PENGARUH DISPERSI TERHADAP KECEPATAN DATA KOMUNIKASI OPTIK MENGGUNAKAN PENGKODEAN RETURN TO ZERO (RZ) DAN NON RETURN TO ZERO (NRZ)

Transkripsi

1 1 PENGARUH DISPERSI TERHADAP KECEPATAN DATA KOMUNIKASI OPTIK MENGGUNAKAN PENGKODEAN RETURN TO ZERO (RZ) DAN NON RETURN TO ZERO (NRZ) Anggun Fitrian Isnawati 1, Riyanto, Ajeng Enggar Wijayanti 3 1,,3 Progra Studi Diploa III Teknik Telekounikasi AKATEL Purwokerto 1 anggun_fitrian@yahoo.co, riyan_sala3@yahoo.co.id ABSTRACT Fiber optic has characteristics for optical transission syste. One of optical characteristics is pulse broadening, known as dispersion. The dispersion is a condition where pulse in output side is larger than pulse in input side. It eans that pulse broadening had happened. In the counication syste, it s known as inter sybol interference (ISI). Effect of Inter sybol interference increasing the error bit or BER value. In optical counication syste, dispersion is ost influence to the data rate that fiber can support. Besides, bandwidth, inforation capacity, transission distance, wavelength and fiber type can also influenced by the dispersion. Keywords: BER, dispersion, inter sybol interference A. PENDAHULUAN Sifat dispersif aterial enggabarkan kebergantungan kecepatan grup dari sinyal terhadap panjang gelobangnya. Kecepatan grup erupakan variasi frekuensi terhadap konstanta penjalaran dala serat optik: v g d n ; f ; 1 (1) d Jadi, sinar-sinar yang berbeda panjang gelobang eiliki kecepatan grup yang berbeda walaupun elalui lintasan yang saa. Dala transisi pulsa hal ini akan enyebabkan pelebaran pulsa. Jika pulsa-pulsa (return to zero) yang tidak bertindihan ditransisikan elalui serat optik engalai pelebaran pulsa σ karena dispersi (ns), aka laju bit (bit rate) aksiu B adalah: B 0,/σ () Selanjutnya, besarnya pelebaran pulsa bergantung pada panjang serat optik yang dilalui pulsa itu. Oleh sebab itu, dispersi suatu serat optik dinyatakan sebagai pelebaran pulsa per satuan panjang (ns/k). Julah pulsa yang dapat ditransisikan dala suatu perioda disebut kapasitas inforasi. Paraeter untuk kapasitas inforasi suatu serat optik adalah perkalian bandwidth dan panjang serat optik (B.L) atau lebih dikenal dengan analog bandwidthdistance product. BL 0, / σ T (3) dengan σ T adalah dispersi total persatuan panjang (ns/k). Harga BL yang biasa digunakan untuk serat optik ultiode step index adalah 0 MHz.k, ultiode graded index sebesar 1 GHz.k, dan singleode step index sebesar 100 GHz.k. 1. Dispersi Intra Modus Dispersi ini adalah pelebaran pulsa yang terjadi dala suatu singleode. Sinar yang berasal dari LED dan LASER engandung berbagai panjang gelobang, dan dikatakan eiliki suatu pita panjang gelobang atau lebar spektral. Seakin besar lebar spektral sinar yang easuki serat optik, seakin banyak aca panjang gelobang, seakin besar pelebaran pulsa (distorsi sinyal) yang terjadi. Untuk LED lebar spektral itu sekitar 0,05 o = 0,85 μ, aka lebar spektralnya kira-kira 40 n; artinya sebagian besar dari daya optiknya dipancarkan dala daerah panjang gelobang 0,83 0,87 μ. Pada dioda laser (LD), lebar spektral itu sangat sepit, sekitar 1 s/d n. Oleh sebab itu, dengan enggunakan serat optik singleode dan suber dioda laser, pelebaran pulsa diharapkan dapat sekecil ungkin. Jurnal Infotel Volue 1, Noor, Noveber 009

