ANALISIS SISTEM KOMUNIKASI FIBER OPTIK SINGLE MODE

Transkripsi

1 Prosidig SENTIA 009 Politekik Negeri Malag ANALISIS SISTEM KOMUNIKASI FIBER OPTIK SINGLE MODE Waluyo Pegajar Jurusa Tekik Elektro Politekik Negeri Malag ABSTRAK Salah satu media trasmisi yag diguaka dalam tem multimedia adalah fiber atau serat optik. Sistem komuikasi serat optik memafaatka gelombag cahaya (ligthwave) sebagai pembawa (carrier), utuk itu diperluka kompoe optik yag mampu megubah siyal elektrik mejadi siyal optik da sebalikya. Kompoe optik yag dimaksud adalah sumber cahaya da detektor cahaya. Sumber cahaya yag bayak diguaka utuk komuikasi serat optik adalah Ligth Emittig Diode (LED) da Ijectio Laser Diode (ILD). Sedag serat optik yag lazim diguaka adalah jeis sigle-mode. Utuk detektor cahaya yag bayak dipakai adalah dioda-foto p-i- da dioda-foto avalache. Kompoekompoe optik tersebut dapat dikombiasika satu dega yag lai utuk medapatka badwidth, bit rate, da jarak jagkau yag diharapka. Berdasarka hasil perhituga, kompoe optik LED-PIN memiliki jarak jagkau maksimum 33,3 km, pada jarak trasmisi 5 km mampu meghasilka badwidth 43,95 MHz da bit rate 6,53 Mbps. Sedagka kompoe optik LED-APD memiliki jarak jagkau maksimum 3,3 km, pada jarak trasmisi 5 km mampu meghasilka badwidth 43,9 MHz da bit rate 6,48 Mbps. Utuk kompoe optik ILD-PIN memiliki jarak jagkau maksimum 5,3 km da pada jarak trasmisi 5 km mampu meghasilka badwidth 59,95 MHz da bit rate 830,3 Mbps. Kombiasi kompoe optik ILD-APD memiliki jarak jagkau maksimum 3,3 km, pada jarak trasmisi 5 km mampu meghasilka badwidth 55,69 MHz da bit rate 735,96 Mbps. Dari data tersebut dapat disimpulka bahwa kombiasi kompoe optik ILD-PIN memiliki jarak jagkau maksimum palig jauh da mampu meghasilka badwidth da bit rate terbesar. Kata kuci : Fiber optik sigle mode, kompoe optik, badwidth, bit rate Pedahulua Fiber optik sebagai media trasmisi utuk medukug layaa iformasi da system multimedia. Hal ii disebabka fiber optik mempuyai beberapa keuggula dibadigka media trasmisi yag lai, atara lai :. Mempuyai badwidth yag lebar, mecapai beberapa orde gigahertz.. Memiliki 3. Iformasi yag ditrasmisika sulit errror) pada deteksi siyal iformasi yag diterima, serta membatasi bit rate (laju bit) da badwidth. Utuk megatisipasi da memiimalka kerugia yag ditimbulka oleh keterbatasa serat optik, maka sebelum megguaka serat optik sebagai media trasmisi, sebaikya dibuat suatu perecaaa yag baik terlebih dahulu, terutama dalam memilih kompoe optik, sehigga pada akhirya aka diperoleh iformasi sesuai dega yag diharapka. Perkembaga tekologi fiber optic di tujukka pada gambar disadap. Disampig mempuyai keuggula, serat optik juga memiliki keterbatasa seperti : adaya rugi-rugi, terjadi pelebara pulsa optik (dispersi), sulit melakuka peyambuga. Rugi-rugi yag timbul aka meyebabka peurua daya, sedagka pelebara pulsa optik dapat meimbulka iterferesi atar simbol (Itersymbol Iterferece, ISI), kesalaha bit (bit J-

