Chapter II

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
Universitas Sumatera Utara
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].
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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.
Universitas Sumatera Utara
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 :
2.2.1
1.
Non- return- to- zero (NRZ)
2.
Return- to- zero (RZ)
3.
Manchester
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.
Universitas Sumatera Utara
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.
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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 :
αtotal
= total redaman
(dB)
L
= panjang kabel serat optik
(km)
αf
= redaman serat optic
(dB)
Nc
= jumlah connector
αc
= redaman connector
Ns
= jumlah sambungan
αs
= redaman sambungan
Nsp
= jumlah splitter
αsp
= redaman splitter
(dB/connector)
(dB/sambungan)
(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)
Universitas Sumatera Utara
Dimana :
M
= margin daya
(dB)
Ptx
= optical transmit power
(dBm)
Prx
= sensitivitas receiver
(dBm)
αtotal
= 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 :
ti
= rise time contributor
(ns)
(2.4)
tr =
Dimana :
tr
= rise time total
(ns)
trx
= rise time receiver
(ns)
ttx
= rise time transmitter
(ns)
tf
= dispersi chromatic
(ns)
Universitas Sumatera Utara
tf = D x σλ x L
(2.5)
Dimana :
D
= koefisien dispersi
( ps/(nm.km)
σλ
= lebar spectrum
(nm)
L
= panjang serat optik
(km)
Setelah perhitungan rise time total diperoleh, maka dibandingkan dengan bit rates
( tr ) 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].
Universitas Sumatera Utara