TUGAS
RESUME
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memenuhi
tugas mata kuliah Optik Lanjut
Oleh:
NOVIA INDRAWATI
1101168518
PROGRAM
STUDI S1 TEKNIK TELEKOMUNIKASI
FAKULTAS
TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS
TELKOM
BANDUNG
2017
1. VLC (VISIBLE LIGHT COMMUNICATION)
1.1 Latar
Belakang Hadirnya Teknologi VLC
Seperti yang
telah diketahui bahwa informasi pada zaman sekarang sangatlah mudah didapatkan.
Salah satu media penyampaian informasi yang paling banyak digunakan dan sedang
berkembang saat ini adalah penggunaan spectrum radio frekuensi atau disebut
juga dengan wireless menggunakan elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik
dinilai sangat efektif sebagai media penyampaian informasi namun dalam beberapa
hal banyak kekurangan dari media tersebut, diantaranya adalah alokasi frekuensi
yang digunakan untuk aplikasi sangatlah terbatas, selain itu mahalnya izin
biaya penggunaan frekuensi di Indonesia dan timbulnya masalah pada kabin
pesawat, rumah sakit, SPBU dan lain lain dimana tempat tersebut tidak
diperbolehkan adanya gelombang elektromagnetik karena dapat merusak peralatan yang
ada padahal untuk tempat-tempat tersebut sangatlah diperlukan media gelomang
elektromagnetik untuk memperlancar penyampaian informasi. Dari beberapa
kekurangan tersebut, salah satu cara yang dapat memecahkannya yaitu dengan
penggunaan media transmisi berupa cahaya yang disebut dengan teknologi VLC
(Visible Light Communication).
1.2 Pengertian Cahaya
Tampak (Visible Light)
Cahaya tampak adalah suatu nama
cahaya yang dapat dilihat mata manusia ketika semua warna yang membentuk
spektrum cahaya tampak terdiri dari merah, oranye, kuning, hijau, biru, nila,
dan cahaya ungu, dan warna-warna ini dikombinasikan (digabung jadi satu)
sehingga terbentuklah cahaya putih. Ketika kita melewatkan cahaya putih (sinar)
melalui prisma, maka cahaya tersebut terpecah menjadi warna tersendiri dari
spektrum cahaya tampak. Umumnya cahaya putih hanya disebut sebagai
"cahaya" saja atau "cahaya tampak," dan cahaya inilah yang
membuat mata kita bisa melihat alam sekitar. Sumber cahaya putih alami yaitu
Matahari dan bintang-bintang, sedangkan yang buatan yaitu lampu hemat energi
atau lampu-lampu yang bersinar putih.[1]
Visible Light Communication
(VLC) adalah media komunikasi data
menggunakan cahaya tampak antara 400 THz (375nm) sampai 800 THz (780 nm). Teknologi komunikasi ini memanfaatkan sumber
cahaya yaitu LED sebagai transmitter, cahaya sebagai media transmisi, dan
photodioda sebagai receiver. [2]
Dalam pengertian diatas dapat
disimpulkan bahwa VLC adalah teknologi yang menggunakan kemampuan LED (Light
Emitting Diode) yang termasuk ke dalam cahaya tampak sebagai media transmisi
untuk penyampaian informasi. VLC ini termasuk ke dalam teknologi Li-Fi (Light
fidelity). Light Fidelity adalah teknologi yang menggunakan sumber cahaya
sebagai media transmisi . Jenis dari Light Fidelity ada dua macam yaitu VLC dan
FSO.
VLC pada saat ini menjadi
perbincangan hangat dan mengalami perkembangan yang cukup pesat karena LED
telah lama digunakan dalam sistem komunikasi serat optik sebagai light source
selain laser. Dengan menganalisis karakteristik-karakteristik yang dimiliki
oleh LED serta kemampuannya sebagai sumber transmisi dalam sistem komunikasi
optik, dapat disimpulkan bahwa sebenarnya LED yang digunakan di ruangan bisa
menghantarkan informasi, dalam hal ini adalah informasi. Teknologi dengan
memanfaatkan LED ini yang juga dikenal dengan sistem Visible Light
Communication (VLC) tentu akan sangat bermanfaat jika dapat diimplementasikan
karena akan meningkatkan efisiensi penggunaan teknologi.
Gambar 1. Cahaya
Tampak
1.3 Kelebihan
dan Kekurangan dari VLC
§ Kelebihan dari
VLC
Adapun
kelebihan yang dimiliki VLC antara lain :
1. Memiliki kecepatan data atau bit rate berkali-kali
lipat dibandingkan Wi-Fi. Dikutip dari BBC, hasil pengujian laboratorium secara
teori membuktikan bila kecepatan Li-Fi (Termasuk VLC) bisa mencapai 224Gbps. Pengujian dilakukan di
dalam sebuah kantor, yang memungkinkan para pekerja untuk mengakses internet,
dan di sebuah ruang industrial yang menyediakan lampu-lampu pintar. Deepak
Solanik, CEO dari Velmenni mengungkapkan bahwa teknologi Li-Fi akan mulai
digunakan dalam 3 sampai 4 tahun ke depan.[3]
2. Tingkat keamanan VLC lebih baik. Hal ini dikarenakan cahaya
tidak bisa menembus dinding, maka dari itu dapat terhindar dari serangan
spoofing.