2 Prosidig SENTIA 009 Politekik Negeri Malag Gambar Perkembaga Tekologi Fiber Optik Rumusa Masalah Berdasarka latar belakag yag ada, maka rumusa masalah ditekaka pada :. Bagaimaa memilih kompoe optik yag meujag tem komuikasi serat optik sigle-mode poit-to-poit kaal tuggal. Bagaimaa pegaruh kompoe optik terhadap kierja tem komuikasi serat optik sigle-mode poit-to-poit kaal tuggal, ditijau dari : a. badwidth da bit rate utuk jarak tertetu b. jarak jagkaua maksimum Tujua Megkaji da megaalisa kierja tem komuikasi serat optik sigle-mode poit-to-poit kaal tuggal. Hasil kajia tersebut dapat diharapka diguaka sebagai baha pertimbaga dalam perecaaa tem komuikasi serat optik. KONFIGURASI SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK Suatu tem komuikasi pada umumya terdiri atas trasmitter, media trasmisi, da receiver. Pada tem komuikasi serat optik, kompoe utama trasmitter adalah sumber cahaya, media trasmisi yag diguaka adalah serat optik, da kompoe utama receiver adalah photodiode. Secara garis besar kofigurasi tem komuikasi serat optik ditujukka oleh gambar Trasmitter Siyal Optik Receiver Jeis-jeis Serat Optik Ada beberapa cara utuk megklasifikasika serat optik, yaitu berdasarka profil ideks bias iti da jumlah mode yag ditrasmisika. Profil ideks bias iti meggambarka ideks bias iti serat optik. Berdasarka profil ideks bias iti, serat optik dibedaka mejadi :. Serat step-idex Serat optik ii mempuyai ideks bias iti yag seragam (uiform) da mempuyai profil ideks bias yag meuru secara medadak pada batas atara iti da selubug. Hubuga atara ideks bias iti ( ) da ideks bias selubug ( ) diyataka dalam persamaa berikut (Keiser, 99) : S dimaa : S perbedaa ideks bias relatif pada serat step-idex. Serat graded-idex Serat optik ii mempuyai ideks bias iti yag beru dimaa : g g perbedaa ideks bias relatif pada serat graded-idex Berdasarka jumlah mode yag ditrasmisika, serat optik step-idex da gradedidex dibagi mejadi dua, yaitu : a) Serat sigle-mode, yaitu serat optik yag haya mampu merambatka satu jeis mode gelombag cahaya. b) Serat multi-mode, yaitu serat optik yag mampu merambatka lebih dari satu mode gelombag cahaya. Dari uraia di atas, maka serat optik diklasifikasika mejadi 3 jeis seperti terlihat pada gambar 3. Ragkaia Pegedali Sumber Cahay a Serat Optik Detektor Cahay a Peguat Pemulih Siy al Siyal masuka elektrik Keluara siy al elektrik Gambar Kofigurasi Sistem Komuikasi Serat Optik *) *(Keiser, 99 : 5) J-

