F. SISTEM TRANSMISI DIGITAL

1. Pendahuluan

Dalam pembahasan sebelumnya, dibahas karakteristik-karakteristik fundamental

dari masing-masing komponen sistem komunikasi serat optik, mulai dari serat optik

sebagai medium transmisi, sumber optik, photodetector dan penerima optik, serta

konektor dan sambungan optik. Dalam bab ini akan dibahas bagaimana tiap-tiap

bagian ini digabungkan untuk membentuk sebuah link transmisi serat optik.

Arsitektur yang dibentuk, dapat berupa link point to point, jaringan distribusi atau

broadcast, dan jaringan LAN (local area network).

Tabel Perbandingan Tipe Transmisi

2. Link Point To Point

Link transmisi paling sederhana adalah sebuah link point to point yang mempunyai

sebuah transmitter di salah satu ujung dan sebuah receiver di ujung yang lain.

Gambar Struktur Link Point to Point

Gambar Hubungan Jarak dan Bit Rate

Tipe link seperti ini mengakomodasi kebutuhan terendah pada teknologi serat optik

yang kemudian merupakan dasar dalam menganalisis arsitektur yang lebih

kompleks. Syarat kunci yang dibutuhkan oleh sistem yang dibutuhkan dalam

menganalisis sebuah link adalah :

1. Jarak transmisi yang mungkin

2. Kecepatan data (data rate) atau Bandwidth kanal

3. Bit Error Rate (BER)

Terlihat pada gambar di atas hubungan antara kecepatan bit dengan jarak pada

berbagai sistem berbasis serat optik. Untuk memenuhi persyaratan ini desainer

harus memilih komponen-komponen dengan karakteristik yang tepat.

Tabel Petunjuk Pemilihan Komponen Link Optik

Dua analisis yang biasa dilakukan untuk meyakinkan bahwa performansi sistem

yang diinginkan dapat dicapai adalah : Link Power Budget dan Rise-time Budget.

Dalam link power budget ditentukan margin daya antara keluaran transmitter optik

dan sensitivitas penerima minimum yang dibutuhkan untuk mendapatkan BER

tertentu. Margintersebut dialokasikan pada konektor, splice, dan loss/redaman serat,

ditambah dengan margin-margin tambahan akibat degradasi komponen atau

pengaruh suhu. Jika komponen-komponen yang dipilih tidak memungkinkan

diperoleh jarak transmisi, komponen-komponen tersebut harus diganti atau

digunakan repeater.

3. Pertimbangan Sistem

Penentuan fotodetektor harus dipilih berdasarkan parameter:

Daya terima optik minimum yang sesuai dengan BER yang diinginkan

kompleksitas Penentuan sumber optik ditentukan oleh parameter :

Dispersi sinyal

Data rate

Jarak transmisi

Biaya

3.1. Link Power Budget

Gambar Link Point To Point dan Parameter-parameternya

Daya optik yang diterima bergantung pada jumlah cahaya yang dikopel ke dalam

serat optik dan redaman yang terjadi selama cahaya berada di serat, konektor dan

splices.

di mana Pindan Poutadalah daya optik menembus dalam dan ke luar elemen

meredam. Sebagai tambahan pada loss, biasanya ditambahkan margin untuk

mengatasi masalah-masalah yang timbul pada link, seperti umur komponen,

fluktuasi suhu dan redaman-redaman muncul dari komponen yang akan

ditambahkan suatu hari.

di mana PTadalah redaman daya optik total, Psadalah daya optik yang keluar dari

fiber flylead, dan PRadalah sensitivitas penerima, lcadalah redaman konektor,

αfadalah redaman serat (dB/km), L adalah jarak transmisi, serta margin sistem

diambil harga 6 dB. Dalam persamaan di atas diasumsikan bahwa konektor hanya

dipakai di ujung link, tidak di tengah-tengah link.

Gambar Contoh Karakteristik Detektor Optik

Contoh perhitungan:

Dispesifikasikan data rate 20 Mbps dan BER 10 -9 . Untuk penerima dipilih pin

photodiode silikon yang beroperasi pada 850 nm. Dalam gambar terlihat bahwa

sinyal input penerima yang dibutuhkan adalah –42 dBm (42 dB di bawah 1mW). Pilih

sebuah LED GaAlAs yang mampu mengkopel level daya optik rata-rata 50 µW (-13

dBm) ke dalam flylead serat dengan diameter core 50 µm.