3. Tidak mengganggu sinyal radio. Hal ini sangatlah
bermanfaat untuk tempat-tempat yang sangat memiliki peralatan yang sensitive terhadap
gelomang elektromagnetik seperti pada kabin pesawat, rumah sakit dan SPBU.
4. Teknologi ini dapat digunakan untuk mengontrol kondisi lalu
lintas dengan menempatkan teknologi baru ini ke LED mobil.
§ Kelemahan
dan Tantangan dari VLC
1. Cahaya yang tidak bisa menembus dinding menjadi suatu
kelemahan pula, yang menyebabkan cakupan luas yang dapat mengakses cahaya
tersebut sempit hanya sebatas satu ruangan saja.
2. Masih belum bisa diaplikasikan pada di luar ruangan,
karena sifat dari teknologi ini adalah rentan atau sinyal akan mengalami
interferensi terhadap sinar matahari (cahaya yang lebih terang dibandingkan
dengan LED), asap dan kabut.
3.
Membutuhkan Line Of Sight (LOS). VLC yang diterapkan secara base station
pada langit-langit ruangan ini membutuhkan direct line of sight yang
sempurna untuk mengirimkan data. Direct line ini harus dilengkapi receiver khusus,
yaitu koneksi photodiode. Selain itu, perangkat tujuan tidak boleh
dipindah-pindahkan. Selain itu tantangan berat lainnya yaitu cara mengirimkan
kembali data ke pemancar secara optimal.
1.4
Komponen Utama pada VLC
1.4.1
LED (Ligt
Emitting Diode)
LED adalah sebuah
komponen elektronika yang berupa dioda yang dapat memancarkan cahaya apabila mendapat arus
listrik. LED digunakan dalam teknologi VLC karena teknologi VLC
menghasilkan pencahayaan dengan level sangat tinggi yang mana LED merupakan
sumber cahaya semikonduktor yang dapat memperkuat intensitas cahaya dan
perpindahan atau kedipan yang begitu cepat dengan memodulasi ribuan sinyal yang
tidak terlihat oleh manusia. LED ini digunakan pada sistem transceiver.
1.4.2
Photodioda
Sensor Photodioda adalah
sebuah dioda semikonduktor yang berfungsi sebagai pendeteksi cahaya, bekerja
bedasarkan cahaya yang diterima dari LED. Besarnya tegangan atau arus listrik
yang dihasilkan oleh photodioda tergantung besar kecilnya radiasi yang
dipancarkan oleh LED. Photodioda digunakan pada sistem receiver.
1.4.3
Amplifier
Rangkaian komponen elektronika yang dipakai untuk
menguatkan daya (atau tenaga secara umum). Dalam bidang audio, amplifier akan
menguatkan signal suara yaitu memperkuat signal arus (I) dan tegangan (V)
listrik dari inputnya menjadi arus listrik dan tegangan yang lebih besar (daya
lebih besar) di bagian outputnya. Besarnya penguatan ini sering dikenal dengan
istilah gain.
1.4.4
Block
Transmitter
Block transmitter pada Visible Light Cmmunication berguna
untuk mengirim informasi dari user satu ke user lainnya Proses yang terjadi di bagian transmiter ini
untuk mengubah informasi yang dikirim berasal dari suara, teks, gambar, dan
video yang kemudian dirubah menjadi sandi-sandi yang akan dikirim melalui LED
menggunakan media cahaya. Dimana di LED mendapat catuan, dan sebelum informasi
dikirim ada proses penguatan oleh amplifier agar informasi dapat sampai ke
receiver. Pada saat mengirimkan sinyal berupa cahaya, LED memancarkan cahaya
sesuai sinyal inputnya.
1.4.5
Block Receiver
Block Receiver pada Visible
Light Cmmunication berguna untuk menerima informasi dari user yang mengirim
informasi. Proses yang terjadi di bagian receiver ini untuk mengubah informasi
yang diterima oleh bagian penerima lalu akan dirrubah menjadi suara, teks,
gambar, dan video tergantung dari informasi data yang dikirim dari transmitter.
Pada bagian receiver terdapat beberapa bagian, yaitu berupa Photodioda untuk
menerima data berupa cahaya yang akan dirubah menjadi sinyal elektrik, serta
bagian blok amplifier.
1.5 Cara Kerja VLC
Cara kerja sederhana dari teknologi VLC seperti yang ditunjukkan pada
Gambar.2 yaitu sebuah alat bernama Lamp Driver akan mengkonversi data digital
ke lampu LED pintar tersebut. Sementara penerima nantinya akan dilengkapi alat
photo-detector untuk mengkonversi cahaya menjadi cahaya digital yang akan
dibaca oleh komputer.
