LAPORAN SKRIPSI

ANALISIS UNJUK KERJA MODULASI EKSTERNAL OPTIS DALAM

MODEL DETEKSI KOHEREN PADA SISTEM BASEBAND OVER

FIBER

“Performance Analysis of Optical External Modulation with Coherent

Detection on Baseband over Fiber System”

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Pada Program Studi Teknik Telekomunikasi

Sekolah Tinggi Teknologi Telematika Telkom Purwokerto

Disusun oleh :

GRACE NOVANDI ZENDRATO

13101054

Program Studi Teknik Telekomunikasi

Sekolah Tinggi Teknologi Telematika Telkom

Purwokerto

2017

WIJAYA

Stamp

13101054 viii

ABSTRAK

Radio over Fiber merupakan hybrid teknologi yang menggabungkan

teknologi serat optik dengan gelombang radio. Kegunaan teknologi RoF dalam

hal ini yaitu sebagai sistem komunikasi yang dapat memanfaatkan kapasitas

tinggi jaringan optik. Teknologi RoF tersebut menggunakan teknik multiplexing

yang popular dan handal yaitu teknologi OFDM (orthogonal frequency division

multiplexing). Performa sistem OFDM-RoF sangat bergantung pada

mekanisme up-conversion di transmitter dan down-conversion di receiver.

Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis unjuk kerja transmisi OFDM

menggunakan modulasi kuadratur optis dengan deteksi koheren/EM-CD

(external modulated-coherent detection) pada sistem RoF dengan modulation

mapping 16-QAM (quadrature amplitude modulation) menggunakan dua buah

external modulator pada mekanisme up-conversion, empat buah balanced

photodetector dan sebuah LO (local oscillator) sebagai coherent detection pada

mekanisme down-conversion. Hasil simulasi menunjukkan bahwa pengaruh

besarnya daya transmisi dari CW (continuous wave) laser, pengaruh panjang

fiber, dan LO mempengaruhi spectrum sinyal, konstelasi sinyal, dan daya

terima di receiver secara signifikan. Secara analisis sistem yang telah

disimulasikan memberikan hasil bahwa variasi daya masukan pada CW Laser

dengan daya antara -8 dBm, -4 dBm, hinga 0 dBm memberikan hasil konstelasi

sinyal yang baik. Namun pada nilai daya 4 dBm dan 8 dBm hasil sinyal

konstelasi mengalami perubahan perputaran rotasi dan bentuk sinyal yang

kurang baik. Hal ini dipengaruhi karena pada daya besar, jika semakin panjang

jarak dari fiber maka jarak amplitude juga semakin kecil dan noise juga

semakin banyak terjadi. Daya input yang baik digunakan pada sistem yang

telah disimulasikan ini adalah pada daya input kecil yaitu -8 dBm.

Kata kunci : Radio over Fiber (RoF), OFDM, Deteksi Koheren, 16 QAM,

Daya, Frekuensi, Baseband over Fiber.

13101054 ix

ABSTRACT

Radio over Fiber is a hybrid technology that combines the technology of

optical fiber with radio waves. RoF technology uses in this case that of a

communication system can utilize high-capacity optical networks. The RoF

technology using the technique of multiplexing that popular and reliable

technology on OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). System

performance RoF depends heavily on the mechanism of up-conversion in the

transmitter and down-conversion in the receiver. This research aims to analyze

on transmission performance using optical quadrature modulation with

coherent detection/EM-CD (external-modulated coherent detection) on a

system with RoF modulation mapping 16-QAM (Quadrature Amplitude

Modulation) using two external modulator on the mechanism of up-conversion,

four balanced photodetector and an LO (local oscillator) as coherent detection

on the mechanism of down-conversion. Simulation results indicate that the

influence of the magnitude of the transmission power of a CW (continuous

wave) laser, the influence of the length of the fiber, and LO affect spectrum

signal, power, and signal constellation received in receivers significantly. In

system analysis has been simulated results that the power variation of input

Laser with CW power on between-8 dBm,-4 dBm, until the 0 dBm signal

constellation results is good. However, in the power value 4 dBm and 8 dBm

signal constellations results changing the rotation rotation and shape of the

signal. This is because on the big power-influenced, if increasingly long

distances than fiber then distance amplitude is also getting smaller and also

more noise going on. Good input power is used on systems that have simulated

this is on a small input power is -8 dBm.

Keywords: Radio over Fiber (RoF), OFDM, 16 QAM, Coherent Detection,

Power, frequency, and Baseband over Fiber.