2 Tabel 1. Pelebaran pulsa/k akibat dispersi intraodus () Source σ i /L (ns/k) 900 LED FP-LD LED 0.1 FP-LD LED FP-LD 0.1 DFB-LD <0.01 Ada dua aca dispersi intraodus yaitu dispersi aterial dan dispersi pandu gelobang. a. Dispersi Material (Dispersi Chroatic) Dispersi aterial digabarkan sebagai perubahan kecepatan cahaya secara non-linier (ekivalen dengan indeks bias) sebagai fungsi dari panjang gelobang. Gabar 1. Grafik d n1 / d vs. panjang gelobang Pelebaran pulsa yang ditibulkan dispersi aterial dala satu satuan panjang diungkapkan dengan waktu tunda pulsa (pulse delay) τ = 1/v s (s/k). Dengan enggunakan persaaan (1) diperoleh: d 1 n1 d c dn1 d (4) diana n 1 = indeks bias inti. Untuk suatu suber yang eiliki lebar spektral (σ ), dispersi aterial enibulkan pelebaran pulsa per satuan panjang σ = σ dτ / d, (isalnya ns k -1 ) yang selanjutnya dengan persaaan (4) harga utlaknya enjadi: 1 d n c d (5) Paraeter dispersi aterial D didefinisikan sebagai: D d d n1 (6) d c d Paraeter D epunyai satuan ps n -1 k - 1 Sehingga besar nilai dispersi aterial adalah: D (7) b. Dispersi Pandu Gelobang Dispersi pandu gelobang adalah dispersi yang tibul karena variasi kecepatan grup terhadap panjang gelobang suatu odus. Untuk serat singleode yang konstanta penjalarannya β, dispersi pandu gelobang ditadai oleh d β/d 0. Untuk serat ultiode di ana kebanyakan odus enjalar dengan panjang gelobang yang jauh dari cut off, dispersi pandu gelobang dapat diabaikan. Selanjutnya akan dibahas dispersi pandu gelobang dala serat singleode. Waktu transit per satuan panjang (specific grup delay) adalah: pg 1 d (8) c dk Dala bab sebelunya telah dikeukakan paraeter konstanta penjalaran noral b dan frekuensi noral V, dengan: Sehingga: pg 1 n c kn V kan ( b 1) d( kb) 1 n n dk c (9) n d( Vb) dv (10) Paraeter dispersi pandu gelobang adalah: D pg d pg V d pg n d ( Vb) V (11) d dv c dv Jurnal Infotel Volue 1, Noor, Noveber 009

3 3 diana D pg adalah paraeter dispersi pandu gelobang (ps n -1 k -1 ) Besar nilai dispersi pandu gelobang adalah: pg D pg (1) Untuk perhitungan berapa pelebaran pulsa yang terjadi pada suatu siste kounikasi adalah nilai agnitude-nya (harga utlaknya). Hal ini juga terlihat pada persaaan (5) dan (6) yang enyertakan tanda agnitude (harga utlak). Pada perhitungan dispersi intraodus, nilai dispersi pandu gelobang biasanya sangat kecil dibandingkan dengan nilai dispersi aterial sehingga diabaikan. Secara keseluruhan nilai dispersi intraodus endekati nilai dispersi aterial saja.. Dispersi Antar Modus Dispersi antar odus adalah pelabaran pulsa sebagai akibat dari perbedaan kecepatan grup axial antara satu odus dengan odus penjalaran lainnya eskipun frekuensinya saa. Seperti telah dikeukakan dala sebelunya bahwa untuk enepuh panjang serat yang saa sinar berodus tinggi lebih labat dibandingkan dengan sinar berodus rendah, sehingga terjadi pelebaran pulsa. Gangguan ini dapat ditiadakan dengan enggunakan serat optik singleode. Tabel. Pelebaran pulsa/k akibat dispersi antarodus Fiber type Step-index 50 σ a /L (ns/k) Graded-index Single-ode 0 Untuk serat optik ultiode step index, waktu yang diperlukan oleh sinar berodus paling tinggi yaitu: T aks = L.n 1 / (c cos θ c ) = L.n 1 /c.n (13) Sedangkan waktu yang diperlukan oleh sinar berodus paling rendah (fundaental ode), yaitu: T in = L.n 1 /c. (14) Oleh karena itu, pelebaran pulsa per satuan panjang