Gambar.2 Cara Kerja dari VLC. [3]
Untuk lebih jelasnya
bisa dilihat pada Gambar.3, yaitu cara kerja dan blok diagram dari VLC. Dimana data
yang bisa dikirimkan adalah data digital, jadi jika input data adalah data analog
maka sebelumnya harus di konversi terlebih dahulu dari analog menjadi digital
dengan menggunakan Analog to Digital Converter (ADC), data digital yang masuk
akan diolah oleh LED control yang mengubah dari sinyal listrik menjadi sinyal
cahaya yang kemudian di control lalu selanjutnya akan masuk ke LED, dari LED
data akan ditransmisikan berupa cahaya yang harus line of sight dengan receiver
nya. Pada sisi receiver cahaya diubah menjadi sinyal listrik oleh photodioda
dimana pada alat ini mempunyai filter yang berfungsi untuk mengurangi noise
yang ada, selanjutnya informasi tersebut di konversi kembali ke data analog dengan
menggunakan Digital to Analog Converter (DAC).
Gambar
3. Blok Diagram Sistem Kerja VLC. [3]
1.6 Alasan
Mengapa VLC Memiliki Bitrate yang Tinggi.
Lalu bagaimana VLC
bisa mentransmisikan data yang lebih besar dibandingkan Wi-Fi? karena jenis LED
yang merupakan semikonduktor punya sifat berbeda dari jenis lampu lain. Dengan
sifat dan ciri-ciri seperti ini membuat LED mampu untuk beralih on dan off
dalam beberapa nanodetik atau miliar detik.
Nanodetik ini
jika dikonversikan dalam kecepatan data setara dengan 1 Gbits/s. Maka dari itu
saat Wi-Fi hanya bisa mencapai 100 Mbits/s kecepatan data maka ini artinya
Li-Fi memiliki kecepatan 10 kali lebih cepat dari Wi-Fi.
Bila melihat
teori spektrum lampu cahaya terlihat, kemampuanya 10.000 lebih besar
dibandingkan spektrum gelombang radio yang digunakan pada Wi-Fi.
Gambar 4.Infra red VS Visible Light. [3]
Contoh sederhana
yang bisa dirasakan sekarang adalah cahaya infra-merah tak terlihat pada remot
TV mampu mentransmisikan data kurang dari 1.000 bps. Sedangkan lampu LED pintar
masa kini (visble light) mampu mentransmisikan data yang lebih dari cukup untuk
membuat koneksi yang stabil, tapi tetap terlihat seperti cahaya lampu pada
umumnya.
1.7 Jarak Maksimum VLC
Data rate VLC
tergantung pada LED modulasi bandwidth dan standardisasi spesifikasi lapisan
fisik belum dipublikasikan. Beberapa penelitian telah mencapai sekitar 20 Mb/s.
Karena LED resonansi-rongga menunjukkan modulasi bandwidth yang> 100 Mb/s,
diharapkan bahwa sistem VLC dengan> 100 Mb / s data laju dimungkinkan dengan
menggunakan LED kecepatan tinggi dan teknik multiplexing yang tepat. Jarak
transmisi untuk VLC adalah mungkin hingga beberapa meter karena kebutuhan
pencahayaan nya. Karena komunikasi inframerah digunakan untuk remote kontrol,
jarak maksimum adalah ~ 3 meter. [4]
2. Modulator Optik
Dalam
teknologi VLC pastilah membutuhkan sebuah modulator, dimana modulator sendiri memiliki
fungsi untuk memodulasi cahaya dengan cara mengubah-ubah amplitude, frekuensi,
fasa, atau intensitas cahaya sehingga mampu membawa sinyal info. Berdasarkan
tempat terjadinya modulasi, ada 2 macam modulasi optik, sehingga dengan
sendirinya ada 2 macam modulator, yaitu modulator internal (internal modulator)
dan modulator eksternal (external modulator). Modulator internal memodulasi
cahaya di dalam perangkat sumber cahayanya, sedangkan modulator eksternal
memodulasi cahaya di luar perangkat sumber cahayanya. Berdasarkan interaksi
antara sinyal masukan dengan media interaksi optik, maka terdapat tiga jenis
modulator ekstern yaitu elektro-optik, magneto-optik, dan akusto-optik.
2.1
Keunggulan
Modulator Optik
§ Teknik modulasi optik
mempunyai beberapa kelebihan
dibandingkan teknik modulasi konvensional
yang menggunakan sinyal elektrik sebagai sinyal pembawa informasi.
§ Selain,
ketahanannya terhadap derau yang sangat tinggi karena sinyal tidak dapat dipengaruhi oleh medan elektromagnetik, kecepatan pengiriman sinyal atau bitrate yang mencapai ratusan gigabit per detik juga
menjadi keunggulan tersendiri.
2.2
Klasifikasi
Modulator Optik
Secara
umum, modulator optik dibagi menjadi eksternal modulator dan internal modulator.
2.2.1. Eksternal Modulation
Eksternal
modulator berfungsi untuk memodulasi
cahaya di luar perangkat sumber cahayanya. Pada alat ini Modulasi dan light generation
terpisah. Selain itu alat ini menawarkan bandwith yang lebar hingga 60 GHz, namun
untuk implementasinya memiliki rangkaian yang kompleks dan mahal.