3 Prosidig SENTIA 009 Politekik Negeri Malag Profil Ideks Peampag serat da litasa siar Ukura Khas r a a r a r 0 Serat Moomode Step - idex Serat Multimode Step - idex Serat Multimode Graded - idex 5 m (Selubug) 8 - m (Iti) m (Selubug) m (Iti) 5 m (Selubug) 50 m (Iti) b) Dispersi Padu Gelombag Dispersi padu gelombag terjadi akibat dari karakteristik perambata pulsa sebagai fugsi perbadiga atara jari-jari iti serat optik da struktur padu gelombag. Dispersi padu gelombag mempuyai persamaa sebagai berikut (Lee, 986) : D W D W. c. W dispersi padu gelombag ( s ) D pajag serat optik ( km ) c cepat rambat cahaya ( m/s ) pajag gelombag yag ditrasmisika ( m ) D W koefisie dispersi padu gelombag Gambar 3 Jeis-jeis Serat Optik Dispersi Itramodal Dispersi itramodal adalah pelebara pulsa yag terjadi pada masig-masig pulsa (mode) yag ditrasmisika, akibat dari kecepata grup (group velocity) sebagai fugsi pajag gelombag. Dua peyebab utama dispersi itramodal adalah dispersi baha (material dispersio) da dispersi padu gelombag (waveguide dispersio) (Keiser, 99). a) Dispersi Baha Ideks bias baha serat optik berubah terhadap perubaha pajag gelombag. Berdasarka hubuga atara kecepata gelombag (v) da ideks bias () yag dapat ditulis c v maka kecepata gelombag juga berubah terhadap perubaha pajag gelombag. Sifat perubaha kecepata yag disebabka oleh sifat baha disebut dispersi baha (Sri Widodo, 995 : ). Dispersi baha mempuyai persamaa sebagai berikut (Freema, 993) :. D. M m m dispersi baha ( s ) lebar spektrum sumber cahaya (m ) D pajag serat optik ( km ) M koefisie dispersi baha(ps/(m.km )) ( m ) a. v s Dispersi Itermodal frekuesi terormalisasi lebar spektrum sumber cahaya Sumber cahaya memacarka pulsa cahaya yag berisi sejumlah pulsa idetik (mode). Pulsa idetik tersebut memiliki pajag gelombag yag berbeda-beda, yag teretag dalam spektrum pajag gelombag. Perbedaa pajag gelombag meujukka adaya perbedaa kecepata, sehigga waktu yag dibutuhka oleh masig-masig pulsa utuk mecapai ujug serat optik aka berbeda. Bila pulsa-pulsa tersebut dijumlahka, maka aka dihasilka pulsa yag melebar. Pelebara pulsa optik ii disebut dega dispersi itermodal ( im. Dispersi itermodal tidak terjadi pada serat siglemode. c) Total Dispersi Pada setiap pajag gelombag, total dispersi adalah kombiasi rms (root mea square) dari ketiga dispersi tersebut di atas, yaitu : dispersi baha, dispersi padu gelombag, da dispersi itermodal. Total dispersi diberika dega persamaa (Roddy Coole, 990 : 76) Dega : f total dispersi (s) f w m im J-3

4 Prosidig SENTIA 009 Politekik Negeri Malag Kierja Sistem Komuikasi Serat Optik a) Lik Badwidth Budget Respo dari suatu kompoe atau tem dapat dikarakteristika dalam domai waktu dega istilah rise-time atau dalam domai frekuesi dega istilah badwidth. Pola rise-time lebih serig diguaka dalam aali dibadigka dega pola badwidth. Rise-time dari suatu tem adalah waktu yag diperluka output utuk meigkatka respo dari 0% mejadi 90% ketika iput diubah secara tiba-tiba (Kille, 99). Total rise-time pada tem komuikasi serat optik meliputi rise-time sumber cahaya, rise-time serat optik, rise-time detektor cahaya. Rise-time sumber cahaya da rise-time detektor cahaya umumya telah diketahui dari perecaaa tem, sedagka rise-time serat optik merupaka kostribusi dispersi yag terjadi pada serat optik tersebut. Total risetime dari kompoe-kompoe tem komuikasi serat optik diyataka dega persamaa (Hoss, 990) :, r s f total rise-time tem (s) r rise-time detektor cahaya (s) s rise-time sumber cahaya (s) f total dispersi serat optik (s) Hubuga atara total rise-time tem dega badwidth tem diberika dega persamaa (Palais, 988) : f 3 db BW Hubuga atara total rise-time tem dega bit rate tem (BR ) tergatug dari format siyal digital..format pegkodea Retur-to-Zero (RZ) BR 0,35.Format pegkodea No Retur- to-zero (NRZ) 0,7 BR b) Lik Power Budget Aali daya dimaksudka utuk megetahui jarak maksimum atara dua titik termial pada tem komuikasi serat optik (sumber cahaya da detektor cahaya). Jarak jagkau maksimum sumber optik dapat dihitug dega mempertimbagka kemugkia rugi-rugi yag timbul dalam petrasmisia siyal. Secara legkap aali daya tersebut adalah (Hoss, 990 : 65) : D P t MDP M l f P p N l c c N l s s D jarak jagkau maksimum (km) MDP daya optik miimum yag terdeteksi (dbm) M rugi-rugi batas (db) P p kompesasi daya (db) N c jumlah koektor l c rugi-rugi koektor (db) N s jumlah sambuga l s rugi-rugi sambuga (db) l f rugi-rugi dalam serat optik (db) Bila jarak petrasmisia siyal cukup jauh, maka rugi-rugi yag timbul aka semaki besar. Rugirugi yag besar aka meyebabka kebutuha daya pacar meigkat. Namu terkadag kebutuha daya pacar tersebut tidak dapat terpeuhi karea keterbatasa sumber cahaya. Utuk itu diguaka peguat optik atau repeater. c) Rugi-rugi Total Pejumlaha rugi-rugi yag terjadi sepajag lik trasmisi serat optik diberika oleh (Hoss, 990) : L L pt + L pr + N c L c + N s L s + DL f N c jumlah koektor L c rugi-rugi koektor (db) N s jumlah sambuga L s rugi-rugi sambuga (db) D pajag serat optik (km) L f rugi-rugi dalam serat optik (db) Utuk aali system komuikasi serat optik, kompoe data yag diguaka sebagai berikut : Spesifikasi sumber cahaya (Hoss, 990 : 90) ). Jeis: Ligth Emittig Diode (LED) Baha : GaIAsP Pajag gelombag ( ) :,3 m J-4

