SKRIPSI ANALISIS PENGARUH VARIASI PANJANG GELOMBANG LIGHT EMITTING DIODE PADA SISTEM KOMUNIKASI INDOOR LIGHT FIDELITY

(1)

SKRIPSI

ANALISIS PENGARUH VARIASI PANJANG GELOMBANG LIGHT EMITTING DIODE PADA SISTEM KOMUNIKASI

INDOOR LIGHT FIDELITY

ANALYSIS OF THE LIGHT EMITTING DIODE WAVELENGTH VARIATION ON INDOOR LIGHT FIDELITY

COMMUNICATION SYSTEM

Disusun oleh

ASTARI MINARTI 16101007

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK TELEKOMUNIKASI FAKULTAS TEKNIK TELEKOMUNIKASI DAN ELEKTRO

INSTITUT TEKNOLOGI TELKOM PURWOKERTO

2020

(2)

(3)

SKRIPSI

ANALISIS PENGARUH VARIASI PANJANG GELOMBANG LIGHT EMITTING DIODE PADA SISTEM KOMUNIKASI

INDOOR LIGHT FIDELITY

ANALYSIS OF THE LIGHT EMITTING DIODE WAVELENGTH VARIATION ON INDOOR LIGHT FIDELITY

COMMUNICATION SYSTEM

Disusun oleh

ASTARI MINARTI 16101007

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK TELEKOMUNIKASI FAKULTAS TEKNIK TELEKOMUNIKASI DAN ELEKTRO

INSTITUT TEKNOLOGI TELKOM PURWOKERTO

2020

(4)

ANALISIS PENGARUH VARIASI PANJANG GELOMBANG LIGHT EMITTING DIODE PADA SISTEM KOMUNIKASI

INDOOR LIGHT FIDELITY

ANALYSIS OF THE LIGHT EMITTING DIODE WAVELENGTH VARIATION ON INDOOR LIGHT FIDELITY

COMMUNICATION SYSTEM

Skripsi ini digunakan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Sarjana Teknik (S.T.)

Di Institut Teknologi Telkom Purwokerto 2020

Disusun oleh

Astari Minarti 16101007

DOSEN PEMBIMBING

Fauza Khair, S.T., M.Eng.

Dodi Zulherman, S.T., M.T.

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK TELEKOMUNIKASI

FAKULTAS TEKNIK TELEKOMUNIKASI DAN ELEKTRO

(5)

HALAMAN PENGESAHAN

ANALISIS PENGARUH VARIASI PANJANG GELOMBANG LIGHT EMITTING DIODEPADA SISTEM KOMUNIKASI INDOOR LIGHT

FIDELITY

ANALYSIS OF THE LIGHT EMITTING DIODE WAVELENGTH VARIATION ON INDOOR LIGHT FIDELITY COMMUNICATION SYSTEM

Disusun oleh ASTARI MINARTI

16101007

Telah dipertanggungjawabkan di hadapan Tim Penguji pada tanggal ……..

Susunan Tim Penguji

Pembimbing Utama : Fauza Khair, S.T., M.Eng. ( )

NIDN.0622039001

Pembimbing Pendamping : Dodi Zulherman, S.T., M.T. ( ) NIDN.0617078703

Penguji 1 : ( )

NIDN.

Penguji 2 : ( )

NIDN.

Mengetahui,

Ketua Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi Institut Teknologi Telkom Purwokerto

Herryawan Pujiharsono, S.T., M.Eng NIDN.0617068801

(6)

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Dengan ini saya, ASTARI MINARTI, menyatakan bahwa skripsi dengan judul

“ANALISIS PENGARUH VARIASI PANJANG GELOMBANG LIGHT EMITTING DIODE PADA SISTEM KOMUNIKASI INDOOR LIGHT FIDELITY” adalah benar-benar karya saya sendiri. Saya tidak melakukan penjiplakan kecuali melalui pengutipan sesuai dengan etika keilmuan yang berlaku. Saya bersedia menanggung risiko ataupun sanksi yang dijatuhkan kepada saya apabila ditemukan pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam skripsi saya ini.

Purwokerto, 6 Agustus 2020 Yang menyatakan,

Ttd bermaterai 6000

(Astari Minarti)

(7)

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan kasih sayang-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Analisis Pengaruh Variasi Panjang Gelombang Light Emitting Diode pada Sistem Komunikasi Indoor Light Fidelity dengan tepat waktu.

Penulisan skripsi ini dilakukan guna memenuhi salah satu syarat dalam ujian sarjana Teknik Telekomunikasi pada Fakultas Teknik Telekomunikasi dan Elektro Institut Teknologi Telkom Purwokerto.

Dalam penyusunan skripsi ini, banyak pihak yang sangat membantu penulis dalam berbagai hal. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih kepada :

1.Orang tua dan anggota keluarga yang telah memberikan dukungan berupa doa, motivasi, semangat dan material selama proses pengerjaan skripsi.

2.Bapak Fauza Khair, S.T.,M.Eng. selaku pembimbing I yang bersedia meluangkan waktu dan membimbing saya dalam proses pengerjaan skipsi ini.

3.Bapak Dodi Zulherman, S.T.,M.T. selaku pembimbing II yang memberikan motivasi serta membimbing saya dalam proses pengerjaan skripsi.

4. Nurina, Nindyaelba, Luthfi, Yandi, dan Ega yang telah memberikan semangat dan motivasi pada saat penulis mengalami hambatan dalam pengerjaan skripsi.

5. Brayan Raynaldi yang selalu bersedia meluangkan waktu, memberikan motivasi dan dukungan kepada penulis dalam penulisan skripsi ini.

6. Teman-teman Kelas A S1 Teknik Telekomunikasi 2016.

7. Serta semua pihak yang telah memberikan dukungan dan semangat kepada penulis.

Purwokerto, Agustus 2020

(Astari Minarti )

(8)

ABSTRAK

Dengan kemajuan teknologi dan jumlah pengguna yang terus bertambah, spektrum gelombang radio tidak dapat memenuhi kebutuhan. Untuk mengatasi skalabilitas, ketersediaan dan keamanan diciptakan konsep mentransmisikan data secara nirkabel melalui cahaya menggunakan LED, yaitu Light Fidelity (Li-Fi).

Li-Fi memiliki rentang penggunaan cahaya tampak antara 400 nm sampai 700 nm.

Penelitian dilakukan dengan menggunakan simulasi sebagai media untuk menganalisis unjuk kerja dari sistem Li-Fi berdasarkan panjang gelombang 400 nm sampai 700 nm dan jarak 0,5 meter sampai 12 meter dengan variasi irradiance angle 20 deg dan 40 deg serta incidence angle 20 deg dan 40 deg. Panjang gelombang LED tidak berpengaruh secara signifikan terhadap daya optis OPM Post Filter, SNR dan BER sebagai parameter uji yang digunakan. Penggunaan irradiance angle dan incidence angle 20 deg dapat bekerja hingga jarak 6,5 meter dengan nilai SNR 14,2 dB sedangkan penggunaan irradiance angle dan incidence angle 40 deg dapat bekerja hingga jarak 5,5 meter dengan nilai SNR 13,6 dB.

Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa nilai panjang gelombang yang digunakan tidak mempengaruhi unjuk kerja dan semua panjang gelombang seperti 400 nm, 470 nm, 550 nm, 570 nm, 620 nm dan 700 nm dapat digunakan untuk sistem komunikasi optik pada Li-Fi.

Kata Kunci: Light Fidelity (Li-Fi), panjang gelombang, daya optis OPM, SNR, BER

(9)

ABSTRACT

With advances in technology and the number of users who continue to grow, the radio wave spectrum cannot meet demand. To overcome scalability, availability and security, the concept of wireless data transmission through light using an LED was created, namely Light Fidelity (Li-Fi). Li-Fi has a range of use of visible light between 400 nm to 700 nm. The research was conducted by using simulation as a medium to analyze the performance of a Li-Fi system based on a wavelength of 400 nm to 700 nm and a distance of 0.5 meters to 12 meters with variations in irradiance angle of 20 deg and 40 deg and incidence angle of 20 deg and 40 deg. . The LED wavelength did not significantly affect the optical power of the OPM Post Filter, SNR and BER as the test parameters used. The use of 20 deg irradiance angle and incidence angle can work up to a distance of 6.5 meters with an SNR value of 14.2 dB while the use of 40 deg irradiance angle and incidence angle can work up to a distance of 5.5 meters with an SNR value of 13.6 dB. The results of this study indicate that the value of the wavelength used does not affect performance and all wavelengths such as 400 nm, 470 nm, 550 nm, 570 nm, 620 nm and 700 nm can be used for optical communication systems on Li-Fi.

