BAB II SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK 2.1 Dasar Sistem Komunikasi Serat Optik Serat optik adalah saluran transmisi yang terbuat dari kaca atau plastik yang sangat halus dan lebih kecil dari sehelai rambut, dan digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke tempat lain. Sumber cahaya yang digunakan biasanya adalah laser atau LED. Kabel ini berdiameter lebih kurang 120 mikrometer. Cahaya yang ada di dalam serat optik tidak keluar karena indeks bias dari kaca lebih besar daripada indeks bias dari udara, karena laser mempunyai spektrum yang sangat sempit. Kecepatan transmisi serat optik sangat tinggi sehingga sangat bagus digunakan sebagai saluran komunikasi. Perkembangan teknologi serat optik saat ini, telah dapat menghasilkan pelemahan (attenuation) kurang dari 20 decibels (db)/km. Dengan lebar jalur (bandwidth) yang besar sehingga kemampuan dalam mentransmisikan data menjadi lebih banyak dan cepat dibandingan dengan penggunaan kabel konvensional. Dengan demikian serat optik sangat cocok digunakan terutama dalam aplikasi sistem telekomunikasi. Pada prinsipnya serat optik memantulkan dan membiaskan sejumlah cahaya yang merambat didalamnya. Dan wujud dari kabel serat optik dapat dilihat pada Gambar 2.1[1]. Gambar 2.1 Kabel Serat Optik
2.1.1 Bagian-Bagian Serat Optik Core adalah kaca tipis yang merupakan bagian inti dari serat optik yang dimana pengiriman sinar dilakaukan.cladding adalah materi yang mengelilingi inti yang berfungsi memantulkan sinar kembali ke dalam. Buffer Coating adalah plastik pelapis yang melindungi fiber dari kerusakan. Bagian-bagian yang tersebut ditunjukkan pada Gambar 2.2[1]. Gambar 2.2 Bagian-bagian Fiber Optik 2.1.2 Prinsip Kerja Serat Optik Prinsip dasar dari sistem komunikasi serat optik adalah pengiriman sinyal informasi dalam bentuk sinyal cahaya. Pemancar kabel serat optik dan penerima merupakan komponen dasar yang digunakan dalam sistem komunikasi serat optik. Pemancar berfungsi untuk mengubah sinyal listrik menjadi sinyal optik, kabel serat optik berfungsi sebagai media transmisi dan penerima berfungsi untuk mengubah sinyal optik yang diterima menjadi sinyal listrik kembali. Proses pengiriman informasi yang melalui serat optik menggunakan prinsip pemantulan sinyal optik yang berupa cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Secara umum, konfigurasi sistem transmisi serat optik ditunjukkan seperti Gambar 2.3[2].
Gambar 2.3 Konfigurasi Sistem Transmisi Serat Optik Sinar dalam serat optik berjalan melalui inti dengan secara memantul dari cladding seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4 dan hal ini disebut total internal reflection, karena cladding sama sekali tidak menyerap sinar dari inti. Akan tetapi dikarenakan ketidakmurnian kaca sinyal cahaya akan terdegradasi, ketahanan sinyal tergantung pada kemurnian kaca dan panjang gelombang sinyal. Gambar 2.4 Cara Kerja Fiber Optik
2.1.3 Jenis-Jenis Serat Optik Jenis-jenis dari kabel serat optik dapat terbagi atas beberapa jenis. Adapun jenisjenis dari kabel fiber optik tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut: 1. Single Mode Fibers Mempunyai inti yang kecil (berdiameter 0.00035 inch atau 9 micro) dan berfungsi mengirimkan sinar laser inframerah (panjang gelombang 1300-1550 nanometer) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.5. Gambar 2.5 Single mode Fiber 2. Multimode Fibers Mempunyai inti yang lebih besar (berdiameter 0.0025 inch atau 62.5 micro) dan berfungsi mengirimkan sinar laser inframerah (panjang gelombang 850-1300 nanometer) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6. Gambar 2.6 Multi-mode Fiber
2.1.4 Tipe-Tipe Serat Optik Ada beberapa tipe serat optik yang akan dijelaskan sebagai berikut: 1. Serat Optik Single Mode Step Index Jenis fiber optik yang memiliki fiber tunggal dengan diamater antara 8.3 10 mikro yang mempunyai transmisi satu mode. Single mode dengan garis tengah (diameter) sempit hanya dapat menyebarkan antara 1310 1550 nanometer. Single mode dapat mentransmisikan di atas rata-rata dan 50 kali lipat jarak dibandingkan multimode. Fiber single mode memiliki core lebih kecil dibandingkan multimode. Core kecil tersebut dan gelombang cahaya tunggal dapat mengurangi distorsi yang diakibatkan overlap cahaya, penyediaan sedikit sinyal atenuasi dan kecepatan transmisi yang tinggi. Adapun ciri ciri serat optik single mode step index adalah sebagai berikut: a. Diameter core lebih kecil dibandingkan diameter cladding. b. Digunakan untuk transmisi jarak jauh, bisa mencapi 70 km, band frekuensi lebar, dan penyusutan transmisi sangat kecil. Adapun karakteristik dari serat optik single mode step index dapat ditunjukkan pada Gambar 2.7. Gambar 2.7 Karakteristik Serat Optik Single mode Step Index