adalah: T T L n c (15) od si ax in / 1 / Untuk serat optik ultiode graded index, dengan paraeter profil α (profil parabola), pelebaran pulsa per satuan panjang adalah: σ od-gi = n 1 Δ /8c (16) Bila dibandingkan dengan σ od-si aka: σ od-gi = (Δ/8) σ od-si (17) Harga BL pada graded index 1000 kali lebih besar dari pada step index. Pelebaran pulsa secara total dala suatu serat optik ultiode erupakan gabungan dari pelebaran karena dispersi intraodus (σ i ) dan pelebaran karena dispersi antar odus (σ a ): σ T = ( σ i + σ a ) 1/ (18) Suku σ a engandung pelebaran karena step index (σ od-si ) atau graded index (σ od-gi ) sedangkan suku σ i engandung pelebaran pulsa karena dispersi aterial (σ ) dan dispersi pandu gelobang (σ pg ). Tetapi karena harga σ pg kecil dibandingkan dengan σ aka σ i = σ. B. PENGKODEAN DATA Sebelu ebuat perencanaan jaringan, pertaa-taa ditentukan terlebih dahulu teknik pengkodean data yang akan digunakan. Pada transisi sinyal digital, proses recovery data disisi peneria ebutuhkan rangkaian sapling yang beroperasi pada siste clock. Oleh karena itu, peilihan jenis pengkodean juga akan epengaruhi siste yang akan dibangun. Pada proses perencanaan jaringan serat optik, hal yang penting harus diperhatikan adalah engenai forat sinyal optik yang akan ditransisikan. Dikatakan penting karena pada praktiknya, setiap data optik digital di sisi receiver harus bisa enarik seluruh inforasi dari sinyal optik yang datang dengan pewaktuan yang tepat. Line coding yang digunakan dala transisi serat optik adalah kode biner. Line coding Jurnal Infotel Volue 1, Noor, Noveber 009

4 4 yang digunakan pada serat optik antara lain non return to zero (NRZ) dan return to zero (RZ). 1. Kode NRZ Bandwidth kode NRZ sering digunakan sebagai referensi untuk kode grup-grup lainnya. Kode NRZ yang paling sederhana adalah NRZ-level (NRZ-L). Pada sebuah serial aliran data, sebuah sinyal hidup ati (unipolar) direpresentasikan sebagai 1 jika elewati sebuah tegangan Gabar. Forat kode NRZ pulsa atau cahaya yang diasukkan pada seluruh periode bit, dan 0 di ana tidak ada pulsa yang ditransisikan. Kode-kode itu udah dihasilkan dan dikodekan tetapi ereka tidak epunyai error detection yang baik atau keapuan engkoreksi dan tidak epunyai self clocking.. Kode RZ Pada kode RZ, deretan bit yang akan ditransisikan dikodekan dengan bit 1 dinyatakan oleh pulsa positif dan bit 0 dinyatakan dengan pulsa negatif. Untuk setiap bit, level sinyal akan kebali pada level nol (sehingga di sebut return to zero). Gabar 3. Forat kode RZ Kode RZ epunyai keunggulan yaitu sederhana, sedangkan keleahannya adalah bandwidth yang diperlukan lebar karena level sinyal berubah lebih cepat daripada laju bit. Kode RZ diterapkan pada kounikasi yang sederhana. C. RISE TIME BUDGET (BANDWIDTH BUDGET) Dala suatu hubungan serat optik, pengirian inforasi dari transitter ke receiver biasanya akan engalai dispersi (pelebaran pulsa), sehingga dapat engakibatkan peborosan bandwidth pada siste tersebut. Analisa rise tie budget (atau sering disebut bandwidth budget) erupakan suatu etode yang udah untuk enentukan liitasi atau batasan dispersi (pelebaran pulsa) dari suatu hubungan serat optik. Perhitungan rise tie budget diaksudkan untuk elihat keapuan edia transisi atau serat optik dala endukung bandwidth sinyal inforasi yang akan dilewatkan. Terdapat 