Keywords: Light Fidelity (Li-Fi), wavelength, optical power OPM, SNR, BER

(10)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL...ii

HALAMAN PENGESAHAN...iv

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS... v

PRAKATA...vi

ABSTRAK... vii

ABSTRACT...viii

DAFTAR ISI...ix

DAFTAR GAMBAR...xii

DAFTAR TABEL... xiii

BAB 1 PENDAHULUAN... 1

1.1 LATAR BELAKANG... 1

1.2 RUMUSAN MASALAH... 2

1.3 BATASAN MASALAH... 2

1.4 TUJUAN...3

1.5 MANFAAT...3

1.6 SISTEMATIKA PENULISAN...4

BAB 2 DASAR TEORI...5

2.1 TINJAUAN PUSTAKA... 5

2.2 DASAR TEORI... 6

2.2.1 Pengertian Visible Light Communication (VLC)...6

2.3 LIGHTFIDELITY(L^I-F^I)... 8

2.3.1 Cara Kerja Light Fidelity (Li-Fi)...8

2.3.2 Perbandingan Teknologi Li-Fi dengan Teknologi Lain...10

2.3.3 KEUNGGULANLI-FI DIBANDINGKAN DENGANWI-FI... 11

2.3.4 APLIKASI DARILI-FI...12

(11)

2.4 LIGHTEMITTINGDIODE(LED)... 15

2.4.1 Cara Kerja Light Emitting Diode (LED)...15

2.4.2 Elemen Warna Light Emitting Diode (LED)... 16

2.5 PHOTODETECTOR... 16

2.6 S^PEKTRUMK^ASATMATA(V^ISIBLESPECTRUM)... 17

2.7 SIGNAL TONOISERATIO(SNR)... 17

2.8 BITERRORRATE(BER)...18

2.9 HUKUMLAMBERTIAN(LAMBERT)...19

2.10 PARAMETEROPTIK...20

2.10.1 Indoor LOS Channel...20

2.10.2 Opt Filt Signal...21

2.10.3 PIN Signal Model... 21

2.10.4 NRZ Pulse Generator...21

BAB 3 METODE PENELITIAN...22

3.1 ALAT YANG DIGUNAKAN...22

3.2 DIAGRAM ALUR PENELITIAN...22

3.3 RANCANGAN SISTEM...24

3.3.1 BLOK TRANSMITTER...25

3.3.2 BLOK MEDIA TRANSMISI...26

3.3.3 BLOK RECEIVER...28

3.4 SKENARIO PENELITIAN...29

BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN... 31

4.1 PARAMETER PENELITIAN... 31

4.2 PERHITUNGAN MENGGUNAKAN HUKUM LAMBERTIAN....31

4.3 ANALISIS HASIL PENELITIAN...34

4.3.1 Analisis Pengaruh Panjang Gelombang LED terhadap Parameter Kinerja Daya Optis OPM Post Filter...34

4.3.2 Analisis Pengaruh Panjang Gelombang LED terhadap Parameter Kinerja Signal to Noise Ratio (SNR)... 39

4.3.3 Analisis Pengaruh Panjang Gelombang LED terhadap Parameter Kinerja Bit Error Rate (BER)... 44

(12)

4.3.4 Analisis Pengaruh Panjang Gelombang LED pada Spectrum

analyzerKeluaran dari Opt Filt Signal... 49

BAB 5 PENUTUP...52

5.1 KESIMPULAN...52

5.2 SARAN... 52

DAFTAR PUSTAKA...53

(13)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Rentang Nilai Panjang Gelombang pada Cahaya Tampak...7

Gambar 2. 2 Transmisi Data Li-Fi... 9

Gambar 2. 3 Spektrum Cahaya pada Prisma...16

Gambar 2. 4 Parameter LOS Channel... 20

Gambar 3. 1 Flowchart Alur Penelitian... 23

Gambar 3. 2 Rangkaian Li-Fi (Light Fidelity) pada Optisystem...25

Gambar 3. 3 Blok Transmitter...26

Gambar 3. 4 Blok Media Transmisi... 27

Gambar 3. 5 Blok Receiver... 28

Gambar 4. 1 Grafik Daya Optis OPM Post Filter Irradiance Angle dan Incidence Angle20 Deg...36

Gambar 4. 2 Grafik Daya optis OPM Post Filter Irradiance Angle dan Incidence Angle40 Deg... 38

Gambar 4. 3 Grafik Nilai SNR dengan Irradiance Angle dan Incidence Angle 20 Deg... 42

Gambar 4. 4 Grafik Nilai SNR dengan Irradiance Angle dan Incidence Angle 40 Deg... 44

Gambar 4. 5 Grafik Nilai BER dengan Irradiance Angle dan Incidence Angle 20 Deg... 47

Gambar 4. 6 Grafik Nilai BER dengan Irradiance Angle dan Incidence Angle 40 Deg... 49

Gambar 4. 7 Output Spectrum Analyzer pada Panjang Gelombang 400 nm jarak 10 m... 50

(14)

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Perbandingan Li-Fi dengan Wi-Fi...10

Tabel 2. 2 Perbandingan Li-Fi dengan Wi-Max...10

Tabel 2. 3 Warna dan Wavelength Pada Spektrum ... 17

Tabel 3. 1 Spesifikasi Transmitter dan Media Transmisi...27

Tabel 3. 2 Rancangan Nilai Penelitian...29

Tabel 4. 1 Hasil Perhitungan Hloss jarak 0,5 meter sampai 12 meter... 33

Tabel 4. 2 Hasil Daya Optis OPM Post Filter Irradiance Angle dan Incidence Angle20 Deg...35

Tabel 4. 3 Hasil Daya Optis OPM Post Filter Irradiance Angle dan Incidence Angle40 Deg...37

Tabel 4. 4 Hasil Nilai SNR dengan Irradiance Angle dan Incidence Angle 20 Deg... 43

Tabel 4. 5 Hasil Nilai SNR dengan Irradiance Angle dan Incidence Angle 40 Deg... 45

Tabel 4. 6 Hasil Nilai BER dengan Irradiance Angle dan Incidence Angle 20 Deg... 46

Tabel 4. 7 Hasil Nilai BER dengan Irradiance Angle dan Incidence Angle 40 Deg... 48

(15)

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Ada sekitar 1,4 juta stasiun induk di bidang telekomunikasi dengan lebih dari 5 milliar pengguna perangakat telekomunikasi seperti handphone[1].

Spectrum salah satu syarat penting untuk komunikasi nirkabel. Gelombang radio menggunakan spektrum frekuensi yang diatur oleh regulasi dan dibatasi penggunaan pada ruang frekuensi. Dengan kemajuan teknologi, pertumbuhan komunikasi nirkabel yang cepat dan jumlah pengguna yang terus bertambah, spektrum pada gelombang radio menjadi penting. Spektrum gelombang radio tidak dapat memenuhi kebutuhan dikarenakan lalu lintas frekuensi radio semakin padat dan pengguna memerlukan kecepatan transfer data yang tinggi. Untuk mengatasi masalah skalabilitas, ketersediaan dan keamanan maka diciptakan konsep mentransmisikan data secara nirkabel melalui cahaya menggunakan LED, yaitu Light Fidelity (Li-Fi). Light Fidelity (Li-Fi) adalah cikal bakal dari teknologi 5G (Fifth Generation). Li-Fi menyediakan transmisi pengiriman data melalui iluminasi (cahaya) atau pencahayaan dengan menggunakan Light Emitting Diode (LED). Li-Fi dengan menggunakan LED memiliki konsep modulasi yang tinggi dan penghematan penggunaan energi cahaya. LED pada Li-Fi memiliki kecepatan switching yang tinggi sehingga memungkinkan pemodulasian sesuai dengan bit yang dikirim. [2].

Light Fidelity (Li-Fi) merupakan teknologi yang mampu mengantarkan koneksi internet melalui perantara berupa cahaya. Istilah Li-Fi pertama kali dikemukakan oleh Prof. Dr. Herald Haas dari University of Edinburgh, UK, yang pertama kali menampilkan Li-Fi didepan publik, sebuah metode pada Visible Light Communication (VLC). Light Fidelity (Li-Fi) merupakan salah satu terobosan untuk menggantikan WiFi. Kecepatan bit yang dicapai Li-Fi tidak dapat dicapai oleh Wi-Fi [1]. Selain itu, dengan meningkatnya permintaan untuk data nirkabel, kurangnya spektrum radio dan masalah polusi elektromagnetik, Li-Fi muncul sebagai alternatif Wi-Fi yang lebih ramah lingkungan dan murah. Pada April 2014 modul Li-Fi dapat mentransfer data pada 1.25 GB/detik [3]. Li-Fi

(16)

sangat ideal untuk digunakan pada cakupan area terbatas seperti ruangan dan penggunaan Li-Fi menghilangkan masalah interferensi radio. Hal ini dikarenakan Li-Fi hanya memerlukan lampu LED untuk bisa menghubungkan perangkat user dengan jaringan internet.