2. Serat Optik Multi Mode Graded Index Berisi sebuah core dimana refraksi indeks mengurangi secara perlahan -lahan dari poros pusat ke luar cladding. Refraksi indeks tertinggi pada pusat membuat cahaya bergerak lebih perlahan pada porosnya dibandingkan cahaya yang lebih dekat dengan cladding. Alur yang dipendekkan dan kecepatan yang tinggi mengijinkan cahaya di bagian luar untuk sampai ke penerima pada waktu yang sama secara perlahan tetapi cahaya lurus langsung melalui inti core. Hasilnya sinyal digital mengalami distorsi yang sedikit. Adapun ciri ciri dari multimode graded index adalah sebagai berikut: a. Diameter corenya antara 30 mm 60 mm sedangkan diameter claddingnya 100 mm 150 mm b. Merupakan penggabungan fiber single mode dan fiber multimode step index c. Biasanya untuk jarak transmisi 1-5 km. Adapun karakteristik dari multimode graded index dapat ditunjukkan pada Gambar 2.8. Gambar 2.8 Karakteristik Serat Optik Multimode Graded Index
3. Step-Index Multimode Berisi sebuah core besar dengan diameter lebih dari 100 mikro. Hasilnya, beberapa cahaya membuat sinyal digital melewati rute utama (direct route), sedangkan yang lainnya berliku-liku (zig zag) ketika sinar tersebut memantul cladding. Alternatif jalan kecil ini menyebabkan pengelompokan cahaya yang berbeda yang dikenal sebagai sebuah mode, tiba secara terpisah pada sebuah titik penerima. Kebutuhan untuk meninggalkan jarak antar sinyal untuk mencegah overlap batas bandwith adalah jumlah informasi yang dapat dikirim ke titik penerima. Sebagai konsekuensinya, serat optik tipe ini lebih cocok untuk jarak yang pendek/singkat. Adapun ciri ciri dari serat optik multimode step index adalah sebagai berikut: a. Ukuran intinya berkisar 50 mm-125 mm dengan diameter cladding 125 mm-500 mm b. Diameter core yang besar digunakan agar penyambungan kabel lebih mudah c. Hanya baik digunakan untuk data atau informasi dengan kecepatan rendah dan untuk jarak yang relatif dekat. Adapun karakteristik dari serat optik multimode step index dapat ditunjukkan pada Gambar 2.9[1]. Gambar 2.9 Karakteristik Serat Optik Multimode Step Index
2.1.5 Keuntungan dan Kerugian Serat Optik Sebagai salah satu media transmisi yang berkembang pesat saat ini, serat optik menjadi pilihan utama dalam pemakaian media transmisi. Adapun keuntungan dan kerugian dari serat optik yang akan dijelaskan sebagai berikut[3]: Keuntungan dari serat optik yaitu: 1. Lebih murah: Pembuatan kabel serat optik memerlukan bahan-bahan yang relatif murah. 2. Lebih Tipis: Serat Optik memiliki ukuran diameter yang lebih kecil dari tembaga. 3. Kapasitas muatan lebih besar: Serat optik dapat membawa data-data yang besar. 4. Penurunan sinyal lebih kecil. 5. Daya lebih sedikit. 6. Ringan 7. Fleksibel. Kerugian dari serat optik yaitu: 1. Tidak menyalurkan energi listrik. 2. Pada sistem repeater, transmitter dan receiver perlu mengubah energi listrik menjadi optik dan sebaliknya. 3. Perangkat terminasi yang mahal. 4. Perbaikan lebih sulit.
2.2 Line Coding Dalam perencanaan link serat optik, perlu memperhatikan format sinyal transmisi optik. Ini digunakan agar tujuan sinyal yang diterima mampu mendekati waktu sinyal keseluruhannya. Adapun bentuk level binary line code sebagai berikut : 1. Non- return- to- zero (NRZ) 2. Return- to- zero (RZ) 3. Manchester 2.2.1 NRZ Code Dalam NRZ code, Simbol 1 direpresentasikan oleh sebuah pulsa yang memiliki amplitudo konstan disepanjang waktu durasi bit, sedangkan simbol 0 direpresentasikan oleh ketiadaan pulsa (amplitudo pulsa nol). NRZ mengindikasikan bahwa didalam skema ini pulsa dipertahankan tetap selama durasi bit. Gambar 2.10 memperlihatkan bentuk NRZ code. Gambar 2.10 NRZ code.
