Download - 1 BAB II DASAR TEORI
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)