KOMUNIKASI KOHEREN. Ref : Keiser

Transkripsi

1 KOMUNIKAI KOHEREN Ref : Keiser 1

2 Pengertian iskom optik koheren : siskom yg menggunakan deteksi heterodyne atau homodyne yi cahaya diperlakukan sebagai media pembawa spt sistem radio gel mikro dpt menggunakan modulasi amplitudo, frek atau phasa. Keuntungan : ensitifitas penerima mendekati sempurana (meningkat > 0 db dibanding IM/DD) elektifitas frek sangat tinggi kapasitas kanal meningkat. Wilayah pnj gel : 170 s/d 1350 nm 1000 kanal (channel spacing 10 GHz) 1480 s/d 1600 nm 1500 kanal

3 Filter optis passband nm (40 GHz), filter elektrik GHz 3

4 Asumsi 10 GHz Channel spacing window 1300 nm, ada 1000 kanal dan 1550 nm ada 1500 kanal 4

5 Faktor dlm implementasi : Kemampuan mengembangkan laser koheren bw GHz Implementasi metode pengkodean yg tepat Pengembangan metode pengendalian polarisasi di penerima 5

6 Konsep dasar Medan listrik sinyal transmisi memiliki gel bidang berbentuk : E A cos [ ω t + φ( t) ] A : Amplitudo medan sinyal optis ω : Frek pembawa sinyal optis Φ (t) : Phasa sinyal optis Teknik modulasi : - AK atau OOK harga A tergantung bit 1 atau 0 - FK Φ (t) berharga ω 1 t atau ω t - PK Φ (t) β sin ω m t, β : indeks modulasi, ω m tfrek modulasi 6

7 Konsep dasar sistem gel cahaya koheren Metode modulasi ada 3, demodulasi ada 4 7

8 Direct detection. Amplitudo sinyal elektrik memodulasi daya optisdr sumber optik daya optis sebanding dgn level arus sinyal. Di penerima sinyal optis yg datang langsung diubah ke keluaran listrik yg dimodulasi. Arus deteksi langsung sebanding dgn intensitas (kuadrat medan listrik) sinyal optis I DD I E E 1 * A [ 1 + cos( ω t + φ )] suku DD ( ω ) cos t + φ s dpt dieliminasi di penerima krn frek x frek pembawa optis pers tsb menjadi : I E E DD * 1 A s 8

9 istem gel optis koheren Penerima mula menambah gel optis yg dibangkitkan di penerima pd sinyal yg datang dan mendeteksinya. Metode deteksi tgt pd bgmn sinyal optis DICAMPUR dgn osilator lokal (homodyne atau heterodyne) dan sinyal listrik DIDETEKI (sinkron dan asinkron): PENCAMPURAN sinyal informasi optis dan sinyal osc lokal terjadi di permukaan detektor foto sebelum terjadi pendeteksian. Medan osc lokal : E A cos [ ω t + φ ( t) ] E ω φ (t) : Amplitudo : Frekuensi : Phasa 9

10 Hasil deteksi yi intensitas : I I coh coh ( t) ( t) ( E + E ) 1 A + 1 A + A s A cos [( ω ω ) t + φ( t) ] cos θ () t s φ () t φ s () t φ ( t) : selisih phasa relatif sinyal informasi optis dan osc lokal () t cos θ E E. E E : Misaligment polarisasi antara gel sinyal dan gel osc lokal Tampak bhw detektor tidak mendeteksi ω 10

11 Karena daya P(t) sebanding dng intensitas, maka di detektor foto : [( ω ω ) t φ( t) ] cos θ( t) P( t) P + P + P P cos + s s P : daya sinyal optis P : daya osc lokal, dengan P >> P ω ω ω IF : frekuensi intermediate Φ(t) : sudut phasa bervariasi thd waktu selisih level sinyal dan osc lokal ω IF : umumnya puluhan atau ratusan MHz 11

12 Deteksi Homodyne Jika frek sinyal informasi optis dan osc lokal sama, maka ω IF 0 mrpk kasus khusus disebut deteksi homodyne P( t) P + P + P P s cos φ( t) cos θ ( t) dpt digunakan : - OOK : P bervariasi dgn menjaga Φ(t) tetap - PK : Phasa sinyal Φ bervariasi dgn menjaga P tetap P >> P dan P tetap L O secara efektif sbg penguat sinyal yg berarti meningkatkan sensitifitas penerima dibandingkan deteksi langsung 1

13 Pd deteksi homodyne menghasilkan baseband langsung shg tdk perlu demodulasi elektris. Penerima homodyne menjadi sistem koheren paling sensitif, tetapi juga paling sulit utk dibuat krn osc lokal harus dikendalikan oleh PLL optis dan membutuhkan frek yg sama antara sinyal dan osc lokal lebar spektral paling sempit dan wavelength tuneability sangat tinggi. Deteksi Heterodyne Jika ωif 0, maka terjadi deteksi homodyne dan tdk membutuhkan PLL optis paling mudah diimplementasikan, tetapi kurang sensitif 3 db thd homodyne. 13

14 Dpt digunakan modulasi OOK, FK atau PK. Krn P << P, maka : [( ω ω ) t φ( t) ] cos θ ( t) P( t) P + P P cos + i IF s Arus keluaran terdiri dr arus dc : dan IF bervariasi thd waktu : i ηq hf dc P ηq ( t) Ps P cos IF + hf s [ ω φ( t) ] cos θ () t 14

15 Persyaratan Laser semikonduktor Baik laser pembangkit sinyal maupun osc lokal perlu laser single mode yg memiliki : - Lebar spektral sempit - Frekuensi stabil - Kemampuan wave-length tuning Lebar spektral sumber : Hub Δf dan Δλ : Δf cδλ λ Laser FP bekerja pd 1550 nm dgn Δλ 3 nm ( 8 )( 9 3x10 m / s 3x10 m) ( 6 1,55x10 m) Δf 500GHz 15