5 Prosidig SENTIA 009 Politekik Negeri Malag Lebar spektrum ( ) :50 m Daya keluara (P t ) Waktu jagkit ( s ) :-5 dbm : 0 s Spesifikasi koektor (Hoss, 990 : 0) Jeis : Bicoic Rugi-rugi koektor (L c ):,3 db.jeis : Ijectio Laser Diode (ILD) Baha : GaIAsP Pajag gelombag ( ) :,3 m Lebar spektrum ( ) :5 m Spesifikasi umum Jarak trasmisi : 5 km Jumlah sambuga (N s ) : 5 buah Daya keluara (P t ) Waktu jagkit ( s ) :-6 dbm :0,7 s Rugi-rugi sambuga (l s ): 0.5 db Rugi-rugi batas (M b ) : 6 db Kompesasi daya (P p ) : db Spesifikasi serat optik (Hoss, 990 : 06) Jeis : Sigle-mode Ideks bias iti ( ) :,465 Ideks bias selubug ( ):,46 Jari-jari iti (a) : 4,5 m Rugi-rugi (l f ) :0,5 db/km Koefisie dispersi baha (M):3,5 ps/m/km Cotoh perhituga waktu jagkit, badwidth, bit rate da jarak jagkau maksimum dari tem komuikasi serat optik megguaka kombiasi kompoe LED-PIN.. Perhituga dispersi baha m. D. M 50 m. 5 km. 3,5 ps/m.km 65 ps,65 s Spesifikasi detektor cahaya (Hoss,990 : 75).Jeis :Positiv Itrisic Negativ (PIN) Baha : IGaAS MDP : -4 dbm Waktu jagkit ( r ) : 0,3 s.jeis :Avalache Photodiode (APD) Baha : IGaAS MDP : -3 dbm. Perhituga dispersi padu gelombag s,465,46,465 3, v a. s Waktu jagkit ( r ) : 0,5 s J-5

6 Prosidig SENTIA 009 Politekik Negeri Malag.3,459654,3 m 4,5 m.,465.3,496983, , 0,3 0,37944 s, D w 4 v l v 4 l, , , D w Dw. c 5. Perhituga badwidth tem BW.,37944s 43,94004 MHz 6. Perhituga bit rate tem 5km ,3 m,465,46 0, m BR 0,7, s 0, s 0,7,37944s 6,56059 Mbps 3. Perhituga total dispersi serat optic f w m im SD P t MDP M l f P p N l c c N l s s 0,779759, s,65 5 dbm 4 dbm 6dB db 0,5dB/ km.,3db 5.0,5 db 4. Perhituga waktu jagkit tem 6,65 km 0,5 33,3 km, r s f J-6

