitu (H.C

Lee, 2010):

a. RF-over-Fiber

Pada RF-over-Fiber data dibawa dengan sinyal pembawa RF (Radio

Frekuency) dengan frekuensi tinggi (biasanya diatas 10 GHz) sebelum

ditransmisikan melalui saluran optik. Sehingga sinyal wireless yang

ditransmisikan melalui saluran optik tersebut dapat didistribusikan

langsung ke Base Station (BS) dengan frekuensi tinggi.

II-13

Gambar 2.9. Sistem RoF Downlink dengan Sinyal Transmisi RF-over-Fiber

Sinyal optik tersebut harus diubah ke sinyal listrik di BS sebelum

diperkuat dan dipancarkan oleh antena. Pada BS tidak perlu lagi dipasang

up/down converter, sehingga implementasinya menjadi lebih sederhana

dan hemat biaya.

b. IF-over Fiber

Pada IF-over Fiber, sinyal IF (Intermediate Frequency) dengan frekuensi

yang lebih rendah (kurang dari 10 GHz) digunakan untuk modulasi

cahaya sebelum ditransmisikan melalui saluran optik. (Anonymous, 2010)

Gambar 2.10. Sistem RoF Downlink dengan Sinyal Transmisi IF-over-Fiber

c. Baseband-over-Fiber

Baseband-over-Fiber merupakan suatu 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.

II-14

Gambar 2.11. Sistem RoF Downlink dengan Sinyal Transmisi Baseband-over-

Fiber

2.2.3 Kelebihan RoF

Jaringan Radio over Fiber memiliki beberapa keunggulan

diantaranya adalah (Wikipedia, 2011):

1. Memiliki bandwidth yang lebar.

2. Menghasilkan frekuensi subcarrier microwave sampai 100 GHz.

3. Menghindari penggunaan alat pengkonversi yang mahal.

4. Mengurangi kontaminasi noise dan meningkatkan kualitas pelayanan.

5. Meningkatkan komunikasi nirkabel dan kapasitas data.

2.3 Milimeter Wave (mm-wave)

Milimeter Wave adalah nama umum untuk gelombang elektromagnetik

dengan frekuensi antara 30 GHz sampai 300 GHz. Sebuah sistem untuk

pengiriman sinyal microwave frekuensi tinggi menggunakan serat optik antara

base station (BS) dan pengguna akhir dikenal sebagai sistem ROF mm-wave

(Norizan, 2009).

Milimeter Wave menawarkan beberapa manfaat dan kelebihan. Namun,

mm-gelombang tidak dapat didistribusikan secara elektrik karena memiliki

kerugian propagasi RF yang tinggi. Solusi yang paling menjanjikan untuk

masalah ini adalah dengan menggunakan kabel optik. Penggunaan kabel optik

memiliki keunggulan atenuasi rendah dan bandwidth yang besar sehingga biaya

distribusi menjadi efektif. Selain itu, beberapa teknik optik dasar memiliki

II-15

kemampuan untuk menghasilkan frekuensi tanpa batas. Sebagai contoh yaitu

microwave frekuensi yang dapat dihasilkan oleh Remote Heterodyning and

Detection (RHD) metode ini hanya dibatasi oleh bandwidth photodetektor.

2.3.1 Keuntungan dan kerugian mm-wave

Keuntungan dari mm-wave adalah memiliki bandwidth tinggi karena

pembawa frekuensi tinggi. Pada propagasi RF kerugian yang tinggi adalah pada

saat ruang bebas sehingga jarak propagasi dari mm-wave sangat terbatas. Hal ini

memungkinkan untuk didefinisikan dengan baik dalam ukuran radio kecil (mikro

dan piko-sel), dimana frekuensi yang telah cukup dapat digunakan kembali

sehingga layanan dapat disampaikan secara bersamaan untuk beberapa pelanggan.