Asumsikan bahwa di masa depan terjadi redaman 1 dB ketika flylead serat

dihubungkan ke kabel dan 1 dB lagi terjadi redaman konektor pada antarmuka kabel

ke photodetector. Dengan margin sistem 6 dB jarak transmisi untuk kabel dengan

konstanta redaman αfdB/km dapat dihitung dari :

Jika αf= 3,5 dB/km, maka jarak transmisi adalah 6 km. Representasi grafis sebuah

perhitungan redaman link untuk sebuah sistem LED/pin 800nm yang beroperasi 20

Mbps, dapat dilihat pada Gambar 59.

Gambar 59 Link Budget

3.2. Rise-Time Budget

Analisis rise-time budget sangat tepat untuk menentukan batas dispersi sebuah link

serat optik, khusus dalam sistem digital. Rise time link total tsys adalah jumlah rms

rise time dari tiap kontributor tI pada degradasi rise-time pulsa:

Gambar 60 Rise Time

Ada 4 elemen dasar yang membatasi kecepatan sistem adalah rise-time transmitter

tTX, rise time dispersi material (bahan) serat optik tmat, rise time dispersi intermodal

tmoddan rise-time penerima tRX.

Secara umum, degradasi waktu transisi total sebuah link digital tidak melebihi 70 %

dari sebuah perioda bit NRZ (Non-Return to Zero) atau 35 % sebuah perioda bit RZ

(Return to Zero).

tTXadalah rise-time transmitter, yaitu bergantung dari sumber cahaya dan rangkaian

drive-nya.

tRXadalah rise-time receiver dihasilkan oleh respon fotodetector dan bandwidth 3 dB

penerima.

ndetik; BRXadalah bandwidth listrik 3 dB penerima (MHz).

tmat adalah dispersi material. Untuk sumber laser, dispersi ini dapat diabaikan.

; Dmatadalah faktor dispersi material serat (ns/nm.km),

σλadalah lebar spektral sumber optik (nm) dan L adalah panjang serat (km).

tmodadalah rise-time dispersi modal.

; B0adalah Bandwidth pada panjang kabel optik 1 km, q

adalah parameter panjang serat yang bernilai antara 0,5 sampai 1.

Contoh perhitungan:

Asumsikan bahwa LED beserta rangkaian drive-nya mempunyai rise time 15 ns.

Dengan lebar spektral 40 nm dan link sepanjang 6 km diperoleh degradasi rise-time

akibat dispersi material 21 ns. Diasumsikan penerima mempunyai bandwidth 25

MHz, maka diperoleh degradasi rise-time sebesar 14 ns. Jika serat dipilih

mempunyai parameter bandwidth-length-product sebesar 400 MHz.km dengan q =

0,7; maka dispersi modal adalah 3,9 ns. Sehingga akan diperoleh degradasi rise-

time total adalah :

Nilai ini masih di bawah nilai maksimum yang diperbolehkan, yaitu : 70% dari

perioda bit NRZ. Dalam soal Bit Rate = 20 Mbps, sehingga perioda bit = 50 ns dan

70%-nya adalah 35 ns.

4. Line Coding

Dalam desainlink serat optik, penting untuk mempertimbangkan format sinyal optik

yang ditransmisikan, karena dalam link data serat optik digital rangkaian keputusan

di penerima harus dapat mengekstrak informasi waktu dari sinyal optik yang datang.

Tujuan informasi waktu (pewaktuan) adalah agar sampling sinyal tepat,

mempertahankan spasi pulsa dan mengindikasikan awal dan akhir tiap interval

pewaktuan. Line coding adalah proses pengkodean sinyal yang menggunakan

sekelompok aturan dalam simbol sinyal.

Gambar 62 Berbagai Jenis Line Coding

Kode biner merupakan salah satu line coding yang paling banyak digunakan karena

merupakan kode yang bermanfaat dalam komunikasi optik. Tiga tipe dasar line code

biner 2 level adalah NRZ (non-return to zero), RZ (return to zero), dan PE (phased

encoded). Salah satu fungsi sebuah line code adalah memberikan redundansi pada

aliran data untuk meminimalisir kesalahan yang dihasilkan dari efek interferensi

kanal.

2. Power Launching Dan Coupling

Power launching adalah memasukkan daya dari sumber optik ke dalam serat optik.

• Serat Step Index

di mana adalah jari-jari daerah aktif (cm); adalah daya optik

yang diradiasikan normal terhadap permukaannya (radiating surface – dalam

W/cm2.sr); NA adalah numerical aperture serat optik dan a adalah jari-jari inti serat.