4 koponen siste yang epunyai kontribusi terhadap rise tie syste, yaitu: 1. Rise tie di sisi transitter (t tx ) Pada uunya diakibatkan oleh suber cahaya dan rangkaian pengendalinya.. Rise tie dispersi aterial (t at ) Untuk serat optik ultiode, besarnya nilai rise tie tergantung pada dispersi aterial dan dispersi odal. Efek dari dispersi aterial dapat diabaikan untuk suatu suber cahaya laser baik pada daerah λ pendek aupun panjang, dan suebr cahaya LED untuk λ panjang. Rise tie dispersi aterial diruuskan sebagai berikut: tat Dat.. L (19) diana D at adalah paraeter dispersi aterial (ps/n.k), σ λ adalah lebar spektral suber optik (n), dan L adalah panjang kabel (k). 3. Rise tie dispersi odal (t od ) Diruuskan dengan persaaan sebagai berikut: q 440L tod (0) B 0 4. Rise tie di sisi receiver (t rx ) Jurnal Infotel Volue 1, Noor, Noveber 009

5 5 Nilai ini dihasilkan dari respon photodetector dan bandwidth 3-dB dari receiver. Jika B rx erupakan bandwidth 3-dB dari receiver (diukur dala satuan MHz) aka rise tie receiver (dala satuan ns) diruuskan pada persaaan berikut: 350 trx (1) B rx Berdasarkan keepat koponen tersebut, dapat dilakukan perhitungan rise tie budget seperti pada persaaan berikut: t sys 1 t t t t tx at od rx () 1/ q 440L 350 t sys ttx Dat L 0 B Brx (3) Dari hasil perhitungan rise tie budget tersebut, dapat diketahui total bandwidth (MHz) dari siste tersebut, yaitu: BW tot 350 (4) t Kebutuhan pada rise tie syste tergantung pada bagaiana eilih teknik engkodean datanya. Secara uu, rise tie syste harus bernilai lebih kecil dari 70% periode bit (T B ) jika digunakan pengkodean NRZ dan harus lebih kecil dari 35% periode bit (T B ) jika digunakan pengkodean RZ. Kondisi ini dapat dituliskan sebagai berikut: t sys 0,7 T B (pada NRZ) (5) t sys 0,35 T B (pada RZ) (6) sys Seperti yang terlihat pada grafik bahwa hubungan antara dispersi dengan data rate adalah berbanding terbalik. Jadi seakin besar dispersi yang terjadi pada suatu siste kounikasi serat optik aka data rate atau kecepatan pentransisian datanya akan seakin rendah. Atau dengan kata lain, seakin besar dispersi aka data rate akan seakin rendah. Besar kecilnya data rate sangat dipengaruhi oleh dispersi yang dihasilkan. Besarnya data rate pada fiber singleode lebih tinggi jika dibandingkan dengan fiber tipe ultiode. Hal tersebut disebabkan karena dala fiber type ultiode terdapat banyak lintasan cahaya (odus) sehingga terjadi dua aca dispersi yaitu dispersi antarodus dan intraodus, sedangkan di dala fiber type singleode hanya terdapat satu jenis dispersi saja karena hanya epunyai satu odus. Selain itu siste kounikasi serat optik yang eiliki nilai data rate rendah biasanya enggunakan serat dengan LED sebagai suber cahayanya. Untuk siste kounikasi serat optik dengan data rate tinggi biasanya enggunakan LASER sebagai suber cahaya karena lebar spektralnya yang sangat kecil yaitu 1- n sehingga akan einialisasi besarnya dispersi.. Analisa Efek Dispersi terhadap Transission Distance D. ANALISA EFEK DISPERSI 1. Analisa Efek Dispersi Terhadap Data rate Gabar 5. Grafik Hubungan Antara Dispersi & Transission Distance Gabar 4. Grafik Hubungan Antara Dispersi dengan Bit rate Berdasarkan grafik tersebut, hubungan antara dispersi dengan transission distance berbanding lurus, diana seakin jauh atau panjang suatu link Jurnal Infotel Volue 1, Noor, Noveber 009

