LAPORAN SKRIPSI ANALISIS UNJUK KERJA MODULASI EKSTERNAL OPTIS DALAM MODEL DETEKSI KOHEREN PADA SISTEM BASEBAND OVER FIBER

Transkripsi

1 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 Program Studi Teknik Telekomunikasi Sekolah Tinggi Teknologi Telematika Telkom Purwokerto 2017

2

3

4

5

6 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 viii

7 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 ix

8 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 LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH BATASAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN METODE PENELITIAN SISTEMATIKA PENULISAN... 5 BAB II DASAR TEORI TINJAUAN PUSTAKA LANDASAN TEORI Sistem Komunikasi Serat Optik RADIO OVER FIBER Pengertian Radio over Fiber Keunggulan Radio over Fiber Konfigurasi Radio over Fiber OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Pengertian OFDM Kelebihan OFDM MODULASI DIGITAL QAM OPTICAL LASER LiNB-MZM MODULATOR PHOTODIODE PIN OPTICAL COHERENT DETECTION OPTISYSTEM NOISE ix

9 Jenis-jenis Noise Noise pada Serat Optik (Optical Link) BAB III METODOLOGI PENELITIAN JALANNYA PROSES PENELITIAN PERANCANGAN SISTEM Skematik Pemodelan Sistem RF OFDM Transmitter Diagram Blok Perancangan Sistem Parameter Perancangan Sistem METODE ANALISIS BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN PERFORMANSI MODEL SISTEM BERDASARKAN POWER LINK BUDGET PERFORMANSI MODEL SISTEM BERDASARKAN DIAGRAM KONSTELASI 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 PENGARUH PERUBAHAN DAYA INPUT -8 DBM, -4DBM, 0 DBM, 4 DBM, DAN 8 DBM TERHADAP VARIASI PANJANG FIBER 10 KM SAMPAI 70 KM PENGARUH DAYA INPUT TERHADAP PERUBAHAN PHASE PADA OPTICAL TO DOWNCONVERTER DENGAN VARIASI DAYA -8 DBM, -4 DBM, 0 DBM, 4 DBM, DAN 8 DBM PERBANDINGAN VARIASI DAYA INPUT TERHADAP SPECTRUM ANALYZER PADA POWER COMBINER PERBANDINGAN VARIASI DAYA INPUT TERHADAP SPECTRUM ANALYZER PADA OPTICAL LINK PERBANDINGAN VARIASI DAYA INPUT TERHADAP SPECTRUM ANALYZER PADA COHEREN DETECTION BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x

10 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 Gambar 2.5 Blok Jalur Optis Bidirectional Menggunakan Modulasi Lansung dari Laser Diode Gambar 2.6 Skema Pentransmisian Sinyal RoF Gambar 2.7 Hardware pada CO dan BS dalam Sistem HFR (Hybrid Fiber Radio) untuk Downstream Transmisi Sinyal Baseband-over Fiber Gambar 2.8 Hardware pada CO dan BS dalam Sistem HFR (Hybrid Fiber Radio) untuk Downstream Transmisi Sinyal IF-over Fiber Gambar 2.9 Hardware pada CO dan BS dalam Sistem HFR (Hybrid Fiber Radio) untuk Downstream Transmisi Sinyal RFover Fiber Gambar 2.10 Diagram Blok Sistem OFDM Gambar 2.11 Diagram Konstelasi 16 QAM Gambar 2.12 MZ Modulator Transmittance Funcion Gambar 2.13 Kurva Responsivity untuk Material Detector Gambar 2.14 Skema Optical Coherent Detection Gambar 3.1 Diagram Alir Jalannya Penelitian Gambar 3.2 Diagram Alir Peerancangan Model Gambar 3.3 Layout Simulasi Sistem RF Transmitter Optical Link (RTO) Gambar 3.4 Layout Simulasi Optical Link Gambar 3.5 Layout Bagian Coherent Detection Gambar 3.6 Layout Simulasi Sistem Optical to RF Downconverter dan RF OFDM Receiver Gambar 3.7 Blok Diagram Perancangan Sistem Gambar 4.1 Spectrum Analyzer pada CW Laser dengan daya -8 dbm Gambar 4.2 Spectrum Analyzer pada CW Laser dengan daya -4 dbm Gambar 4.3 Keluaran Spectrum Analyzer pada modulator MZM dengan daya -8 dbm Gambar 4.4 Keluaran spectrum analyzer pada modulator dengan daya -4 dbm Gambar 4.5 Electrical Gain pada Modulator Gambar 4.6 Spectrum Analyzer pada Power Combiner Gambar 4.7 Spectrum Analyzer pada Optical Amplifier Gambar 4.8 Spectrum Analyzer pada Optical fiber Gambar 4.9 Optical Spectrum Analyzer pada Loop Control Gambar 4.10 Spectrum Analyzer pada Photodetector PIN dengan daya -8 dbm Gambar 4.11 Spectrum Analyzer pada Photodetector PIN dengan daya -4 dbm xi

11 Gambar 4.12 Grafik Power Link Budget pada OPM dan EPM Gambar 4.13 Bentuk Konstelasi Input Konstelasi Sinyal 16-QAM Gambar 4.14 Keluaran Signal Constellation Visualizer Gambar 4.15 Grafik Nilai Konstelasi Sinyal Terhadap Perubahan Daya Gambar 4.16 Grafik Pengaruh Perubahan Daya pada Optical Link Gambar 4.17 Grafik Hasil Perubahan Daya terhadap Optical Link pada Loop Control 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 Gambar 4.21 Perbandingan hasil pengukuran spektrum pada bagian coheren detection dengan variasi daya -8 dbm, 0 dbm, dan 8 dbm xii

12 DAFTAR TABEL Tabel 2. 1 Pengubahan Bit Biner menjadi Gray Coding pada 16-QAM Tabel 3. 1 Parameter Umum Model EM-CD Sistem OFDM-RoF Tabel 3. 1 Parameter Metode Analisis Tabel 4. 1 Nilai dari Optical Power Meter dan Electrical Power Meter Tabel 4. 2 Gambar Output Konstelasi Sinyal untuk Variasi Daya pada Panjang Fiber 10 km, 30 km, 50 km, dan 70 km 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 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 Tabel 4. 5 Nilai Daya Output pada bagian RF to Down-Converter xiii