13101054 ix

DAFTAR ISI

LAPORAN SKRIPSI ....................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN.......................................................................... ii

HALAMAN PERNYATAAN ......................................................................... iii

KATA PENGANTAR ...................................................................................... v

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN AKADEMIS ......................... vi

ABSTRAKSI ................................................................................................ vii

ABSTRACT ............................................................................................... viii

DAFTAR ISI ................................................................................................. ix

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... x

DAFTAR TABEL ......................................................................................... xiii

BAB I PENDAHULUAN.............................................................................. 1

1.1 LATAR BELAKANG ..................................................................... 1

1.2 PERUMUSAN MASALAH ........................................................... 3

1.3 BATASAN MASALAH ................................................................. 3

1.4 TUJUAN PENELITIAN ................................................................ 3

1.5 MANFAAT PENELITIAN ............................................................ 4

1.6 METODE PENELITIAN................................................................ 4

1.7 SISTEMATIKA PENULISAN........................................................ 5

BAB II DASAR TEORI ................................................................................ 7

2.1 TINJAUAN PUSTAKA ................................................................. 7

2.2 LANDASAN TEORI ................................................................... 10

2.2.1 Sistem Komunikasi Serat Optik ............................................... 10

2.3 RADIO OVER FIBER .................................................................... 11

2.3.1 Pengertian Radio over Fiber ..................................................... 11

2.3.2 Keunggulan Radio over Fiber .................................................. 14

2.3.2 Konfigurasi Radio over Fiber .................................................. 15

2.4 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ................ 16

2.4.1 Pengertian OFDM ................................................................... 16

2.4.1 Kelebihan OFDM .................................................................... 18

2.5 MODULASI DIGITAL QAM....................................................... 20

2.6 OPTICAL LASER ......................................................................... 21

2.7 LiNB-MZM MODULATOR ........................................................... 22

2.8 PHOTODIODE PIN ..................................................................... 23

2.9 OPTICAL COHERENT DETECTION........................................... 25

2.10 OPTISYSTEM 14.0.1 .................................................................... 26

2.11 NOISE .......................................................................................... 27

13101054 x

2.11.1 Jenis-jenis Noise ........................................................................... 27

2.11.2 Noise pada Serat Optik (Optical Link) ........................................... 28

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................... 31

3.1 JALANNYA PROSES PENELITIAN ........................................... 31

3.2 PERANCANGAN SISTEM.......................................................... 34

3.2.1 Skematik Pemodelan Sistem RF OFDM Transmitter ............ 34

3.2.2 Diagram Blok Perancangan Sistem ....................................... 38

3.2.3 Parameter Perancangan Sistem ............................................. 40

3.3 METODE ANALISIS ................................................................... 42

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 43

4.1 PERFORMANSI MODEL SISTEM BERDASARKAN POWER

LINK BUDGET ............................................................................. 43

4.2 PERFORMANSI MODEL SISTEM BERDASARKAN DIAGRAM

KONSTELASI .............................................................................. 55

4.2.1 Pengaruh Perubahan Daya Input -8 dBm, -4dBm, 0 dBm, 4

dBm, dan 8 dBm terhadap konstelasi sinyal dengan variasi

panjang fiber 10 km sampai 70 km ....................................... 57

4.3 PENGARUH PERUBAHAN DAYA INPUT -8 DBM, -4DBM, 0

DBM, 4 DBM, DAN 8 DBM TERHADAP VARIASI PANJANG

FIBER 10 KM SAMPAI 70 KM .................................................... 62

4.4 PENGARUH DAYA INPUT TERHADAP PERUBAHAN PHASE

PADA OPTICAL TO DOWNCONVERTER DENGAN VARIASI

DAYA -8 DBM, -4 DBM, 0 DBM, 4 DBM, DAN 8 DBM ............ 65

4.5 PERBANDINGAN VARIASI DAYA INPUT TERHADAP

SPECTRUM ANALYZER PADA POWER COMBINER ............... 67

4.6 PERBANDINGAN VARIASI DAYA INPUT TERHADAP

SPECTRUM ANALYZER PADA OPTICAL LINK........................ 69

4.7 PERBANDINGAN VARIASI DAYA INPUT TERHADAP

SPECTRUM ANALYZER PADA COHEREN DETECTION. ....... 71

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................ 73

5.1 KESIMPULAN ............................................................................ 73

5.2 SARAN ........................................................................................ 73

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 75

LAMPIRAN .................................................................................................. 77

13101054 xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Simbol LED ................................................................................. 7

Gambar 2.2 Struktur Dasar Laser ..................................................................... 8

Gambar 2.3 Struktur Serat Optik...................................................................... 8

Gambar 2.4 Topologi Jaringan RoF ............................................................... 10

Gambar 2.5 Blok Jalur Optis Bidirectional Menggunakan Modulasi Lansung

dari Laser Diode ....................................................................... 11

Gambar 2.6 Skema Pentransmisian Sinyal RoF ............................................. 13

Gambar 2.7 Hardware pada CO dan BS dalam Sistem HFR (Hybrid Fiber

Radio) untuk Downstream Transmisi Sinyal Baseband-over Fiber

................................................................................................ 13