6 6 transisi pada siste kounikasi serat optik aka nilai dispersi yang dihasilkanpun akan seakin lebar. Atau dengan kata lain, dispersi akan seakin lebar untuk suatu jarak kounikasi yang seakin jauh. Besarnya pelebaran pulsa bergantung pada panjang serat optik yang dilalui oleh pulsa tersebut. Oleh sebab itu, dispersi suatu serat optik dinyatakan sebagai pelebaran pulsa persatuan panjang (ns/k). 3. Analisa Efek Dispersi terhadap Wavelength Seperti yang ditunjukkan pada grafik tersebut dapat dikatakan bahwa hubungan antara dispersi dengan wavelength adalah berbanding lurus. Dengan kata lain dispersi akan seakin besar untuk suatu wavelength (λ) yang seakin panjang. Panjang gelobang dapat dikatakan sangat berpengaruh terhadap besar kecilnya dispersi khususnya untuk dispersi intraodus. n. Oleh sebab itu jika enggunakan suber cahaya LASER aka dispersi yang dihasilkan akan lebih kecil. 4. Analisa Efek Dispersi terhadap Fiber type Gabar 7. Grafik Hubungan Antara Dispersi dengan Fibertype Multiode Gabar 6. Grafik Hubungan Antara Dispersi dengan Wavelength Hal ini disebabkan karena cahaya yang asuk ke dala serat terdiri dari berbagai panjang gelobang dan berhubungan dengan lebar spektral panjang gelobang. Seakin besar lebar spektral sinar yang easuki serat optik aka seakin panjang wavelength (λ) dan seakin besar pula dispersi yang terjadi. Besarnya lebar spektral ini akan dipengaruhi oleh tipe dari suber cahaya yang digunakan. Terdapat dua aca suber cahaya yang digunakan untuk kounikasi serat optik, yaitu LED dan LASER. Untuk LED lebar spektral itu sekitar 0,05 (λ 0 ). Jika panjang gelobang λ 0 = 0,85 µ aka lebar spektralnya kira-kira 40 n. Pada LASER lebar spektralnya lebih sepit, sekitar 1- Gabar 8. Grafik Hubungan Antara Dispersi dengan Fibertype Singleode Seperti apa yang ditunjukkan pada kedua grafik hubungan antara dispersi dengan fibertype ultiode dan singleode dengan faktor pebanding transission distance di atas, dapat dikatakan bahwa pada siste kounikasi serat optik ini dispersi paling banyak terjadi pada tipe fiber ultiode, eskipun jarak transisi yang ditepuh saa. Serat optik ultiode eiliki ukuran core yang lebih besar dan dilapisi cladding yang sangat tipis, diana ukuran diaeter core akan enentukan julah odus yang ada dala suatu serat optik. Seakin besar ukuran diaeter core suatu serat aka julah odus penjalaran sinarnya pun akan seakin banyak. Hal tersebut di atas akan engakibatkan terjadinya dua aca Jurnal Infotel Volue 1, Noor, Noveber 009

7 7 dispersi pada serat optik ultiode yaitu dispersi antarodus a dan dispersi intraodus i. Karena dispersi yang dihasilkan pada serat optik ultiode lebih besar aka tipe serat optik ini hanya digunakan untuk transisi data dengan data rate rendah dan jarak pendek. Sedangkan pada fiber singleode hanya terjadi satu jenis dispersi yaitu dispersi intraodus i. Pada serat optik jenis singleode eiliki ukuran diaeter core yang lebih kecil (9µ) dibandingkan dengan ukuran cladding (15µ). Dengan diaeter core yang sangat kecil ini aka cahaya hanya erabat dala satu odus saja yaitu sejajar dengan subu serat optik, sehingga hanya dapat enyebabkan terjadinya dispersi intraodus. Karena dispersi yang dihasilkan pada serat optik singleode lebih kecil aka serat tipe ini sesuai bila digunakan untuk transisi data dengan