Sisi negatif dari mm-wave adalah dibutuhkannya jumlah BS yang banyak,

yang merupakan konsekuensi dari kerugian propagasi RF yang tinggi. Kecuali BS

yang cukup sederhana, instalasi dan pemeliharaan sistem mm-wave dapat secara

ekonomis meskipun BS yang diperlukan banyak.

2.3.2 Teknik Pembangkitan milimeter-wave dalam sistem RoF

Ada tiga teknologi optik untuk menghasilkan sinyal mm-wave, seperti

Direct Intensity Modulation, External Intensity Modulation dan Optical Self

Heterodyning (Haoshuo dkk, 2008).

a. Direct Intensity Modulation

Direct Intensity Modulation diwujudkan dengan menerapkan gelombang

milimeter langsung ke laser dan mengubah intensitas cahaya yang diluncurkan,

sinyal mm-wave dapat dipulihkan di BS dengan deteksi langsung (direct

detection). Hartmann dkk. (2003) melaporkan hasil percobaan menggunakan

modulasi langsung DFB laser untuk mengirimkan data kecepatan tinggi sinyal

video Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) dengan jarak lebih

dari 1 serat optik multimode. Gambar percobaan di bawah ini menunjukkan sinyal

video ditransmisikan dari sebuah laptop mobile ke PC desktop

II-16

Gambar 2.12. Percobaan untuk Direct Intensity Modulation.

Kelemahan utama dari direct intensity modulation adalah bahwa bandwidth

modulasi sinyal dibatasi oleh bandwidth modulasi laser.

b. External Intensity Modulation

Cara lain untuk mewujudkan Intensity Modulation adalah cahaya

diluncurkan dari laser yang beroperasi di continuous wave (CW) dimodulasi

eksternal dengan menggunakan Mach-Zehnder modulator (MZM) atau electro-

absorption modulator (EAM). Teknik ini biasa disebut dengan External Intensity

Modulation. Gambar 2.13 menunjukkan skema pembangkit mm-wave dengan

menggunakan MZM.

Gambar 2.13. Penggunaan MZM sebagai eksternal modulator

Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa sumber laser tunggal diperlukan bersama

dengan MZM. Pembawa optik pada panjang gelombang pusat akan ditekan oleh

tegangan setengah-gelombang dari MZM,. Ketukan atas dan bawah sisi-mode 1

akan menghasilkan mm-wave sinyal, yang frekuensi dua kali dari sinyal

gelombang milimeter yang diaplikasikan untuk MZM. EAM juga merupakan

II-17

calon komponen untuk modulasi eksternal (Kuri dkk, 1999). Gelombang

milimeter yang dihasilkan oleh skema modulasi intensitas memiliki keuntungan

seperti tidak ada perluasan line-width yang diakibatkan oleh dispersi pada serat

optik.

c. Optical Self Heterodyning

Metode yang ketiga untuk membangkitkan mm-wave yaitu dengan teknik

Optical Self Heterodyning. Generasi sinyal mm-wave dengan teknik optical self

heterodyning dengan dua model sumber cahaya memiliki efek yang baik untuk

mengatasi dispersi kromatik serat optik (Gliese dkk., 1996).

Gambar 2.14 Konfigurasi Injection-lock dengan Dua Model LD untuk Optical

Self Heterodyning

Optical self heterodyning didasarkan pada transmisi dua fase berkorelasi sinyal

optik, pada frekuensi fl dan f2. Perbedaan dari kedua frekuensi ini adalah

frekuensi yang diinginkan pada sinyal mm-wave. Kelemahan utama dari Optical

self heterodyning adalah pengaruh kuat dari noise laser dan variasi frekuensi optik

pada kemurnian dan stabilitas sinyal mm-wave yang dihasilkan. Optical Phase-

Locked Loop (OPLL) telah digunakan untuk mengurangi kebisingan fase (Gliese

dkk, 1992). Oleh karena itu Optical self heterodyning adalah solusi mahal untuk

generasi fotonik mm-wave karena membutuhkan sistem laser khusus.