A. Modulator
Elektro-Optik
Modulator
eksternal elektro-optik adalah modulator yang memanfaatkan interaksi sinyal
elektrik dengan media interaksi. Interaksi yang terjadi pada elektro-optik ini
adalah terjadinya perubahan indek bias media interaksi akibat pengaruh medan
elektrik yang diberikan kepada media interaksi tersebut. Jika medan elektrik
diberikan kepada media interaksi optik maka distribusi elektron pada media
interaksi akan terdistorsi dan terpolarisasi sehingga menyebabkan indeks bias
media interaksi berubah secara isotropik sehingga akan mengubah karakteristik
pandu gelombang optik atau karakteristik media interaksi. Dengan berubahnya
karakteristik tersebut maka mode perambatan berkas akan berubah baik berupa perubahan
fasa ataupun panjang gelombang. Pengaruh medan elektrik pada perubahan indeks
bias media interaksi menghasilkan dua macam interaksi elektro-optik yaitu :
Efek Pockels yang merupakan efek linier elektro-optik pada media interaksi zat
padat. Efek Kerr yang merupakan efek kuadrat elektro-optik pada media interaksi
yang umumnya berupa zat cair.
a. Modulator
Mach Zehnder
Mach
Zehnder merupakan jenis modulator eksternal elektro-optik, modulator ini
bekerja mempengaruhi berkas cahaya yang melintas dengan menggunakan medan
elektromagnetik tertentu yang dihasilkan oleh pulsa-pulsa listrik. Atau dengan
kata lain modulator ini bekerja berdasarkan prinsip perpaduan (interfering) dua
berkas cahaya koheren yang menghasilkan pola garis-garis cahaya (fringe) sesuai
dengan besarnya beda fasa antara dua berkas cahaya tadi. Gambar dibawah adalah
skema dasar Interferometer Mach Zehnder. Pada gambar tersebut nampak jelas cara
kerja alat jika dilihat dari arah rambatan cahayanya
Gambar
4. Interface Mach Zehnder
Keterangan
:
S
= sumber berkas
P
= titik fokus lensa L2
W1,W2,W3
= muka gelombang optik
L1
dan L2 = lensa kolimator
D1
dan D2 = media semi pantul
M1
dan M2 = cermin pemantul
Perbedaan
fasa yang terjadi bisa disebabkan dua hal, yaitu perbedaan fasa karena
pemantulan atau perbedaan karena lintasan. Pada kasus ini perbedaan fasa yang
ditimbulkan disebabkan karena perbedaan lintasan yang ditempuh kedua berkas
sinar. Perbedaan fasa akibat pantulan tidak terjadi di sini, karena terjadinya
pantulan pada masing-masing berkas sinar sama, yaitu tiap berkas sama-sama
mengalami dua kali pemantulan. Beda fasa antara dua berkas cahaya pada titik P
dapat dinyatakan dalam persamaan beda phasa (a) dibawah ini :
dimana
:
h
= adalah selisih jarak antara dua berkas
cahaya dalam interferometer.
N
= adalah indeks bias medium perambatan
optik.
Pada
titik P, tempat bertemunya dua berkas cahaya tadi, akan terjadi pola dengan
titik pusat (fringe) terang jika :
dan
fringe gelap jika :
Bila diturunkan
rumus beda fasa di atas, maka akan diperoleh :
Dari
penurunan persamaan di atas, seperti yang ditunjukkan oleh persamaan beda fasa
(a) terlihat bahwa perubahan fasa tergantung pada perubahan indeks bias n dan
perubahan jarak h akibat pergeseran posisi keempat komponen optik yaitu L1, L2,
M1, M2. Perubahan fasa tersebut berbanding lurus dengan perubahan kedua
parameter tadi. Selain itu, muncul konstanta yang membuat beda fasa tidak
menjadi nol bila tidak ada perubahan indeks bias atau perubahan jarak lintasan.
Sedangkan pada persamaan beda fasa b menunjukkan pengaruh jarak dalam perubahan
fasa dan persamaan beda fasa c menunjukkan hal serupa untuk indeks bias medium
perambatan. Berdasarkan gambar model prisma di atas, redaman yang dialami berkas
cahaya pada interferometer Mach Zehnder terjadi saat melewati medium udara,
media semi pantul (D1 dan D2), lensa kolimator (L1 dan L2). Berkas diserap
udara dan lensa-lensa tersebut kemudian berubah menjadi bentuk lain baik berupa
panas maupun hamburan berkas. Timbulnya redaman tersebut tak dapat diperkirakan
besarnya tergantung karakteristik lensa-lensa dan juga medium udara di sekitar
interferometer.
B. Modulator
Akusto-Optik
Suatu
modulator eksernal acousto-optik (AOM), juga disebut sel Bragg, modulator ini
menggunakan efek acousto-optik untuk pelenturkan dan pergeseran frekuensi
cahaya menggunakan gelombang suara (biasanya di radio-frekuensi). Modulator ini
digunakan dalam laser untuk Q-switching, dalam telekomunikasi untuk modulasi
sinyal, dan dalam spektroskopi untuk kontrol frekuensi. Sebuah transduser
piezoelektrik terpasang pada material seperti kaca. Sebuah drive sinyal listrik
yang berosilasi agar transduser bergetar, yang menciptakan gelombang suara di
kaca. Ini dapat dianggap sebagai perpindahan pesawat periodik ekspansi dan kompresi
yang mengubah indeks bias. Sifat-sifat cahaya keluar AOM dapat dikontrol dalam
lima cara:
1.