16 (a) Laser FP lebar spektral 3 nm (400 GHz pd 1550 nm) (b) Laser cavity eksternal lebar spektral 10-7 nm (10 KHz pd 1550 nm) 16

17 Persyaratan lebar spektral berbagai sistem gel cahaya koheren 17

18 Wavelength tuning kema penstabilan frekuensi sistem gel cahaya koheren 18

19 Nilai ketergantungan frek laser thd perubahan suhu 10 s/d 0 GHz/ o C Nilai ketergantungan frek laser thd perubahan arus 1 s/d 5 GHz/mA tabilitas frek tengah laser dpt dilakukan dgn injeksi arus atau perubahan suhu. 19

20 Contoh wavelength tuning nm dgn laser DBR 0

21 OOK deteksi langsung Asumsi probabilitas pulsa 1 dan 0 sama. Krn pd OOK arus data hanya on bila setengah rata waktu, jumlah photon yg dibutuhkan setiap bit informasi adalah setengah jumlah yg dibutuhkan satu pulsa. hg jika N pasangan elektron-hole dibangkitkan selama pulsa 1 dan 0 pasangan elektron-hole dibangkitkan selama pulsa 0, maka rata jumlah photon per bit N p untk efisiensi kuantum η 1 : N N p 1 N N p ehingga peluang terjadi error : + 1 (0) 1 P r (0) e N 1 Berarti dibutuhkan 10 photon tiap bit utk mendapatkan BER 10-9 Dlm praktek sangat sulit dgn kuantum limit utk penerima deteksi langsung N P 1

22 istem homodyne OOK Jika diterima pulsa 0 selama T, rata N 0 pasangan elektron hole yg dibangkitkan oleh osilator lokal : Jika diterima pulsa 1 selama T, rata N 0 pasangan elektron hole yg dibangkitkan oleh osilator lokal : N N 0 A ( ) ( A + A T A A A )T 0 + T karena A >> A Keluaran >> level sinyal terima, tegangan V di dekoder selama diterima pulsa 1 : V N1 N0 A A T Associated rms noise : σ N1 N 0

23 BER : P e BER 1 V 1 V 1 A 1 T erf erfc erfc σ σ σ Erfc (x) 1 erf(x) : komplemen fungsi error Pd BER 10-9 dr grafik V/σ 1 sehingga A T 36 : jumlah photon dibangkitkan sinyal tiap pulsa diharapkan. hg pd deteksi homodyne OOK, energi rata harus menghasilkan 36 pasangan elektron-hole. Pd kondisi ideal kuantum efisiensi 1, BER 10-9 dpt dicapai dgn energi optis diterima rata 36 photon tiap pulsa Dgn asumsi jml pulsa 1 dan 0 sama, maka jumlah rata photon diterima tiap bit informasi 18. N P 3

24 BER sbg fungsi /N 4

25 hg pd deteksi homodyne OOK besarnya BER : BER 1 erfc ( ) η N P ( ) Utk penyederhanaan pd x 5 : erfc x e x πx hg pd deteksi homodyne dgn : η N P 5 BER 1 e η N P πη N P 5

26 istem homodyne PK Penerima homodyne 6

27 Deteksi homodyne modulasi PK secara teori menghasilkan sensitifitas penerima terbaik, tetapi paling sulit diimplentasikan. Utk pulsa 0, sinyal dan osilator lokal tidak sephasa, shg resultan jumlah pasangan elektron-hole yg dibangkitkan : N ( A A ) T 0 erupa dgn itu, jika pulsa 1 maka sinyal dan osilator lokal sephasa shg resultan jumlah pasangan elektron-hole yg dibangkitkan : N ( A A ) T 1 + Akibatnya teg di dekoder penerima : V ( A + A ) T ( A A ) T A A T N1 N0 4 Associated rms noise : σ A T 7

28 Pd BER 10-9 dr grafik V/σ 1 sehingga A T 9 Pd kondisi ideal kuantum efisiensi 1, BER 10-9 dibutuhkan rata 9 photon tiap bit. Catatan : tidak perlu dibedakan antara photon tiap pulsa dan tiap bit, krn sinyal optis PK selalu ada. hg pd deteksi homodyne PK : BER 1 erfc η N P BER 1 e η N P πη N P 8

29 Deteksi Heterodyne Deteksi sinkron menggunakan sirkit carrier-recovery 9

30 Deteksi asinkron menggunakan delay line 1 bit 30

31 Analisa penerima heterodyne lebih komplek dr homodyne, krn keluaran detektor photo muncul pd frek ω IF PK sinkron : BER 1 erfc η N P PK asinkron tanpa menggunakan PLL, 1 dikenal sbg DPK (differential PK) : ( η N BER e P ) Deteksi OOK heterodyne sinkron : BER 1 erfc 1 η N P Deteksi OOK heterodyne asinkron : BER 1 e 1 η N P 31

32 Perbandingan prob error sbg fungsi jumlah photon diterima tiap bit pd sistem optis koheren 3

33 Perbandingan jumlah photon diperlukan utk BER 10-9 oleh penerima ideal yg memiliki efisiensi kuantum detektor 1 33

34 ensitifitas penerima quantum-limited sbg fungsi laser linewidth pd 1 Gb/s atau ekivalen atau sbg fungsi perbandingan linewidth to bit rate 34

35 Peningkatan unjuk kerja dgn pengkodean Peningkatan BER utk beberapa kode konvolusi pd 30 photon tiap bit data 35

36 Penguatan pengkodean thd linewidth utk beberapa kode konvolusi pd BER