Li-Fi memberikan penggunaan yang lebih baik, bersifat efisiensi, dan lebih aman dibandingkan dengan Wi-Fi. Li-Fi memiliki kecepatan mencapai 1 Gbps sampai 3.5 Gbps [4]. Li-Fi serupa dengan VLC yang menggunakan standar IEEE 802.15.7 yang memiliki lapisan fisik atau Physics (PHY) dan Media Access Control (MAC). VLC memiliki rentang penggunaan cahaya tampak di antara 400 nm sampai dengan 700 nm sebagai transmisi optik dan penerangan data. Dengan rentang intensitas cahaya yang berbeda antara pancaran warna LED satu dengan warna LED lainnya penulis ingin mengetahui pengaruh perbedaan penggunaan nilai panjang gelombang (wavelength) yang digunakan untuk mengirimkan data di dalam ruangan dengan mengamati hasil parameter Optical Power Meter (OPM), Signal to Noise Ratio (SNR), Bit Error Rate (BER), dan Spectrum Analyzer.

1.2 RUMUSAN MASALAH

Rumusan masalah dari penelitian ini adalah :

1) Bagaimana pengaruh penggunaan variasi pada nilai panjang gelombang LED 400 nm, 470 nm, 550 nm, 570 nm, 620 nm, 700 nm terhadap kinerja sistem Li-Fi dengan menggunakan parameter Optical Power Meter (OPM), Signal to Noise Ratio (SNR), Bit Error Rate (BER), dan Spectrum Analyzer ?

2) Bagaimana pengaruh perubahan variasi jarak dengan menggunakan parameter Optical Power Meter (OPM), Signal to Noise Ratio (SNR), Bit Error Rate (BER), dan Spectrum Analyzer terhadap kinerja sistem Li-Fi?

1.3 BATASAN MASALAH

Batasan masalah dari penelitian ini adalah :

1) Parameter yang diuji berupa Optical Power Meter (OPM), Signal to

(17)

2) Kinerja sistem komunikasi Li-Fi pada penggunaan nilai panjang gelombang yang bervariasi.

3) Menggunakan Light Emitting Diode (LED) dengan warna bervariasi violet, biru, hijau, kuning, jingga, dan merah dengan nilai panjang gelombang pada masing-masing warna yaitu 400 nm, 470 nm, 550 nm, 570 nm, 620 nm, 700 nm.

4) Menggunakan parameter uji Detector Area 2 cm², Index Concentrator 2, FOV 90 deg, Tx Half Angle 60, dan Bandwidth 0,03.

5) Menggunakan variasi Irradiance Angle 20 degree dan 40 degree serta Incidence Angle 20 degree dan 40 degree.

6) Penggunaan Bitrate 20 Mbps dengan Sequence Length 512 bits.

7) Jarak yang digunakan yaitu 0,5 m, 1 m, 1,5 m, 2 m, 2,5 m, 3 m, 3,5 m, 4 m, 4,5 m, 5 m, 5,5 m, 6 m, 6,5, 7 m, 7,5 m, 8 m, 8,5 m, 9 m, 9,5 m, 10 m, 10,5 m, 11 m, 11,5 m, dan 12 m.

8) Penelitian dilakukan dengan simulasi pada Software Optisystem 16.

1.4 TUJUAN

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1) Mengetahui unjuk kerja penggunaan nilai panjang gelombang 400 nm, 470 nm, 550 nm, 570 nm, 620 nm, 700 nm pada sistem Li-Fi (Light Fidelity).

2) Mengetahui hasil analisis pada nilai Optical Power Meter (OPM), Signal to Noise Ratio (SNR), Bit Error Rate (BER), dan Spectrum Analyzer pada teknologi Li-Fi indoor model system.

1.5 MANFAAT

Penelitian ini diharapkan dapat mengetahui performansi Line of Sight (LOS), dengan menggunakan nilai panjang gelombang 400 nm, 470 nm, 550 nm, 570 nm, 620 nm, 700 nm dan variasi jarak terhadap parameter Optical Power Meter (OPM), Signal to Noise Ratio (SNR), Bit Error Rate (BER), dan Spectrum Analyzer sehingga dapat menjadi referensi dalam penggunaan sistem komunikasi indoor Li-Fi baik secara real maupun penelitian lanjut.

(18)

1.6 SISTEMATIKA PENULISAN

Penelitian ini terbagi menjadi beberapa bab terdiri dari, Bab I berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, manfaat, tujuan penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan. Bab II membahas mengenai tinjauan pustaka dan dasar teori seperti Visible Light Communication (VLC), Light Fidelity (Li-Fi), Light Emitting Diode (LED), Photodetector, Spektrum Kasatmata (Visible Spectrum) dan parameter optik yang digunakan. Bab III berisikan metodologi penelitian, alat yang digunakan, alur penelitian, rancangan sistem dan skenario penelitian. Bab IV akan membahas tentang hasil analisis sistem penelitian dan Bab V membahas mengenai kesimpulan dan saran pengembangan skripsi kedepannya.

(19)

BAB 2 DASAR TEORI

2.1 TINJAUAN PUSTAKA

Penelitian R.Karthika dan S.Balakrishnan pada tahun 2015 yang berjudul

“Wireless Communication using Li-Fi Technology”, meneliti tentang efisiensi, daya tahan dan masa pakai dari Light Emitting Diode (LED). Aplikasi yang diusulkan untuk komunikasi cahaya tampak (VLC) yaitu Li-Fi, yang mengirimkan data dan file sebagai data serial menggunakan serial UART komunikasi dari satu perangkat ke perangkat lainnya. Dengan menggunakan transistor foto dioda untuk memulihkan data dari cahaya tampak dan penguat pembalik digunakan untuk mendapatkan data dan di proses oleh pengontrol gambar yang terhubung dari port perangkat komunikasi serial serta perangkat mobile menggunakan kabel OTG sehingga dapat digunakan dimanapun selama LED tersedia [1].

Penelitian Pusphendra Verma, Dr. Jayant Shekhar, Preety, dan Dr. Amit Asthana pada tahun 2015 yang berjudul “Light-Fidelity (Li-Fi): Transmission of Data through Light of Future Technology”, meneliti tentang penurunan dan peningkatansistem komunikasiterhadap kecepatan jaringan nirkabel. Wi-Fi memberikan kecepatan hingga 150 Mbps sesuai dengan IEEE 802.11n, tetapi belum cukup mengakomodasi kebutuhan pengguna internet. Untuk itu dikenalkan konsep Li-Fi, menurut fisikawan Harald Haas melalui iluminasi mengambil serat dari serat optik dengan mengirim data melalui lampu LED yang bervariasi dalam intensitas lebih cepat dari yang bisa diikuti mata manusia. Li-Fi memiliki keunggulan karena dapat digunakan di area sensitif seperti pesawat tanpa menimbulkan gangguan dan menjadi solusi untuk mengatasi kurangnya sistem komunikasi dengan kecepatan tinggi [3].

Penelitian Shubham Chatterjee, Shalabh Agarwal, dan Asoke Nath pada tahun 2015 yang berjudul “Scope and Challenges in Light Fidelity (LiFi) Technology in Wireless Data Communication”, meneliti tentang Light Emitting Diode (LED) yang digunakan di berbagai bidang kehidupan sehari-hari dengan kelebihan dapat digunakan sebagai sistem transmisi data. Pada penelitian ini juga

(20)

membahas mengenai cara kerja Li-Fi, keuntungan dan kerugian dari Li-Fi, aplikasi Li-Fi dalam mentransfer data dari satu perangkat ke perangkat lain, dan teknik modulasi yang digunakan Li-Fi [4].

Penelitian Farooq Aftab, Muhammad Nafees Ulfat Khan, dan Shahzad Ali pada tahun 2016 yang berjudul “Light Fidelity (Li-Fi) Based Indoor Communication System”, meneliti tentang Li-Fi yang digunakan dalam ruangan (indoor) sebagai sistem komunikasi nirkabel generasi berikutnya. Dikarenakan komunikasi nirkabel dalam ruangan dari pengguna dan perangkat meningkat dengan cepat yang mengakibatkan frekuensi dengan kecepatan tinggi untuk mengakomodasi pengguna menjadi terbatas. Li-Fi sebagai komunikasi optik nirkabel dapat digunakan di masa depan sebagai pengganti dan cadangan Wi-Fi, mengingat spektrum cahaya memberikan kecepatan transmisi data yang tinggi dan kapasitas yang tinggi dibandingkan dengan spektrum radio [5].

Penelitian Swetha V dan Annadevi E pada tahun 2018 yang berjudul

“Survey On Light-Fidelity”, meneliti tentang Wi-Fi yang bekerja dengan menggunakan spektrum gelombang radio. Gelombang radio cukup berbahaya untuk digunakan. Untuk mengatasi hal ini dan meningkatkan bandwidth, efisiensi dan kecepatan, Li-Fi dapat menjadi solusi dengan menggunakan spektrum cahaya dan LED sebagai sistem transmisi data. Li-Fi dapat mentransmisikan data pada kecepatan 1000 kali lebih cepat dari Wi-Fi [6].

2.2 DASAR TEORI

2.2.1 Pengertian Visible Light Communication (VLC)

Visible Light Communication (VLC) adalah sebuah teknologi komunikasi yang memanfaatkan pancaran cahaya tampak dari lampu pada sistem komunikasi.