Defleksi
Sebuah
berkas difraksi yang muncul pada sudut θ yang tergantung pada panjang gelombang
cahaya λ relatif terhadap panjang gelombang dari suara Λ.
dalam rezim Bragg dan
dengan
cahaya: normal terhadap gelombang suara, di mana m = ..., -2, -1, 0, 1, 2, ...
adalah urutan difraksi. Difraksi dari modulasi sinusoidal dalam kristal tipis
hanya menghasilkan m = -1, 0, 1 difraksi perintah. Difraksi dalam kristal
mengalir ketebalan medium menyebabkan difraksi perintah yang lebih tinggi.
Dalam kristal tebal dengan modulasi lemah, hanya perintah phasematched adalah
difraksi, ini disebut difraksi Bragg. Defleksi sudut dapat berkisar 1-5000
lebar balok (jumlah bintik-bintik diatasi). Akibatnya, lendutan yang ada
biasanya terbatas pada puluhan milliradians.
2.
Intensitas
Jumlah cahaya difraksi oleh gelombang suara
tergantung pada intensitas suara. Oleh karena itu, intensitas suara dapat
digunakan untuk mengatur intensitas cahaya dalam berkas difraksi. Biasanya,
intensitas yang difraksi menjadi m = 0 agar dapat bervariasi antara 15% sampai
99% dari intensitas cahaya masukan. Demikian pula, intensitas order m = 1 dapat
bervariasi antara 0% dan 80%.
3.
Frekuensi
Satu
perbedaan dari difraksi Bragg adalah bahwa cahaya adalah hamburan dari pesawat
bergerak. Konsekuensi dari hal ini adalah frekuensi f berkas difraksi dalam m
ketertiban akan Doppler-bergeser dengan jumlah yang sama dengan frekuensi
gelombang suara F.
Pergeseran
frekuensi juga dibutuhkan oleh fakta bahwa energi dan momentum (dari foton dan
fonon) yang kekal dalam proses. Pergeseran frekuensi yang khas bervariasi dari
27 MHz, untuk AOM lebih murah, sampai 400 MHz, untuk perangkat komersial
negara-of-the-art. Dalam beberapa AOMs, dua gelombang akustik perjalanan di
arah yang berlawanan dalam materi, menciptakan sebuah gelombang berdiri.
Difraksi dari gelombang berdiri tidak pergeseran frekuensi cahaya difraksi.
4. Polarisasi
Kesegarisan
akustik gelombang transversal atau gelombang longitudinal tegak lurus dapat
mengubah polarisasi. Gelombang akustik menginduksi fase
pergeseran-birefringent, seperti dalam sel Pockels. Filter merdu acousto-optik,
terutama dazzler, yang dapat menghasilkan bentuk pulsa variabel, didasarkan
pada prinsip ini [1].
Acousto-optic
modulator jauh lebih cepat daripada perangkat mekanik khas seperti cermin yang
dapat dimiringkan. Waktu yang diperlukan AOM untuk menggeser balok keluar dari
dalam secara kasar terbatas pada waktu transit dari gelombang suara di balok
(biasanya 5-100 nanodetik). Hal ini cukup cepat untuk menciptakan modelocking
aktif dalam laser ultrafast. Ketika kontrol lebih cepat adalah modulator
elektro-optik perlu digunakan. Namun, ini membutuhkan tegangan yang sangat
tinggi (misalnya 10 kilovolts), sedangkan AOMs menawarkan jangkauan lebih
lendutan, desain sederhana, dan konsumsi daya rendah (kurang dari 3 watt).
Sebuah
modulator acousto-optic terdiri dari transduser piezoelektrik yang menciptakan
gelombang suara dalam bahan seperti gelas atau kuarsa. Sebuah berkas difraksi
cahaya dalam beberapa perintah. Dengan bergetar material dengan sinusoida murni
dan miring AOM gelombang sehingga cahaya ini tercermin dari suara datar ke
difraksi orde pertama, hingga 90% defleksi efisiensi dapat dicapai.
C.
Modulator Magneto-Optik
Sebuah
modulator cahaya magneto-optik spasial (MOSLM) adalah sebuah perangkat
programmable real-time untuk modulasi amplitudo dan / atau fase dari sinyal
optik dua dimensi pada kecepatan tinggi. Baru-baru ini, kami mengembangkan
tegangan dorong bagi refleksi MOSLM dengan kristal jenis satu dimensi magneto-fotonik
(MPC) struktur. The MOSLM didorong oleh tegangan dari film substrate. Untuk
efek piezoelektrik tinggi, film substrate disimpan pada layer refleksi
dilakukan dengan perlakuan panas. Oleh karena itu, untuk efisiensi optik
tinggi, lapisan refleksi dalam tipe refleksi MPC harus memiliki ketahanan panas
yang tinggi.