Gambar 2.8 Hardware pada CO dan BS dalam Sistem HFR (Hybrid Fiber

Radio) untuk Downstream Transmisi Sinyal IF-over Fiber ...... 14

Gambar 2.9 Hardware pada CO dan BS dalam Sistem HFR

(Hybrid Fiber Radio) untuk Downstream Transmisi Sinyal RF-

over Fiber ................................................................................ 15

Gambar 2.10 Diagram Blok Sistem OFDM ................................................... 16

Gambar 2.11 Diagram Konstelasi 16 QAM ................................................... 19

Gambar 2.12 MZ Modulator Transmittance Funcion ..................................... 21

Gambar 2.13 Kurva Responsivity untuk Material Detector............................. 22

Gambar 2.14 Skema Optical Coherent Detection ........................................... 24

Gambar 3.1 Diagram Alir Jalannya Penelitian ............................................... 27

Gambar 3.2 Diagram Alir Peerancangan Model ............................................. 28

Gambar 3.3 Layout Simulasi Sistem RF Transmitter – Optical Link (RTO) ... 30

Gambar 3.4 Layout Simulasi Optical Link ..................................................... 31

Gambar 3.5 Layout Bagian Coherent Detection ............................................. 31

Gambar 3.6 Layout Simulasi Sistem Optical to RF Downconverter dan RF

OFDM Receiver ...................................................................... 32

Gambar 3.7 Blok Diagram Perancangan Sistem ............................................. 33

Gambar 4.1 Spectrum Analyzer pada CW Laser dengan daya -8 dBm ............ 41

Gambar 4.2 Spectrum Analyzer pada CW Laser dengan daya -4 dBm ............ 42

Gambar 4.3 Keluaran Spectrum Analyzer pada modulator MZM dengan daya -8

dBm ........................................................................................... 43

Gambar 4.4 Keluaran spectrum analyzer pada modulator dengan daya -4 dBm

................................................................................................... 44

Gambar 4.5 Electrical Gain pada Modulator ................................................. 45

Gambar 4.6 Spectrum Analyzer pada Power Combiner .................................. 45

Gambar 4.7 Spectrum Analyzer pada Optical Amplifier ................................. 46

Gambar 4.8 Spectrum Analyzer pada Optical fiber......................................... 47

Gambar 4.9 Optical Spectrum Analyzer pada Loop Control ........................... 48

Gambar 4.10 Spectrum Analyzer pada Photodetector PIN dengan daya -8 dBm

...................................................................................................................... 49

Gambar 4.11 Spectrum Analyzer pada Photodetector PIN dengan daya -4 dBm

13101054 xii

...................................................................................................................... 50

Gambar 4.12 Grafik Power Link Budget pada OPM dan EPM........................ 51

Gambar 4.13 Bentuk Konstelasi Input Konstelasi Sinyal 16-QAM ................. 53

Gambar 4.14 Keluaran Signal Constellation Visualizer .................................. 54

Gambar 4.15 Grafik Nilai Konstelasi Sinyal Terhadap Perubahan Daya ......... 58

Gambar 4.16 Grafik Pengaruh Perubahan Daya pada Optical Link ................. 61

Gambar 4.17 Grafik Hasil Perubahan Daya terhadap Optical Link pada Loop

Control..................................................................................... 62

Gambar 4.18 Grafik Nilai Daya Output pada Bagian RF to Down-Converter . 64

Gambar 4.19 Perbandingan hasil pengukuran spectrum power combiner

berdasarkan variasi daya input -8 dBm, 0 dBm, dan 8 dBm .. 65

Gambar 4.20 Perbandingan pengukuran spektrum pada bagian optical link

berdasarkan variasi daya -8 dBm, 0 dBm, 8 dBm ................. 67

Gambar 4.21 Perbandingan hasil pengukuran spektrum pada bagian coheren

detection dengan variasi daya -8 dBm, 0 dBm, dan 8 dBm ...... 69

13101054 xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Pengubahan Bit Biner menjadi Gray Coding pada 16-QAM ......... 19

Tabel 3. 1 Parameter Umum Model EM-CD Sistem OFDM-RoF................... 37

Tabel 3. 1 Parameter Metode Analisis ............................................................ 38

Tabel 4. 1 Nilai dari Optical Power Meter dan Electrical Power Meter.......... 51

Tabel 4. 2 Gambar Output Konstelasi Sinyal untuk Variasi Daya pada Panjang

Fiber 10 km, 30 km, 50 km, dan 70 km ......................................... 55

Tabel 4. 3 Nilai Electrical Power Meter pada Konstelasi Sinyal untuk Variasi

Daya Input panjang fiber anatar 10 km, 30 km, 50 km, 70 km ....... 58 Tabel 4.4 Hasil nilai daya output pada bagian Optical Link terhadap perubahan

daya input untuk variasi panjang fiber 10 km, 30 km, 50 km, dan 70

km ................................................................................................ 60 Tabel 4. 5 Nilai Daya Output pada bagian RF to Down-Converter ................. 63