VLC merupakan komunikasi optik nirkabel dalam ruangan yang menyediakan interkoneksi yang fleksibel di dalam gedung [4]. Sistem komunikasi visible light terdiri dari pemancar dan penerima. Visible Light Communication (VLC) teknologi komunikasi yang memanfaatkan sumber cahaya dengan gelombang tampak sebagai transmitter, udara sebagai media transmisi, dan photodetector sebagai receiver. Visible Light Communication (VLC) menghasilkan ouput sistem

(21)

komunikasi yang di pengaruhi oleh jarak, terang cahaya lampu pemancar dan cahaya luar.

Perkembangan teknologi Visible Light Communication (VLC) cukup cepat dibandingkan dengan teknologi lainnya hal ini dikarenakan sejak ditemukannya teknologi LED, LED langsung bisa mengisi fungsi komunikasi dan iluminasi secara bersamaan [5]. LED merupakan teknologi yang dapat menggantikan fungsi dari lampu pijar dan lampu fluorescent di karenakan karakteristik dari LED seperti tahan lama, fast switching, color mixing, dan biaya lebih murah. Visible Light Communication (VLC) dengan pemanfaatan cahaya tampak memiliki wilayah spektrum elektromagnetik 10.000 kali lebih luas dibandingkan wilayah Radio Frequency (RF) [1]. VLC merupakan solusi potensial untuk mengatasi kekurangan spektrum nirkabel, terutama dalam skenario indoor.

Gambar 2. 1 Rentang Nilai Panjang Gelombang pada Cahaya Tampak [1]

VLC memiliki rentang penggunaan cahaya tampak di antara 400 nm sampai 700 nm sebagai transmisi optik dan penerangan data. Sinyal dalam interval panjang gelombang 400 nm sampai 700 nm dari spektrum elektomagnetik merupakan sinyal yang dapat di deteksi oleh mata manusia. Sistem VLC merupakan opsi teknologi menarik untuk mewujudkan tinggi kecepatan komunikasi nirkabel dalam ruangan, karena mampu memberikan penerangan dan transmisi data secara bersamaan. VLC juga memiliki keuntungan seperti penggunaan frekuensi tinggi yang tidak memiliki regulasi, keamanan yang tinggi, serta biaya yang lebih rendah. Selain itu, VLC dianggap sebagai teknologi

(22)

pelengkap yang menjanjikan dalam komunikasi generasi kelima (5G) dan seterusnya.

2.3 Light Fidelity(Li-Fi)

Pada 2011, Profesor Harold Haas dari University of Edinburgh di inggris, menyarankan sebuah gagasan yang disebut “Data through illumination” dengan menggunakan serat optik untuk mengirim data melalui bola lampu LED, yang dinamakan Li-Fi [4]. Light Fidelity (Li-Fi) adalah teknologi dengan pemanfaatan metode Visible Light Communication (VLC). Teknologi Li-Fi menyediakan transmisi data melalui ilumination atau penerangan dengan mengirimkan data melalui media Light Emitting Diode (LED). Li-Fi merupakan istilah yang digunakan sebagai label sistem komunikasi nirkabel yang cepat dan murah, dimana Li-Fi merupakan versi optik dari Wi-Fi. Li-Fi menggunakan LED yang memiliki interval panjang gelombang berbeda tergantung dari variasi cahaya atau warna LED.

Li-Fi sangat ideal untuk digunakan pada cakupan data nirkabel kepadatan tinggi di area terbatas. Bukan menggunakan gelombang radio sebagai media komuniasi, Li-Fi menggunakan cahaya tampak (visible light). Li-Fi memberikan bandwidth yang lebih baik, bersifat efisiensi, dan lebih aman dibandingkan dengan Wi-Fi. Li-Fi memiliki kecepatan mencapai 1 Gbps sampai 3.5 Gbps [4].

Li-Fi menjadi solusi potensial untuk kekurangan Wi-Fi dimana Li-Fi memberikan kecepatan lebih tinggi dibanding Wi-Fi, serta memiliki fungsi ganda sebagai sumber cahaya di dalam ruangan dan sistem komunikasi.

2.3.1 Cara Kerja Light Fidelity (Li-Fi)

Light Fidelity melakukan proses transfer data melalui cahaya dengan mengambil serat dari serat optik dan mengirimkan data melalui Light Emitting Diode (LED).

(23)

Gambar 2. 2 Transmisi Data Li-Fi [16]

Cara kerja dari Li-Fi sangat sederhana, pada salah satu ujung transmisi sistem Li-Fi terdapat sumber cahaya berupa LED dan detektor foto (Light Sensor) pada sisi transmisi lain. Pada saat LED nyala atau mengeluarkan cahaya, detektor foto pada ujung lainnya akan mendeteksi cahaya dan diartikan sebagai biner 1.

Pada saat LED mati atau cahaya hilang, detektor foto pada ujung lainnya akan mendeteksi sebagai biner 0. Saat mengirimkan pesan LED akan berkedip berkali- kali membuat sebuah kilatan cahaya yang mana kilatan cahaya tersebut akan ditangkap oleh light sensor yang akan menerima pesan yang dikirimkan tersebut.

Bahkan dengan penggunaan array LED yang memiliki warna berbeda akan semakin meningkatkan kecepatan dalam pentransmisian data hingga kisaran kecepatan 10 Gbps [6]. Media transmisi menjadi penentu dari kecepatan sebuah koneksi, cahaya merupakan media transmisi dengan kecepatan 3x10⁸ m/s.

Kedipan cahaya tampak yang di pancarkan oleh LED termodulasi dengan sangat cepat sehingga tidak dapat di ikuti dan di lihat oleh mata manusia. Untuk jangkauan jarak dari Li-Fi dapat dikatakan lebih kecil dibandingkan dengan jangkauan jarak Wi-Fi, dimana jangkauannya sekitar 10 meter [3] atau selama perangkat telekomunikasi mendapatkan pancaran cahaya dari LED.

(24)

2.3.2 Perbandingan Teknologi Li-Fi dengan Teknologi Lain

Berikut perbandingan antara teknologi Li-Fi dengan teknologi lainnya : Tabel 2. 1 Perbandingan Li-Fi dengan Wi-Fi [4]

Li-Fi Wi-Fi

SPEED 1-3.5 Gbps 54-250 Mbps

RANGE 10 meters 20-100 meters

IEEE STANDARD 802.15.7 802.11b

SPECTRUM RANGE 10000 times than Wi-Fi Radio Spectrume Range NETWORK TOPOLOGY Point-to-Point Point-to-Multipoint DATA TRANSFER MEDIUM Use Light as a carrier Use Radio Spectrum

FREQUENCY BAND 100 times of THz 2.4 Ghz

Li-Fi dan Wi-Fi merupakan dua teknologi yang menggunakan sistem komunikasi nirkabel. Pada sistem operasinya Li-Fi mentransmisikan data menggunakan cahaya dengan bantuandariLED,sedangkan Wi-Fi mentransmisikan data menggunakan gelombang radio dengan bantuan router dari Wi-Fi. Li-Fi bersifat lebih private dimana LED hanya disambungkan ke satu perangkat pengguna atau point-to-point. Pada pentransmisian data Li-Fi memiliki kecepatan, spektrum dan frekuensi yang lebih dibadingkan dengan Wi-Fi. Tetapi untuk jangkauan jarak yang dapat ditempuh oleh Li-Fi hanya berkisar 10 meter, lebih kecil dibandingkan Wi-Fi.

Tabel 2. 2 Perbandingan Li-Fi dengan Wi-Max [4]

Li-Fi Wi-Max

SPEED 1-3.5 Gbps 100 times faster than Wi-Fi

RANGE 10 meters 30-100 meters

IEEE STANDARD 802.15.7 802.16a

SPECTRUM RANGE 10000 times than Wi-Fi 10-66 Ghz NETWORK TOPOLOGY Point-to-Point Point-to-Multipoint DATA TRANSFER MEDIUM Use Light as a carrier Microwave

FREQUENCY BAND 100 times of THz 2-11 Ghz

(25)

Worldwide Interoperability for Microwave Access atau Wi-Max merupakan teknologi akses nirkabel pita lebar evolusi dari Broadband Wireless Access (BWA) yang memiliki kecepatan akses yang tinggi dengan jangkauan yang luas. Pada pentransmisian data Li-Fi memiliki kecepatan, spektrum dan frekuensi yang lebih dibadingkan dengan Wi-Max. Tetapi untuk jangkauan jarak yang dapat ditempuh oleh Li-Fi masih lebih kecil dibandingkan jangkauan jarak yang dapat ditempuh Wi-Max. Untuk medium transfer data yang digunakan oleh Wi-Max yaitu microwave [4].

2.3.3 Keunggulan Li-Fi dibandingkan dengan Wi-Fi[3]

1. Li-Fi menggunakan cahaya tampak daripada sinyal frekuensi radio sehingga tidak toleran terhadap gangguan.

2. Dapat digunakan dengan aman di ruang pesawat tanpa mempengaruhi sinyal maskapai.

3. Dapat digunakan secara luas dan di semua tempat seperti penggunaan dalam perangkat medis dan di rumah sakit dikarenakan teknologi ini tidak berhubungan dengan gelombang radio.