Sebuah
modulator cahaya magneto-optik spasial (MOSLM) adalah dua dimensi elektrik SLM
(spatial light modulator) berdasarkan pada efek magneto-optik yang dikenal
sebagai efek Faraday. Efek Faraday adalah properti dari beberapa bahan
transparan yang menyebabkan rotasi polarisasi cahaya melintasi melalui zat
seperti ketika material terkena medan magnet. Sebuah MOSLM terdiri dari kotak
persegi magnetis mesas bistable (piksel) yang dapat digunakan untuk memodulasi
insiden cahaya terpolarisasi oleh efek Faraday. Keadaan setiap pixel dapat
diaktifkan secara elektrik sehingga pola objek dapat ditulis ke dalam SLM
menggunakan komputer. Dengan demikian, perangkat dapat berfungsi sebagai SLM
yang dapat diprogram.
Struktur
dasar dari MOSLM adalah sebuah bismut-doping film, magnetik besi-garnic film
epitaxially yang diletakkan di atas substrat, kristal garnet transparan non
magnetik. Film ini kemudian terukir di kotak persegi mesas magnetis bistable,
dan garis drive sekarang didepositkan di antara mereka. Perangkat yang
dihasilkan adalah matriks n x n pixel, seperti digambarkan pada gambar dibawah.
Ketika
cahaya terpolarisasi linier terjadi pada perangkat, sumbu polarisasi cahaya
ditransmisikan akan diputar 45 derajat searah jarum jam untuk keadaan magnetik.
Bidang polarisasi diputar 45 derajat berlawanan arah jarum magnet bagi negara
sebaliknya, seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah. Keadaan magnetisasi
sebuah piksel dapat diubah dengan mengirimkan arus listrik untuk dua garis
berdampingan. Sebuah analyzer dapat mengubah rotasi polarisasi ke format output
berguna. Jika analisa ini ditetapkan pada arah membuat sudut 45 derajat dengan
sumbu polarisasi asli, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini, hanya
berlawanan arah jarum jam diputar cahaya dapat melewati analyzer tersebut. Jadi
modulasi intensitas atau kecerahan sinar insiden akan diperoleh. Atau, sumbu
analyzer dapat diatur tegak lurus dengan yang polarizer itu. Dalam hal ini, cahaya
balok melewati magnet piksel di negara-negara yang berbeda akan memiliki
amplitudo output sama tapi akan polarisasi arah yang berlawanan. Dengan kata
lain, output dari magnet piksel dengan negara-negara yang berbeda memiliki
perbedaan fasa 180 derajat, yang diinginkan untuk aplikasi tertentu pemrosesan
sinyal optik.
Sebagai
keadaan magnetisasi zat yang stabil, pada MOSLM memiliki kapasitas penyimpanan.
Keadaan diaktifkan melalui arus listrik. Arus ini dapat menghasilkan panas,
karena kerugian ohmik, yang membatasi kinerja MOSLM. Kecepatan switching dari
domain magnetik itu sendiri dalam perangkat tersebut dapat sangat cepat,
umumnya urutan puluhan nanodetik. Saat ini, 256 x 256 piksel MOSLM tersedia
secara komersial. Jarak 70m, kecepatan
frame ke pusat-pusat antara piksel biasanya sekitar 100-300 Hz, dan rasio
kontras 300:1 pada panjang gelombang 633 nm. Kekurangan utama dari MOSLM adalah
transmitansi yang rendah, yang hanya sekitar 5% untuk kebanyakan panjang
gelombang laser. [5]
3.1.2 Internal Modulator
Ada
dua sumber cahaya yang dikenal dalam komunikasi optik: Light Emitting Diode
(LED) dan Illuminating Laser Diode (ILD) yang lebih sering disebut laser.
Perbandingan karakteristik LED dan LASER:
A. Light
Emitting Diode (LED):
1. Daya optik
keluaran rendah.
2. Penguatan
cahaya tidak ada.
3. Stabil
terhadap suhu.
4. Disipasi
panas kecil.
5. Arus pacu
kecil.
6. Lifetime
lebih sedikit.
7. Tidak
compatible dengan fiber optik single mode sehingga tidak cocok untuk komunikasi
jarak jauh (long haul).
B. Light
Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER):
1. Daya optik
keluaran besar.
2. Terdapat
penguatan cahaya.
3. Kurang stabil
terhadap suhu.
4. Disipasi
panas besar.
5. Arus pacu
besar.
6. Lifetime
lebih lama.
7. Kompatible
dengan fiber optik jenis single mode sehingga sangat cocok digunakan untuk
komunikasi jarak jauh.
Dari
perbandingan karakteristik di atas, maka diperoleh bahwa LASER mempunyai
kriteria yang lebih baik dan lebih cocok untuk sistem yang digunakan daripada
LED sebagai sumber cahaya.