II-18

2.4 Parameter Performansi

2.4.1 Bit Error Rate (BER)

Parameter yang paling umum untuk jaringan digital adalah Bit Error Rate,

yang biasa disingkat sebagai BER. Ini didefinisikan sebagai jumlah kesalahan bit

NE yang terjadi selama suatu interval waktu tertentu, dibagi dengan jumlah bit NT

dikirim selama selang waktu tersebut atau dalam bentuk persamaan yaitu:

BER=N E

NT

Tingkat kesalahan diungkapkan oleh nomor, misalnya 10-9 yang

menyatakan bahwa pada saat rata-rata terjadi satu error untuk setiap miliar pulsa

dikirim. BER untuk sistem telekomunikasi serat optik biasanya berkisar dari 10-9

sampai 10-15.

2.4.2 Power Link Budget

Daya optik yang diterima bergantung pada daya optik yang dikirim dan

total redaman (loss). Ini didefenisikan melalui persamaan (Rika, 2011):

(2.12)

di mana PR adalah daya optik diterima dan PT adalah dahya optik yang dikirim.

Redaman atau loss yang dapat terjadi pada saat cahaya melalui serat optik,

konektor dan splices.

(2.13)

Dari sekian banyak loss yang terjadi pada komunikasi serat optik, ada beberapa

jenis loss dapat diabaikan. Jenis loss yang sangat dominan mempengaruhi

performasi adalah Rayleigh scattering. Dimana persamaan untuk Rayleigh

scattering adalah sebagai berikut:

(2.14)

Sebagai tambahan pada loss, biasanya ditambahkan margin untuk mengatasi

masalah-masalah yang timbul pada jaringan, seperti umur komponen, fluktuasi

suhu dan redaman- redaman muncul dari komponen.

II-19

2.4.3 Signal-to-Noise Ratio (SNR)

Poin penting tentang BER yaitu ditentukan oleh Signal-to-Noise Ratio

atau SNR. Oleh karena itu SNR yang diukur adalah ketika jaringan WDM diinstal

dan beroperasi. SNR ini tidak tidak tergantung pada faktor-faktor seperti format

data, bentuk pulsa, atau bandwidth filter optik, tetapi hanya pada daya sinyal Psignal

rata-rata dan daya noise Pnoise rata-rata atau dapat dirumuskan dengan persamaan

(Anonymous, 2004):

SNR(dB)=10 logPSIGNAL

PNOISE

Untuk mencari konversi dari frekuensi ke panjang gelombang, maka dapat

menggunakan persamaan dibawah ini :

∆ f =−C

λ2∆ λ

dimana :

∆ƒ = spasi frekuensi (GHz)

∆λ = spasi lamda (nm)ƒ

λ = panjang gelombang daerah operasi (nm)

c = 3x108 m/s

Daya Noise terdiri dari 3 jenis yaitu Shot Noise, Thermal Noise dan Noise

Amplifier. Persamaan pada APD untuk ketiga noise tersebut adalah sebagai

berikut :

- Persamaan untuk Shot Noise:

iS2=2 eB ( I p+ I d ) M 2+ x

- Persamaan untuk Thermal Noise:

iT2 =4 KTB

RL

II-20

- Persamaan untuk Noise Amplifier yang dikombinasikan dengan Thermal

Noise menggunakan Noise Figure.

iT2 +iamp

2 =4 KTB Fn

RL

Jadi total SNR untuk APD dapat dihitung dengan persamaan:

SN

=M 2 I d

2

2 eB (I¿¿ p+ I d) . M 2+x+4 KTB Fn

RL

¿

Dapat juga ditulis dengan:

SN

=I d

2

2 eB (I¿¿ p+ I d) . M x+4 KTB Fn

RL

M−2 ¿

II-21