4. Mudah untuk diimplementasikan dalam kehidupan sehari-hari dikarenakan banyaknya LED yang dapat digunakan sebagai media komunikasi.

5. Memiliki keamanan yang lebih tinggi karena penggunaan Li-Fi bersifat private dan terbatas.

6. Masalah kekurangan bandwidth frekuensi radio dapat disortir oleh Li- Fi.

2.3.4 Aplikasi dari Li-Fi [3], [7]

Teknologi Li-Fi dapat digunakan di banyak bidang dari akses internet, traffic management, medis, pesawat terbang, pendidikan dan banyak implementasi lainnya. Beberapa aplikasi penggunaan dari Li-Fi :

1. Sistem Edukasi atau Pendidikan

Li-Fi merupakan teknologi terbaru yang dapat memberikan akses internet dengan kecepatan tinggi. Li-Fi dapat menggantikan Wi-Fi di

(26)

lembaga pendidikan dan perusahaan sehingga dapat dimanfaatkan oleh manusia atau user pada area yang sama dengan kecepatan transmisi data yang sama.

2. Aplikasi Medis (Medical Applications)

Pada ruang operasi tidak di perbolehkan penggunaan Wi-Fi dikarenakan adanya pancaran gelombang radio dan menyebabkan masalah radiasi. Penggunaan Wi-Fi di rumah sakit mengganggu sinyal mobilephone dan komputer untuk peralatan pemantauan pasien (monitoring equipment).

Hal ini tentu dapat berbahaya bagi kesehatan pasien. Li-Fi dapat digunakan untuk mengakses internet dan mengontrol peralatan medis tanpa terganggu oleh gelombang radio.

3. Internet di Pesawat Terbang

Penumpang pesawat tidak dapat melakukan akses internet dikarenakan kecepatan data yang rendah pada tinggkat penerbangan yang sangat tinggi.

Wi-Fi juga tidak dapat digunakan karena dapat mengganggu sistem navigasi pilot. Li-Fi dapat digunakan untuk transmisi data, dimana Li-Fi dengan mudah menyediakan internet kecepatan tinggi melalui setiap sumber cahaya seperti bola lampu bacaan yang terletak diatas kepala penumpang dan sebagainya.

4. Disaster Management

Li-Fi dapat digunakan sebagai sarana komunikasi yang cepat dan murah di saat terjadi bencana seperti gempa bumi dan angin topan.

5. Aplikasi di Daerah Sensitif

Pembangkit listrik membutuhkan sistem data yang cepat dan saling terhubung sehingga dibutuhkan integritas jaringan dan inti suhu (dalam hal pembangkit listrik tenaga nuklir) sehingga pembangkit listrik dapat dipantau. Penggunaan Wi-Fi merupakan teknologi yang menggunakan transmisi gelombang radio, dapat menimbulkan radiasi meskipun kecil, yang dapat mengganggu kinerja dari pembangkit listrik, sehingga tidak dapat digunakan untuk daerah sensitif di sekitar pembangkit tenaga listrik.

Li-Fi dapat digunakan untuk daerah sensitif dengan konektivitas tinggi

(27)

6. TrafficManagement

Li-Fi dapat digunakan untuk berkomunikasi dengan penggunaan lampu LED mobil yang dapat membantu dalam mengatur lalu lintas.

7. Aplikasi di Bawah Air

Underwater ROVs (Kendaraan yang dioperasikan dari jarak jauh) beroperasi dari kabel besar yang berfungsi untuk pasokan daya danmemungkinkan untuk menerima sinyal dari darat. Tapi tether digunakan di ROV tidak cukup panjang yang memungkinkan untuk kendaraan menjelajahi area yang luas. Dengan menggunakan Li-Fi kendaraan bawah air akan dapat menjelajahi area secara luas dan dapat menggunakan lampu depan pada kendaraan untuk saling berkomunikasi, memproses data secara mandiri dan mengirimkan informasi dari bawah air secara berkala ke penerima di darat.

2.3.5 Ruang Lingkup dan Tantangan Li-Fi[4]

Ruang lingkup dan tantangan dari penggunaan teknologi Li-Fi : 1. Li-Fi membutuhkan Line of Sight.

2. Jika peralatan di pasang di luar ruangan, perlu adanya persiapan untuk menghadapi perubahan cuaca dan pengaruh intensitas cahaya dari luar.

3. Kebanyakan implementasi Li-Fi bersifat private dengan pemanfaatan IP.

4. Perlu adanya penelitian lebih lanjut bagaimana penerima akan mengirimkan kembali informasi ke pemancar.

5. Gelombang cahaya dapat dengan mudah untuk di blokir dan tidak dapat menembus dinding tebal.

6. Jika sumber cahaya dari LED menuju ke penerima terhalang, akses internet akan terputus.

2.3.6 Standar dan Modulasi Li-Fi

Standar VLC international pertama, yaitu IEEE 802.15.7, diterbitkan oleh IEEE 802.15.7 kelompok kerja untuk jaringan area pribadi nirkabel pada tahun 2011. Standar ini menentukan lapisan PHY dan MAC untuk komunikasi nirkabel

(28)

optik jarak pendek menggunakan cahaya tampak untuk aplikasi indoor dan outdoor. Pada tahun 2014, standar kerja IEEE 802.15.7rl dibuat untuk merevisi standar sebelumnya.

Standar IEEE 802.15.7rl memiliki tiga skenario pada pengaplikasian VLC beradasarkan kecepatan data dan perangkat seperti LED sebagai low-rate photodiode-base communication, Optical Communication Camera (OCC) sebagai image-sensor-based communication, dan Light Fidelity (Li-Fi) sebagai high- ratephotodiode-base communication [5]. Dengan menggunakan protokol yang sama seperti TCP/IP, Li-Fi mendefinisikan penggunaan dua lapisan untuk modelnya, Physical Layer (PHY) dan Media Access Layer (MAC). Lapisan MAC digunakan sebagai tautan ke lapisan selanjutnya dan lapisan PHY dikategorikan kedalam 3 lapisan [8]:

1. PHY I- 11,67 kbps to 267,6 kbps (aplikasi luar ruangan) 2. PHY II-1,25 mbps to 96 mbps (jangkauan data)

3. PHY III-12 mbps to 96 mbps (sumber pancaran)

Ada beberapa skema modulasi yang dirancang untuk mendukung tujuan komunikasi dan pencahayaan dengan LED warna-warni. Color Shift Keying (CSK) adalah skema dimana sinyal dikodekan dalam intensitas warna LED merah, hijau dan biru atau LED RGB. CSK memiliki kehandalan pada kinerja LED karena fluks bercahaya konstan dan tidak memiliki efek flicker atas semua frekuensi [5].

Pada sistem Li-Fi, modulasi yang sering digunakan adalah modulasi dimming (peredupan). Pada keadaan dimming berdasarkan kecepatan data (data rate) yang ingin dicapai dengan mengendalikan tingkat dari on dan off pada LED.

On-Off Keying (OOK), Pulse Width Modulation (PWM), Pulse Position Modulation (PPM), Variable Pulse Position Modulation (VPPM), Overlapping PPM (OPPM) and Optical Spatial Modulation (OSM) adalah skema dimming (peredupan) pada Li-Fi yang dapat diimplementsikan di dalam ruangan. On-Off Keying (OOK) adalah skema modulasi yang berbasis peredupan yang mentransmisikan data dengan menyalakan dan mematikan LED secara berurutan.

Pada skema modulasi ini menggunakan bit data 1 dan 0 yang berarti on dan off [5].

(29)

2.4 Light Emitting Diode(LED)

Light Emitting Diode (LED) memberikan banyak manfaat dibandingkan lampu neon dan lampu pijar seperti efisiensi yang lebih tinggi, manufaktur yang ramah lingkungan, desain yang fleksibilitas, masa penggunaan yang lama, dan performasi spektrum yang meningkat [9]. LED adalah jenis dioda semikonduktor yang terdiri dari chip bahan semikonduktor untuk menciptakan struktur yang disebut p-n junction. Cahaya yang dihasilkan pada LED merupakan energi elektromagnetik yang dipancarkan dalam bagian spektum yang dapat dilihat.

Cahaya tampak merupakan hasil dari panjang gelombang yang berbeda yang terbentuk dari hasil pergerakan elektron pada sebuah atom [10].

Cahaya pada LED adalah energi elektromagnetik yang di pancarkan dalam bagian spektrum yang dapat dilihat. Cahaya yang tampak merupakan hasil kombinasi panjang-panjang gelombang energi elektromagnetik dalam daerah antara radiasi ultra violet dan infra merah. Cahaya pada LED terbentuk dari hasil pergerakan elektron pada sebuah atom. Variasi dalam data rate dengan ukuran LED sangat penting dalam teknologi Li-Fi [9]. Kecepatan data yang berbeda dapat dicapai dengan LED dengan ukuran berbeda. Lampu LED berukuran normal dapat direduksi menjadi mikro-LED yang dapat menangani jutaan variasi intensitas cahaya. Bola lampu mikro-LED dapat mengirimkan 3.5 Gbps dan kecepatan data lebih dari 10 Gbps. Bola lampu mikro-LED memungkinkan aliran cahaya dipancarkan secara parallel sehingga memungkinkan untuk pengiriman data dalam jumlah yang besar.