2.2.2 RZ Code Dalam RZ code, simbol 1 direpresentasikan oleh sebuah pulsa yang amplitudonya bertahan konstan untuk beberapa lama dan kembali ke nol sesaat sebelum durasi bit berakhir. Sedangkan simbol 0 direpresentasikan oleh ketiadaan pulsa. Gambar 2.11 memperlihatkan format RZ code. Gambar 2.11 RZ code 2.2.3 Manchester Code Dalam manchester code, simbol 1 direpresentasikan oleh sebuah pulsa positif yang diikuti oleh sebuah pulsa negatif, dimana masing-masing dari kedua pulsa ini memilki amplitudo yang sama dan panjangnya setengah durasi bit. Untuk simbol 0, polaritas dari pasangan pulsa ini dibalik. Gambar 2.12 memperlihatkan format manchester code. Gambar 2.12 Manchester code.
Pada umumnya ketiga pengkodean ini yang digunakan tetapi untuk transmisi link serat optik hanya pengkodean NRZ dan RZ yang digunakan[4]. 2.3 Parameter Untuk Menganalisis Kinerja Transmisi Serat Optik Dalam melakukan perhitungan kinerja transmisi serat optik, parameter yang dilakukan untuk mendapatkan sistem yang layak sehingga hasil analisis yang diperoleh dapat diimplementasikan dilapangan. Adapun parameter untuk menganalisis kinerja transmisi serat optik yaitu: 1. Power Link Budget. 2. Rise Time Budget. 2.3.1 Power Link Budget Optical power berasal dari photodetector yang bergantung dengan banyaknya cahaya yang terperangkap didalam serat dan dapat mengakibatkan rugi-rugi serat, konektor dan sambungan. Link loss budget terjadi karena rugi-rugi di setiap elemen sepanjang link. Gambar 2.10 memperlihatkan power link budget. Gambar 2.13 Power Link Budget Power link budget adalah besarnya daya yang diperlukan untuk dapat mentransmisikan data atau informasi dari satu titik ke titik lainnya, dimana selama
proses transmisi akan terjadi redaman. Perhitungan power link budget bertujuan untuk menghitung anggaran daya yang diperlukan sehingga level daya terima tidak kurang dari sensitivitas minimum. Untuk menentukan redaman total di tentukan dengan Persamaan 2.1[5]. Nilai redaman total maximum 28 db, jadi dalam nilai perhitungan yang digunakan harus dibawah 28 db[6]. Untuk menentukan redaman total power link budget digunakan Persamaan 2.1. αtotal = L x αf + Nc x αc +Ns x αs + Nsp x αsp (2.1) Dimana : α total = total redaman (db) L = panjang kabel serat optik (km) αf = redaman serat optic (db) Nc = jumlah connector αc = redaman connector (db/connector) Ns = jumlah sambungan αs = redaman sambungan (db/sambungan) Nsp = jumlah splitter αsp = redaman splitter (db/splitter) Margin daya adalah daya yang masih tersisa dari power transmit setelah dikurangi dari loss selama proses pentransmisian, pengurangan dengan nilai safety margin dan pengurangan dengan nilai sensitifitas receiver. Margin daya disyaratkan harus memiliki nilai lebih dari 0 (nol). Untuk menentukan margin daya digunakan Persamaan 2.2[5]. M = ( Ptx Prx) - α total - Ms (2.2)
Dimana : M = margin daya (db) Ptx = optical transmit power (dbm) Prx = sensitivitas receiver (dbm) α total = total redaman (db) Ms = safety margin (db) 2.3.2 Rise Time Budget Rise Time Budget merupakan metode untuk menentukan batasan dispersi suatu link serat optik yang bertujuan untuk mengetahui kerja jaringan secara keseluruhan telah tercapai dan mampu memenuhi kapasitas kanal yang diinginkan. Umumnya degradasi total waktu transisi dari link digital tidak melebihi 70 persen dari satu periode bit NRZ (Non-retum-to-zero) atau 35 persen dari satu periode bit untuk data RZ (return-to-zero). Untuk menentukan pembatasan dispersi link serat optik, rise time sistem keseluruhan digunakan Persamaan 2.4. T sys = (2.3) Dimana : t i = rise time contributor (ns) tr = (2.4) Dimana : tr = rise time total (ns) t rx = rise time receiver (ns) t tx = rise time transmitter (ns) t f = dispersi chromatic (ns)
t f = D x σ λ x L (2.5) Dimana : D = koefisien dispersi ( ps/(nm.km) σ λ = lebar spectrum (nm) L = panjang serat optik (km) Setelah perhitungan rise time total diperoleh, maka dibandingkan dengan bit rates ( t r ) dengan format NRZ seperti pada Persamaan 2.6. (2.6) Dimana: (2.7) Bit rates yang didapat dari standard ISO baik downstream maupun upstream. Untuk memenuhi rise time budget, rise time total harusnya lebih kecil dari bit rates[5].