7 Prosidig SENTIA 009 Politekik Negeri Malag Aali Sistem Hasil perhituga simulasi software utuk beberapa kompoe fiber optic sebagai berikut : Gambar 6.Tampila Preview Utuk Gambar 4 Hasil perhituga beberapa Kompoe Optik Kompoe Optik LED-APD Dari data pada tampila preview di atas dapat diketahui bahwa tem komuikasi serat optik sigle-mode poit-topoit kaal tuggal megguaka kombiasi kompoe optik ILD-PIN memiliki badwidth da bit-rate palig tiggi dibadigka dega tem komuikasi serat optik sigle-mode poit-to-poit kaal tuggal megguaka kombiasi kompoe optik LED-PIN, LED-APD, da ILD-APD. Hal ii karea ILD mempuyai daya keluara yag lebih besar da waktu jagkit yag lebih kecil dibadigka LED, serta PIN yag mempuyai waktu jagkit lebih kecil dibadigka APD. Gambar 7 Tampila Preview Utuk Kompoe Optik ILD-PIN Gambar 5. Tampila Preview Utuk Kompoe Optik LED-PIN J-7

8 Prosidig SENTIA 009 Politekik Negeri Malag jagkau maksimum palig jauh da mampu meghasilka badwidth da bit rate terbesar. 4) Pertambaha jarak trasmisi aka meyebabka peigkata ilai dispersi serat optik. Hal ii aka membuat waktu jagkit tem bertambah sehigga megakibatka peurua badwidth da bit rate tem. Gambar 8 Tampila Preview Utuk Kesimpula Kompoe Optik ILD-APD ) Sistem komuikasi serat optik megguaka kompoe optik LED-PIN memiliki jarak jagkau maksimum 33,3 km da pada jarak trasmisi 5 km mampu meghasilka badwidth 43,95 MHz da bit rate 6,53 Mbps. Kombiasi kompoe optik LED-APD memiliki jarak jagkau maksimum 3,3 km da pada jarak trasmisi 5 km mampu meghasilka badwidth 43,9 MHz da bit rate 6,48 Mbps. ) Kompoe optik ILD-PIN memiliki jarak jagkau maksimum 5,3 km da pada jarak trasmisi 5 km mampu meghasilka badwidth 59,95 MHz da bit rate 830,3 Mbps. Kombiasi kompoe optik ILD-APD memiliki jarak jagkau maksimum 3,3 km da pada jarak trasmisi 5 km mampu meghasilka badwidth 55,69 MHz da bit rate 735,96 Mbps. 3) Dari data tersebut dapat diketahui bahwa kompoe optik ILD-PIN memiliki jarak DAFTAR PUSTAKA Aoymous. tapa tahu. Pegatar Tekologi Serat Optik, PT. Retag Guaputra. Freema, George L. 99. Telecommuicatio Trasmissio Hadbook, Third Editio. New York : Joh Wiley & Sos, Ic. Hoss, Robert J Fiber Optic Commuicatio Desig Hadbook. Eglewood Cliffs : Pretice-Hall Iteratioal, Ic. Keiser, Gerd. 99. Optical Fiber Commuicatio. New York : McGraw-Hill Book Compay. Kille, Harold B. 99. Fiber Optic Commuicatio, Secod Editio. Eglewood Cliffs : Pretice-Hall Iteratioal, Ic. Mig-Kag Liu, Max Priciples ad Applicatios of Optical Commuicatio. New York : IRWIN McGraw-Hill Book Compay. Palais, Joseph C Fiber Optic Commuicatio, Secod Editio. Eglewood Cliffs : Pretice-Hall Iteratioal, Ic. Roddy, Deis. & Coole, Joh. 99. Komuikasi Elektroika, Edisi Kedua. Jakarta : Erlagga. Sri Widodo, Thomas Optoelektroika, Komuikasi Serat Optik. Yogyakarta : Ady Offset. Zager, Hery. & Zager, Cythia. 99. Fiber Optic Commuicatio ad Other Applicatios. Mac.milla Publishig Compay J-8