2.4.1 Cara Kerja Light Emitting Diode (LED)

LED mengubah energi listrik menjadi cahaya. Cahaya adalah bentuk energi yang terbentuk dari hasil pergerakan elektron pada sebuah atom. Pergerakan elektron dinamakan photons. Ketika LED dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke katoda, LED akan memancarkan cahaya. Chip semikonduktor pada LED yang di doping akan menghasilkan junction P dan N.

Doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakterisktik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri arus

(30)

maju, elektron pada N-type akan berpindah ke wilayah yang kelebihan hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-type). Saat elektron bertemu hole, akan melepaskan photons dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna) [9]. Tegangan maju antara anoda menuju ke katoda berkisar 1,5 volt sampai 2 volt dan arus 5 sampai 20 mA.

2.4.2 Elemen Warna Light Emitting Diode (LED) [11]

Menurut newton warna merupakan spektrum tertentu yang terdapat dalam suatu cahaya sempurna (warna putih). Cahaya putih yang tidak berwarna oleh prisma dipecahkan menjadi susunan cahaya merah, jingga, kuning, hijau,biru dan violet yang dikenal sebagai susunan spektrum cahaya. Jika spektrum cahaya tersebut dikumpulkan dan diloloskan kembali melalui sebuah prisma, cahaya tersebut akan kembali menjadi cahaya putih. Spektrum cahaya merupakan susunan cahaya berwarna yang tampak dan memiliki panjang gelombang yang berbeda. Panjang gelombang cahaya yang dapat ditangkap oleh mata manusia berkisar 400 nm sampai 700 nm.

Gambar 2. 3 Spektrum Cahaya pada Prisma [11]

2.5 Photodetector

Photodetector merupakan perangkat yang sensitif terhadap cahaya dan berfungsi untuk mengubah sinyal yang diterima dari sinyal foton (cahaya) menjadi sinyal elektron (listrik). sumber optik di sisi pengirim mengubah sinyal listrik menjadi sinyal optik kemudian dikirim dengan panjang gelombang tertentu.

Pada sisi penerima, masukan sinyal optik dikonversi kembali dari domainoptik ke domainlistrik.Konversi ini dilakukan dengan menggunakan perangkat

(31)

Dalam komunikasi serat optik terdapat dua jenis photodetector yang memiliki kepentingan utama yaitu PIN dioda dan APD. PIN dioda merupakan lapisan semikonduktor yang digunakan pada transmisi optik dengan jarak yang relatif dekat hingga menengah, APD memiliki sensitivitas yang relatif besar karena memiliki mekanisme penguat internal yang dapat menghasilkan lebih banyak elektron sehingga cocok di gunakan pada sistem komunikasi optik jarak jauh [13].

2.6 Spektrum Kasatmata (Visible Spectrum) [14]

Warna-warna pada cahaya tampak (visible light) dapat diidentifikasikan secara numerik dengan panjang gelombang 400 nm sampai dengan 700 nm.

Panjang gelombang pada rentang 400 nm sampai dengan 700 nm merupakan rentang yang dapat di deteksi oleh mata manusia. Meskipun spektrum optik merupakan spektrum yang kontinyu sehingga tidak ada batas yang jelas antara satu warna dengan warna lainnya, tabel 2.3 memberikan batas kira-kira untuk warna spektrum.

Tabel 2. 3 Warna dan Wavelength Pada Spektrum [14]

Warna WavelengthInterval

Merah 635-700 nm

Jingga 590-635 nm

Kuning 560-590 nm

Hijau 490-560 nm

Biru 450-490 nm

Violet 400-450 nm

2.7 Signal to Noise Ratio(SNR)

SNR berfungsi untuk mengetahui banyaknya noise yang terdapat pada sinyal yang ditransmisikan. Signal to Noise ratio (SNR) merupakan perbandingan daya dalam suatu sinyal terhadap daya yang dikandung oleh noise yang muncul pada titik-titik tertentu pada saat transmisi. Dalam mengukur SNR diperlukan instrumen Optical Spectrum Analyzer (OSA). Nilai OSNR dipengaruhi oleh daya sinyal dan noise yang terbaca di OSA. Noise yang bernilai besar akan

(32)

menyebabkan nilai SNR yang semakin kecil. Semakin dekat jarak transmisi, maka akan semakin besar kekuatan SNR begitu pua sebaliknya [15], [17].

SNR=10log^Psignal_Pnoise (2.1) adapun rumus yang digunakan untuk mengukur SNR, beberapa rumus diperlukan untuk melihat perbandingan sinyal dan noise yang terjadi pada saat komunikasi berlangsung. Dimana R merupakan responsivity photodetector (A/W) dan _n² merupakan total variasi noise [18].

2

)2

. (

n

R SNR pr

  (2.2)

Dimana noise power merupakan penjumlahan dari shot noise (σshot) dan thermal noise (σthermal). Rumus noise power dapat dituliskan sebagai berikut [18]:

2 2

2 shot thermal

n  

   (2.3)

Pada skema modulasi OOK, dibutuhkan nilai SNR 13,6 dB agar tidak ada kesalahan untuk mencapai nilai BER=10^-6 sehingga mendapatkan tautan komunikasi yang stabil [22].

2.8 Bit Error Rate(BER)

BER didefinisikan sebagai jumlah terjadinya error tiap jumlah data bit terkirim pada suatu sistem digital. BER adalah ukuran kualitas perangkat pengirim, penerima, jalur transmisi dan lingkungannya karena mempertimbangkan faktor seperti kebisingan, jitter, redaman, fading, dan deteksi kesalahan. Dimana jumlah bit error (NE) dan bit total terkirim (NT) dengan persamaan [15]:

T E

N

BER  N (2.4)

Pada jaringan komunikasi optik secara umum, nilai BER yang harus terpenuhi adalah BER 10^-9 sampai 10^-12 yang berarti untuk bit data yang dikirim dalam rentang tersebut error yang terjadi hanya 1 bit. Misalnya jika kesalahan dalam 1 bit terjadi dalam 1000000 bit yang ditransfer, maka BER bernilai 1/1000000 atau1x10^-6.BER disebut juga error probability (Pe). Dimana dalam proses transmisi, bit tertentu memiliki amplitudo sinyal yang terlalu dekat dengan

(33)

threshold sehingga tidak dapat dibedakan nilainya dengan benar. Nilai BER dapat dinyatakan kedalam Q-factor dengan persamaan[15]:

Q Q e

P

BER _e ^Q ^/²

2

2 ) 1

( ^ 

 (2.5)

Pada optisystem 16 BER ditampilkan pada komponen BER Test Set, dengan rumus yang digunakan [19] :

xGuardBits ngth

SequenceLe

Errors

BER 2 (2.6)

Dimana errors merupakan bit error yang terjadi pada saat transmisi data, Sequence Length merupakan bit yang di transmisikan, Guard Bits merupakan bit pelindung dalam sebuah data. Pada skema modulasi OOK,dibutuhkan nilai BER

= 10^-6untuk mendapatkan tautan komunikasi yang stabil [22].

2.9 Hukum Lambertian (Lambert) [18][20]

Untuk menghitung pencahayaan pada sistem VLC, diasumsikan bahwa setiap LED memiliki pola radiasi lambertian. Dengan indeks lambertian m terkait pada semi-angle pemancar pada setengah daya LED (₁_/₂) , dimana rumus m sebagai berikut :

) ln(cos

2 ln

2 /

1



m  (2.7)

Respon frekuensi saluran optik relatif datar didekat arus DC, dalam tautan optik penguatan saluran DC untuk menentukan pathloss menggunakan persamaan sebagai berikut :













 







c m c

Loss g

d Ts A m H









  , 0

0 , )

cos(

) ( ) ( ) ( 2 cos

) 1 (

2 (2.8)

Dimana A adalah area fisik (physical area) dari photodetector, d adalah jarak antara sumber LED dan penerima, Ts (θ₎adalah penguatan filter optik, g₍θ) adalah gain konsentrator optik_,FOV (ψc) adalah bidang pandang detektor, θadalah sudut datang penerima dan φ adalah sudut cahaya yang dipancarkan LED.

Gainkonsentrator optik memiliki persamaan sebagai berikut :

(34)

) ( ) sin

( ₂ ²

c

g n

   (2.9)

dimana n merupakan indeks bias konsentrator optik dan ψcmerupakan FOV atau bidang pandang. Daya optik yang diterima (PRx) dari jalur LOS berasal dari daya optik yang ditransmisikan (PTx) dirumuskan sebagai berikut :

) 0 ( H P

P_RX_LoS  _TX (2.10)

2.10 Parameter Optik [19][21]

Terdapat beberapa parameter yang digunakan dalam pengukuran dan pengujian dari teknologi optik untuk mengetahui kualitas dari suatu komunikasi.