• Serat Graded Index

Rumus-rumus tersebut dipergunakan apabila terjadi kopling sempurna (n = n1). Bila

indeks bias medium yang memisahkan antara sumber dan serat berbeda (n ≠n1)

maka akan terjadi pemantulan sebagian. Daya yang terkopel ke serat akan dikurangi

oleh faktor koefisien refleksi Fresnell (R).

Lensa dapat dipergunakan sebagai alat bantu dalam me-launching daya dari sumber

ke serat sbb :

Gambar Berbagai Teknik Untuk Meningkatkan Efisiensi Kopling Daya Optik

Untuk lensa bola kecil :

Gambar Penggunaan Lensa Bola Kecil

di mana n adalah indeks bias bahan, n’ adalah indeks bias sekitar, dan r adalah

jari-jari permukaan

3. Penyambungan Serat Optik

Teknik penyambungan serat optik dengan serat optik ada 2, yaitu : penyambungan

permanen yang disebut splice dan penyambungan tak permanen dengan

menggunakan connector.

3.1. Rugi-Rugi Penyambungan Antara Serat Optik

3.1.1. Ketidaktepatan mekanik

• Pemisahan longitudinal

Untuk serat optik step-index, daya cahaya terbagi merata pada penampang

melintang berkas yang keluar

Gambar Pemisahan Longitudinal

Rugi sambungan dalam dB :

• Pergeseran lateral

Untuk serat step index

Gambar Model Pergeseran Lateral

Rugi-rugi dalam sambungan adalah :

Ls= -10 log (Fraksi daya cahaya)

• Pembentukan sudut

Untuk serat optik step index, rugi sambungan :

Gambar Pembentukan Sudut

3.1.2. Perbedaan Karakteristik Serat Optik

Jika dimisalkan E adalah serat pengirim dan R adalah serat penerima, maka :

• Perbedaan jari-jari inti (aE ≠aR, NAE= NARdan αE= αR)

• Perbedaan Numerical Aperture (aE= aR, NAE ≠NARdan αE= αR)

Gambar Perbedaan Numerical Aperture

• Perbedaan profil indeks bias (aE= aR, NAE= NARdan αE ≠ αR)

jika αR< αE, jumlah mode yang diteruskan R kurang dari yang ada pada E

jika αR> αE, semua mode dari E dapat ditampung R.

3.2. Teknik-Teknik Splicing (Penyambungan)

3.2.1. Peleburan (fusion splice).

Gambar Teknik Fusion Splice

Gambar Langkah-Langkah Fusion Splice

Penyambungan sambungan teknik lebur (fusion) bersifat permanen, artinya tidak

dapat dibongkar pasang. Redaman yang dihasilkan menghasilkan redaman paling

kecil di antara teknik sambung lain.

3.2.2. Mechanical Splice.

Gambar Penggunaan Tabung Plastik Pada Splice Mekanik

Gambar Langkah-Langkah Splice Mekanik

Penyambungan menggunakan mechanical splice ini bersifat semi permanen dan

besar redaman yang dihasilkan bersifat sedang.

3.3. Konektor

Penyambunagn serat optik menggunakan konektor bersifat tidak permanen, artinya

dapat dibongkar pasang. Konektor biasanya digunakan untuk kontak dengan

terminal perangkat aktif.

Syarat-syarat konektor yang baik adalah :

a. Kehilangan daya cukup rendah. Konektor yang dibentuk harus menjamin dari

kesalahan penyambungan dan dapat meminimumkan kesalahan secara langsung.

b. Kemampuan pengulangan. Efisiensi kopling tidak berubah jika tidak ada

penyesuaian ulang.

c. Dapat diprediksi, artinya konektor memiliki efisiensi yang sama jika beberapa

konektor sejenis dikombinasi.

d. Umurnya panjang. Tidak ada penurunan efisiensi dalam waktu yang lama.

e. Kuat. Bahan konektor kuat terhadap tekanan.

f. Kompatibel dengan lingkungan. Penyambungan dapat dilakukan pada variasi

temperatur, tekanan tinggi, getaran, kelembaban dan kotoran.

g. Mudah mendapatkannya. Umum digunakan.

h. Mudah menggunakannya. Pemasangan dan penyesuaiannya mudah.

i. Ekonomis. Konektor yang presisi adalah mahal. Konektor murah, biasanya plastik

tetapi kualitasnya rendah.

Gambar Berbagai Tipe Konektor

Contoh-contoh tipe konektor : straight-sleeve connector, kevlar-braid, tapered-sleeve

connector, ST connector, Overlap connector, SMA connector, FC/PC connector,

FDDI connector, SC connector, ESCON connector.