data rate tinggi dan jarak jauh. Berdasarkan uraian di atas, yaitu analisa efek dispersi terhadap fibertype dapat diketahui bahwa besar kecilnya nilai dispersi yang dihasilkan oleh kedua tipe serat tersebut juga akan berpengaruh terhadap paraeterparaeter lainnya seperti: Data Rate Bandwidth a. Data Rate Telah diketahui pada analisa sebelunya engenai hubungan antara dispersi dengan data rate adalah berbanding terbalik, atau dengan kata lain seakin besar nilai dispersi aka data rate yang dihasilkan akan seakin kecil. Gabar 10. Grafik Hubungan Antara Dispersi pada Fibertype Singleode dengan Bit rate Berdasarkan gabar 9 dan 10 dapat dilihat bahwa data rate pada fiber ultiode lebih kecil jika dibandingkan dengan fiber singleode, eskipun jarak yang dilewati saa. Karena selain dipengaruhi oleh jarak atau panjang link transisi besar kecilnya nilai data rate juga dipengaruhi oleh dispersi, dan dispersi paling banyak terjadi pada fiber ultiode. Oleh sebab itu tipe fiber ultiode lebih cocok digunakan untuk jarak pendek dan transisi data dengan data rate rendah, sedangkan fiber singleode cocok digunakan untuk jarak jauh dan transisi data dengan data rate tinggi. b. Bandwidth Selain data rate perbedaan nilai dispersi pada kedua tipe fiber ini juga akan berpengaruh terhadap bandwidth yang dihasilkan. Hubungan antara bandwidth dan dispersi adalah berbanding terbalik. Gabar 9. Grafik Hubungan Antara Dispersi pada Fibertype Multiode dengan Bit rate Gabar 11. Grafik Hubungan Antara Dispersi pada Fibertype Multiode dengan Bandwidth Jurnal Infotel Volue 1, Noor, Noveber 009

8 8 Atau dengan kata lain seakin besar dispersi yang dihasilkan pada suatu fiber aka bandwidthnya akan seakin kecil. Gabar 1. Grafik Hubungan Antara Dispersi pada Fibertype Singleode dengan Bandwidth Dari kedua gabar grafik di atas dapat kita lihat karena dispersi paling banyak terjadi pada fiber ultiode daripada singleode, aka bandwidth yang dihasilkan oleh fiber ultiode juga akan lebih sepit jika dibandingkan dengan fiber tipe singleode. Oleh sebab itu dapat dikatakan bahwa dispersi epunyai hubungan yang erat dengan penentuan jenis atau tipe dari fiber yang digunakan dala suatu perencanaan siste kounikasi serat optik. Hal tersebut juga berkaitan dengan penentuan panjang gelobang yang digunakan pada tiap-tiap jenis serat optik. E. KESIMPULAN 1. Hubungan antara dispersi dengan data rate adalah berbanding terbalik, sedangkan hubungan antara dispersi dengan transission distance (jarak transisi) dan wavelength (panjang gelobang) adalah berbanding lurus.. Efek dispersi lebih banyak dirasakan oleh serat optik ultiode dibanding serat optik singleode, hal tersebut disebabkan karena serat optik ultiode epunyai banyak lintasan cahaya (odus) sehingga terjadi dua aca dispersi yaitu dispersi antarodus dan intraodus, sedangkan di dala serat optik singleode hanya terdapat satu jenis dispersi yaitu dispersi intraodus karena hanya epunyai satu odus. F. DAFTAR PUSTAKA [1] Divlat PT. Telko, Pengantar Siste Kounikasi Serat Optik, Bandung, 001. [] Keiser Gerd, Optical Fiber Counication, Singapore, [3] Powers John, An Introduction to Fiber Optic Syste, Singapore, [4] Pallais Joseph, Fiber Optic Counicastions, New York, [5] Siregar Rusta E. Dr., Dasar-dasar Telekounikasi Serat Optik, STTTelko, Bandung, Jurnal Infotel Volue 1, Noor, Noveber 009