Parameter optik yang terdapat pada optisystem 16 disesuaikan dengan parameter yang terdapat pada rangkain Li-Fi yang digunakan pada proses pengambilan data.

2.10.1 Indoor LOS Channel

Indoor LOS Channel adalah kanal yang berisi beberapa parameter yang mempengaruhiindeks LOS pancaran sinar LED di dalam ruangan.

Gambar 2. 4 Parameter LOS Channel

Parameter yang terdapat pada Indoor LOS Channel sebagai berikut : 1. Distance (h) yaitu jarak antara LED dan detektor area.

2. Field of View ( ψc) yaitu bidang pandang dari sebuah photodetector yang menerima cahaya.

(35)

4. Tx Half Angle (φ1/2) yaitu setengah dari sudut pancaran sinar LED pada transmitter.

5. Incidence Angle atau (θ) sudut insiden yaitu sudut cahaya yang datang sehubungan dengan poros penerima.

6. Irradiance Angle atau sudut penyinaran (φ) yaitu sudut yang dipancarkan sehubungan tegak lurus pada pemancar atau disebut sudut timbul.

2.10.2 Opt Filt Signal

Opt Filt Signal berisi frekuensi dan bandwith di mana nilainya harus sama dengan parameter yang ada pada LED. Parameter yang ada pada Opt Filt Signal akan dipancarkan ke photodetector yang berfungsi sebagai transfer data yang telah di proses sebelumnya.

2.10.3 PIN Signal Model

PIN Signal Model digunakan untuk mengubah sinyal optik yang diterima menjadi arus listrik berdasarkan responsifitas perangkat. Pada PIN SignalModel ini meliputi :

a. Responsifitas (konstan, berdasarkan bahan yang di tentukan pengguna).

b. Pemodelan kebisingan (thermal noise, noise shot, dark current).

c. Model respons frekuensi.

2.10.4 NRZ Pulse Generator

NRZ Pulse Generator atau Non Return to Zero adalah proses pengubah nilai bit 0 dan 1 menjadi nilai (+) dan (-). NRZ Pulse Generator akan mengkonversi pulsa acak tersebut ke dalam bentuk sinyal digital dengan teknik line coding.

(36)

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1 ALAT YANG DIGUNAKAN

Penelitian ini menggunakan perangkat hardware dan software. Perangkat hardware yang digunakan yaitu laptop dengan spesifikasi intel pentium silver N5000 CPU 1.10 GHz dengan RAM 4096. Perangkat software yang digunakan adalah optysistem versi 16 dan Matlab. Optysistem adalah perangkat lunak yang digunakan untuk membuat simulasi perancangan jaringan komunikasi optik.

Dengan menggunakan optysistem penulis melakukan simulasi pada sistem komunikasi Light Fidelity (Li-Fi) untuk mengetahui kualitas pada sistem jaringan tanpa membangun jaringan secara nyata. Pada optysistem akan dilakukan analisis terhadap nilai pada daya optis OPM, SNR, BER dan Spectrum Analyzer yang didapatkan. Analisis data hasil dari simulasi pada jaringan Li-Fi akan dilakukan dengan Microsoft Excel untuk pengelompokan nilai hasil data dalam bentuk tabel.

Matlab digunakan untuk membuat nilai hasil data dalam bentuk grafik.

3.2 DIAGRAM ALUR PENELITIAN

Penelitian ini dibagi menjadi beberapa tahapan yang diawali dengan melakukan studi literatur dengan mencari referensi teori dari berbagai sumber baik berupa buku, jurnal, dan penelitian yang telah dilakukan berkaitan dengan sistem komunikasi Light Fidelity (Li-Fi). Tahapan selanjutnya adalah penentuan parameter pada rangkaian optisystem dengan menggunakan desain jaringan Li-Fi Indoor Optical Wireless Link (LOS model). Parameter yang akan diukur terdapat pada komponen LED pada bagian frequency dan bandwidth, pada komponen Indoor LOS channel pada bagian distance, detector area, index concentrator, FOV concentrator, Tx half angle, irradiance angle dan incidence angle. Pada komponen Opt Filt Signal pada bagian frequency dan bandwidth dan pada komponen PIN Signal Model pada bagian center frequency dan responsitivity.

Bagian pada komponen ini akan menjadi parameter ukur dalam penentuan model

(37)

Gambar 3. 1 Flowchart Alur Penelitian

Rangkaian pada sistem Li-Fi bersifat LOS, tidak adanya obstacle atau halangan sehingga data diterima langsung oleh receiver. Panjang gelombang (wavelength) yang digunakan 400 nm, 470 nm, 550 nm, 570 nm, 620 nm, dan 700 nm. Dengan menggunakan jarak (distance) dari 0,5 m, 1 m, 1,5 m, 2 m, 2,5 m, 3 m, 3,5 m, 4 m, 4,5 m, 5 m, 5,5 m, 6 m, 6,5, 7 m, 7,5 m, 8 m, 8,5 m, 9 m, 9,5 m, 10 m, 10,5 m, 11 m, 11,5 m, sampai dengan 12 m.

Setelah proses menjalankan simulasi pada optisytem, akan dilihat apakah parameter pengujian berhasil. Parameter pengujian dikatakan berhasil jika

(38)

memampilkan nilai pada OPM, SNR, BER dan Spectrum Analyzer. Apabila nilai pada parameter OPM, SNR, BER dan Spectrum Analyzer tidak muncul, perlu dilakukan perbaikan pada parameter atau mengubah nilai paramater. Setelah didapatkan data berupa nilai pada OPM, SNR, BER dan Spectrum Analyzer selanjutnya dilakukan pengambilan hasil data berupa nilai pada OPM, SNR, BER dimana nilai tersebut akan di masukan pada Microsoft Excel dalam bentuk tabel.

Selanjutnya analisis dilakukan terhadap data hasil simulasi yang sudah didapatkan dan dikelompokkan dalam bentuk tabel untuk memngetahui performansi dari simulasi Li-Fi, analisis dilakukan terhadap pada daya optis OPM, SNR, BER dan Spectrum Analyzer. Hasil dari simulasi pada jaringan Li-Fi dengan SNR dan BER yang telah memenuhi standar diharapkan nantinya bisa diaplikasikan secara real dengan menggunakan lampu LED sebagai sumber pencahayaan yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari dengan tujuan sebagai layanan sistem komunikasi yang optimal.

3.3 RANCANGAN SISTEM

Rangkaian sistem yang digunakan pada rangkaian Li-Fi di optisystem memiliki beberapa komponen yang menjadi penyusun seperti NRZ Pulse Generator, LED, Indoor LOS Channel, Opt Filt Signal, PIN Signal Model, Electrical Adder, TIA, DC Block, Ambient Noise Source, Data Recovery, dan BER Test Set.

(39)

Gambar 3. 2 Rangkaian Li-Fi (Light Fidelity) pada Optisystem

Seperti pada rangkaian Li-Fi pada gambar 3.2, pada simulasi sistem Li-Fi memiliki 2 bagian sistem yaitu bagian transmitter dan receiver. Pada bagian transmitter yaitu NRZ (Non Return to Zero) Pulse Generator, LED (Light Emitting Diode). Pada bagian transmitter terdapat blok media transmisi yaitu Indoor LOS Channel dan Opt Filt Signal. Pada bagian receiver yaitu PIN Signal Model, Ambient Noise Source, Data Recovery, dan BER Test Set. Parameter visualisator yang digunakan untuk melihat hasil kinerja setelah sistem dijalankan yaitu OPM (Optical Power Meter) Tx, OTDV (Optical Time Domain Visualizer) Tx, OSA (Optical Spectrum Analyzer) Tx, OSA Post Filter, OPM Post Filter, dan OSC (Optical Supervisory Channel) Ambient Shot Noise.

3.3.1 BLOK TRANSMITTER

Pada bagian transmitter terdiri dari komponen NRZ Pulse Generator dan LED. Komponen yang berada pada blok transmitter ditunjukkan pada gambar 3.3 sebagai berikut :

(40)

Gambar 3. 3 Blok Transmitter

Pada blok transmitter, komponen NRZ Pulse Generator berfungsi sebagai pengubah nilai bit 0 dan 1 menjadi nilai (+) dan (-) dang mengkonversikan pulsa acak tersebut kedalam bentuk sinyal digital dengan teknik line coding. Bit-bit biner yang diteruskan ke LED akan dikonversi menjadi data analog dan dimodulasikan dalam bentuk cahaya tampak. Pada komponen LED bagian frequency akan diinput menggunakan panjang gelombang pertama yaitu 400 nm dengan gelombang cahaya yang dipancarkan berwarna violet, panjang gelombang kedua yaitu 470 nm dengan gelombang cahaya yang dipancarkan berwarna biru, panjang gelombang ketiga yaitu 550 nm dengan gelombang 570 nm dengan gelombang cahaya yang dipancarkan berwarna kuning, panjang gelombang kelima yaitu 620 nm dengan gelombang cahaya yang dipancarkan berwarna jingga, panjang gelombang keenam yaitu 700 nm dengan gelombang cahaya yang dipancarkan berwarna merah dan bandwidth 0.03 nm pada masing-masing panjang gelombang. Parameter visualisator yang digunakan untuk melihat hasil kinerja setelah sistem dijalankan yaitu OPM (Optical Power Meter) Tx, OTDV (Optical Time Domain Visualizer) Tx, OSA (Optical Spectrum Analyzer) Tx.