Indirect modulation
digunakan untuk sistem transmisi jarak jauh atau sistem transmisi dengan bit
rate tinggi. Pada Indirect modulation, sumber optis memancar secara kontinyu
dan perepresentasian data sinyal dilakukan dengan perangkat modulator
eksternal. Tergantung pada sifat bahan yang digunakan untuk memodulasi sinyal,
Indirect modulation dibagi menjadi
absorptive modulator dan refractive modulator.[5]
3. Multiplexing Optik
Multiplexing
adalah teknik
menggabungkan beberapa sinyal untuk dikirimkan secara bersamaan pada suatu
kanal transmisi. Dimana perangkat yang melakukan Multiplexing disebut
Multiplexer atau disebut juga dengan istilah Transceiver / Mux. Dan untuk di
sisi penerima, gabungan sinyal-sinyal itu akan kembali di pisahkan sesuai
dengan tujuan masing – masing. Proses ini disebut dengan Demultiplexing.
Receiver atau perangkat yang melakukan Demultiplexing disebut dengan
demultiplexer atau disebut juga dengan istilah Demux.[6]
3.1 Tujuan Muliplexing
Meningkatkan effisiensi penggunaan
bandwidth / kapasitas saluran transmisi dengan cara berbagi akses bersama.
3.2 Jenis Teknik Multiplexing
A. Time Division Multiplexing (TDM) :
Secara umum TDM menerapkan prinsip
pemnggiliran waktu pemakaian saluran transmisi dengan Secara umum TDM
menerapkan prinsip pemnggiliran waktu pemakaian saluran transmisi dengan mengalokasikan
satu slot waktu (time slot) bagi setiap pemakai saluran (user). TDM yaitu
Terminal atau channel pemakaian bersama-sama kabel yang cepat dengan setiap channel
membutuhkan waktu tertentu secara bergiliran (round-robin time-slicing).
Biasanya waktu tersebut cukup digunakan untuk menghantar satu bit
(kadang-kadang dipanggil bit interleaving) dari setiap channel secara
bergiliran atau cukup untuk menghantar satu karakter (kadang-kadang dipanggil
character interleaving atau byte interleaving). Menggunakan metoda character
interleaving, multiplexer akan mengambil satu karakter (jajaran bitnya) dari
setiap channel secara bergiliran dan meletakkan pada kabel yang dipakai
bersamasama sehingga sampai ke ujung multiplexer untuk dipisahkan kembali melalui
port masing-masing. Menggunakan metoda bit interleaving, multiplexer akan
mengambil satu bit dari setiap cannel secara bergiliran dan meletakkan pada
kabel yang dipakai sehingga sampai ke ujung multiplexer untuk dipisahkan kembali
melalui port masing-masing. Jika ada channel yang tidak ada data untuk
dihantar, TDM tetap menggunakan waktu untuk cannel yang ada (tidak ada data
yang dihantar), ini merugikan penggunaan kabel secara maksimun. Kelebihanya
adalah karena teknik ini tidak memerlukan guardband jadi bandwidth dapat
digunakan sepenuhnya dan perlaksanaan teknik ini tidak sekompleks teknik FDM.
Teknik TDM terdiri atas :
§ Synchronous
TDM.
Hubungan
antara sisi pengirim dan sisi penerima dalam komunikasi data yang menerapkan
teknik Synchronous TDM dijelaskan secara skematik pada gambar
Gambar 5. Synchronous TDM
§ Asynchronous
TDM
Untuk mengoptimalkan penggunaan saluran dengan cara menghindari adanya
slot waktu yang kosong akibat tidak adanya data ( atau tidak aktif-nya
pengguna) pada saat sampling setiap input line, maka pada Asynchronous TDM
proses sampling hanya dilakukan untuk input line yang aktif saja. Konsekuensi
dari hal tersebut adalah perlunya menambahkan informasi kepemilikan data pada setiap
slot waktu berupa identitas pengguna atau identitas input line yang
bersangkutan. Penambahan informasi pada setiap slot waktu yang dikirim
merupakan overhead pada Asynchronous TDM. Gambar di bawah ini menyajikan contoh
ilustrasi yang sama dengan gambar Ilustrasi hasil sampling dari input line jika
ditransmisikan dengan Asynchronous TDM.
Gambar 6. Frame Asynchronus
TDM
B. Frequency Division Multiplexing
(FDM)
Prinsip dari FDM
adalah pembagian bandwidth saluran transmisi atas sejumlah kanal (dengan lebar pita
frekuensi yang sama atau berbeda) dimana masing-masing kanal dialokasikan ke
pasangan entitas yang berkomunikasi. Contoh aplikasi FDM ini yang polpuler pada
saat ini adalah Jaringan Komunikasi Seluler, seperti GSM ( Global System
Mobile) yang dapat menjangkau jarak 100 m s/d 35 km. FDM yaitu pemakaian secara
bersama kabel yang mempunyai bandwidth yang tinggi terhadap beberapa frekuensi
(setiap channel akan menggunakan frekuensi yang berbeda). Contoh metoda multiplexer
ini dapat dilihat pada kabel coaxial TV, dimana beberapa channel TV terdapat
beberapa
chanel, dan kita hanya perlu tunner
(pengatur channel) untuk gelombang yang dikehendaki. Pada teknik FDM, tidak
perlu ada MODEM karena multiplexer juga bertindak sebagai modem (membuat permodulatan
terhadap data digital). [6]
Kelemahan Modem
disatukan dengan multiplexer adalah sulitnya meng-upgrade ke komponen yang lebih
maju dan mempunyai kecepatan yang lebih tinggi (seperti teknik permodulatan
modem yang begitu cepat meningkat).