3.3.2 BLOK MEDIA TRANSMISI

Pada bagian media transmisi terdiri dari Indoor LOS Channel dan Opt Filt Signal. Komponen yang berada pada blok media transmisi ditunjukkan pada gambar 3.4 sebagai berikut :

(41)

Gambar 3. 4 Blok Media Transmisi

Pada komponen indoor LOS Channel berisikan beberapa parameter yang digunakan seperti Distance, Detector Area, FOV Concentrator, Index Concentrator, TX Half Angle, Irradiance Angle dan Incidence Angle. Akan dilakukan 3 kali pengulangan percobaan pada tiap panjang gelombang yaitu 400 nm, 470 nm, 550 nm, 570 nm, 620 nm dan 700 nm. Bagian yang menjadi fokus pada penelitian ini yaitu pada bagian distance, irradiance angle dan incidence angle. Pada tiap panjang gelombang di ujikan dengan jarak yang telah ditentukan dari 0,5 meter sampai dengan jarak 12 meter. Terdapat dua percobaan yang diujikan dengan menggunakan irradiance angle dan incidence angle yang berbeda, percobaan pertama menggunakan irradiance angle dan incidence angle 20 degree.

Pada percobaan kedua menggunakan irradiance angle dan incidence angle 40 degree. Setelah itu cahaya tampak dari indoor LOS Channel akan diteruskan ke komponen Opt Filt Signal yang berisikan bagian frequency dan bandwidth, dimana frequency menggunakan panjang gelombang 400 nm, 470 nm, 550 nm, 570 nm, 620 nm dan 700 nmdengan bandwidth 0,03 pada masing-masing panjang gelombang.Berikut tabel 3.1 yang berisikan spesifikasi transmitterdan media transmisi pada sistem komunikasi Light Fidelity (Li-Fi) :

(42)

Tabel 3. 1 Spesifikasi Transmitter dan Media Transmisi

General Parameter Unit

Bandwidth LED 0,03 nm

Bandwidth Opt Filt signal 0,03 nm

Detector Area 2 cm2

Index Concentrator 2

FOV Concentrator 90 deg

Tx Half Angle 60

Bit Rate 20 Mbps

3.3.3 BLOK RECEIVER

Pada bagian receiver terdiri dari komponen PIN Signal Model, Ambient Noise Source, Electrical Adder, TIA, DC block, Data Recovery dan BER Test Set.

Komponen yang berada pada blok receiver ditunjukkan pada gambar 3.4 sebagai berikut :

Gambar 3. 5 Blok Receiver

Pada komponen PIN Signal Model berisi bagian seperti responsitivity dan center frequency pada downsampling. PIN Signal Model akan menerima cahaya tampak yang dikonversi menjadi sinyal digital berupa data biner. Nilai SNR dari hasil calculate akan ditampilkan pada komponen PIN Signal Model. Sinyal akan

(43)

listrik dengan tambahan noise thermal yang terdapat pada Ambient Noise Source.

Sinyal listrik akan diteruskan melewati DC Block menuju Data Recovery, yang berfungsi sebagai pemulihan data biner dari sinyal listrik dan diteruskan menuju komponen BER Test Set. Pada PIN Signal Model dapat dilihat nilai hasil simulasi Li-Fi berupa SNR. Sedangkan pada BER Test Set dapat dilihat data hasil simulasi Li-Fi berupa Bit Errors dan BER. Responsitivity PIN bernilai 0,2 A/W dan Noise Power bernilai 1e-15 W.

3.4 SKENARIO PENELITIAN

Penelitian ini menggunakan software optisystem 16 dengan desain jaringan Li-Fi Indoor Optical Wireless Link (LOS Model). Terdiri dari beberapa komponen seperti LED, Indoor LOS Channel, Opt Filt Signal dan PIN Signal Model yang beberapa bagian parameter nilainya menggunakan data yang akan diuji. Pada tabel 3.3 rancangan nilai penelitian dilakukan dengan panjang gelombang 400 nm, 470 nm, 550 nm, 570 nm, 620 nm dan 700 nm.

Tabel 3. 2 Rancangan Nilai Penelitian Frequency

LED Distance

Frequency Opt Filt

Signal

Center

Frequency Irradiance Angle Incidence Angle 400 nm 0,5 m - 12 m 400 nm 400 nm 20 deg dan 40 deg 20 deg dan 40 deg 470 nm 0,5 m - 12 m 470 nm 470 nm 20 deg dan 40 deg 20 deg dan 40 deg 550 nm 0,5 m - 12 m 550 nm 550 nm 20 deg dan 40 deg 20 deg dan 40 deg 570 nm 0,5 m - 12 m 570 nm 570 nm 20 deg dan 40 deg 20 deg dan 40 deg 620 nm 0,5 m - 12 m 620 nm 620 nm 20 deg dan 40 deg 20 deg dan 40 deg 700 nm 0,5 m - 12 m 700 nm 700 nm 20 deg dan 40 deg 20 deg dan 40 deg

Nilai yang diujikan pada penelitian ini berupa panjang gelombang dan jarak pada komponen LED, Indoor LOS Channel, Opt Filt Signal, dan PIN Signal Model. Penelitian ini menggunakan panjang gelombang yang bervariasi seperti 400 nm dengan gelombang cahaya yang dipancarkan berwarna violet, 470 nm dengan gelombang cahaya yang dipancarkan berwarna biru, 550 nm dengan gelombang cahaya yang dipancarkan berwarna hijau, 570 nm dengan gelombang cahaya yang dipancarkan berwarna kuning, 620 nm dengan gelombang cahaya

(44)

yang dipancarkan berwarna jingga dan 700 nm dengan gelombang cahaya yang dipancarkan berwarna merah. Masing-masing panjang gelombang diujikan dengan jarak 0,5 meter sampai dengan 12 meter. Pada tiap pengujian panjang gelombang dan jarak dilakukan pengambilan data yang diperlukan seperti OPM, SNR, BER dan Spectrum Analyzer. Nilai BER ditampilkan pada komponen BER Test set dengan syarat nilai BER yang baik menghasilkan nilai yang mendekati 0 dengan maksimal nilai bit error 1. Nilai SNR ditampilkan pada komponen PIN Signal Model dimana semakin tinggi nilai SNR yang didapatkan semakin bagus kualitas sinyal yang didapatkan. Nilai daya ditampilkan pada parameter visualisator seperti OPM Post Filter. Sedangkan nilai output Spectrum Analyzer ditampilkan pada parameter visualisator OSA Post Filter.

(45)

BAB 4

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

4.1 PARAMETER PENELITIAN

Analisis simulasi sistem komunikasi Light Fidelity (Li-Fi) yang menggunakan Light Emitting Diode (LED) sebagai sumber cahaya dilakukan terhadap parameter nilai OPM, SNR, BER dan Spectrum Analyzer yang disimulasikan menggunakan optisystem 16. Analisis dilakukan pada panjang gelombang (wavelength) dan jarak (distance) penerima pada komponen LED, Indoor LOS Channel, Opt Filt Signal, dan PIN Signal Model. Panjang gelombang yang digunakan bervariasi yaitu 400 nm, 470 nm, 550 nm, 570 nm, 620 nm dan 700 nm dengan variasi jarak dimulai dari 0,5 meter sampai dengan 12 meter.

Variasi dari panjang gelombang dan jarak terhadap nilai OPM, SNR, BER dan Spectrum Analyzer digunakan untuk melihat kinerja jaringan sistem komunikasi Li-Fi. BER mempresentasikan jumlah terjadinya error tiap jumlah bit data yang terkirim pada sistem digital. Nilai BER yang baik akan menghasilkan nilai yang mendekati 0 pada hasil pengujian dengan maksimal nilai bit error 1. Nilai SNR akan mengikuti nilai BER yang dihasilkan dimana semakin tinggi nilai SNR yang didapatkan semakin bagus kualitas sinyal yang didapatkan.

4.2 PERHITUNGAN MENGGUNAKAN HUKUM LAMBERTIAN

Pada perhitungan Gain Concentrator sudut bidang pandang atau FOV (ψc) yang diujikan pada penilitian yaitu 90 deg. Nilai n menunjukkan indeks bias, dimana indeks bias yang digunakan didalam ruangan yaitu udara yang bernilai 1,0003. Nilai Tx Half Angle (ɸ1/2) yang digunakan 60, nilai Irradiance Angle (ɸ) yang digunakan 20 deg, nilai Incidence Angle (θ) yang digunakan 20 deg, nilai Detector Area (A) yang digunakan 2 cm² dan nilai Distance (d) yang digunakan 0,5 meter sampai 12 m. Berikut perhitungan menggunakan Hukum Lambertian : 1. Perhitungan nilai m

(46)

m=