Kelemahannya adalah jika ada channel
(terminal) yang tidak menghantar data, frekuensi yang dikhususkan untuk membawa
data pada channel tersebut tidak tergunakan dan ini merugikandan juga harganya
agak mahal dari segi pemakaian (terutama dibandingkan dengan TDM) kerana setiap
channel harus disediakan frekuensinya. Kelemahan lain adalah kerana bandwidth
jalur atau media yang dipakai bersama-sama tidak dapat
digunakan sepenuhnya, kerana sebagian
dari frekuensi terpaksa digunakan untuk memisahkan antara frekuensi
channelchannel yang ada. Frekuensi pemisah ini dipanggil guardband.
Gambar 7. FDM
Pengalokasian
kanal (channel) ke pasangan entitas yang berkomunikasi diilustrasikan pada
gambar dibawah ini :
Gambar.8 Contoh penerapan FDM
dengan 4 pengguna
C. Code Division Multiplexing (CDM)
Code Division
Multiplexing (CDM) dirancang untuk menanggulangi kelemahankelemahan yang dimiliki
oleh teknik multiplexing sebelumnya, yakni TDM dan FDM.. Contoh aplikasinya
pada saat ini adalah jaringan komunikasi seluler CDMA (Flexi) Prinsip kerja
dari CDM adalah sebagai berikut :
1. Kepada setiap entitas pengguna
diberikan suatu kode unik (dengan panjang 64 bit) yang disebut chip spreading
code.
2. Untuk pengiriman bit ‘1’,
digunakan representasi kode (chip spreading code) tersebut.
3. Sedangkan untuk pengiriman bit
‘0’, yang digunakan adalah inverse dari kode tersebut.
4. Pada saluran transmisi, kode-kode
unik yang dikirim oleh sejumlah pengguna akan ditransmisikan dalam bentuk hasil
penjumlahan (sum) dari kode-kode tersebut.
5. Di sisi penerima, sinyal hasil
penjumlahan kode-kode tersebut akan dikalikan dengan kode unik dari si pengirim
(chip spreading code) untuk diinterpretasikan.
D. Wavelength Division Multiplexing
(WDM).
Teknik
multiplexing ini digunakan pada transmisi data melalui serat optik (optical
fiber) dimana sinyal yang ditransmisikan berupa sinar. Pada WDM prinsip yang
diterapkan mirip seperti pada FDM, hanya dengan cara pembedaan panjang
gelombang (wavelength) sinar. Sejumlah berkas sinar dengan panjang gelombang
berbeda ditransmisikan secara simultan melalui serat optik yang sama (dari
jenis Multi mode optical fiber).
Gambar 9. Wavelenght Division
Multiplexing.
E. Optical code Division
Multiplexing.
Prinsip yang
digunakan pada ODM serupa dengan CDM, hanya dalam hal ini yang dikode adalah berupa
sinyal analog (sinar) dengan pola tertentu. Sejumlah berkas sinar dengan pola
sinyal berbeda ditransmisikan melalui serat optik dengan menggunakan prinsip
TDM (berupa temporalspectral signal structure). Di sisi penerima setiap berkas
sinar tersebut akan diinterpretasi untuk setiap pasangan pengguna untuk
memperoleh kembali data yang dikode tersebut dengan cara mengenali terlebih
dahulu pola sinyal yang digunakan.
DAFTAR REFERENSI
|
[1]
|
Yulian, Didin,
"Perancangan dan Implementasi Perangkat Visible
Light Communication sebagai Tranceiver Video", Jurnal, Teknik Elektro
Telekomunikasi Terapan, Telkom University, Bandung, Indonesia, 2015.
|
|
[2]
|
Yudhabrama, Menggala. "Perancangan dan Analisis
Pengiriman Data Digital Berbasis Visible Light Communcation", Skripsi, Teknik
Elektro Telekomunikasi, Telkom University, Bandung, Indonesia, 2017.
|
|
[3]
|
Tech In Asia. (2015, 30 November). Li-Fi, Teknologi Lampu
yang Mampu Mengirim Data 100 Kali Lebih Cepat Dibandingkan Wi-Fi. Diperoleh 18
Oktober 2017, dari https://id.techinasia.com/li-fi-masa-depan-teknologi-komunikasi-nirkabel
|
|
[4]
|
Amiruddin, " Implementasi
Sistem Komunikasi Video Menggunakan VLC", Makalah, Teknik ELektro, Mercu Buana, Indonesia, 2015.
|
|
[5]
|
Taufiq, Firman. "Modulator Optik",
Fakultas Matematika dan Ilmu Trerapan, Universitas Padjajaran, Bandung,
Indonesia
|
|
[6]
|
Wahyuni Tri. "Multiplexing", Fakultas Elektro, Universitas Gunadarma,
Jakarta, Indonesia, 2015
|
Comments
Post a Comment