SIMULASI DAN ANALISIS PROSES MODULASI DAN DEMODULASI SINYAL INFORMASI VIDEO MENGGUNAKAN MODULATOR OPTIK MACH ZEHNDER

SIMULASI DAN ANALISIS PROSES MODULASI DAN DEMODULASI SINYAL INFORMASI VIDEO MENGGUNAKAN MODULATOR OPTIK MACH ZEHNDER

Friska Anggriani Sihombing¹, Akhmad Hambali², Eko Susatio³

¹Teknik Telekomunikasi, Fakultas Teknik Elektro, Universitas Telkom

Abstrak

Seiring meningkatnya kebutuhan akan komunikasi dan semakin beragamnya layanan komunikasi (seperti: suara, data, video, multimedia, dan internet) menyebabkan trend layanan komunikasi kecepatan tinggi perlu direalisasikan. Trend ini dapat diwujudkan dengan sistem komunikasi yang handal dan yang memiliki daya tampung informasi yang besar. Salah satunya adalah sistem komunikasi serat optik.

Untuk mentransmisikan sinyal informasi melalui sistem komunikasi optik ini, sinyal terlebih dahulu dimodulasi menggunakan modulator optik. LiNbO3 Mach Zehnder modulator merupakan modulator optik yang sudah dikembangkan secara luas dan banyak digunakan dalam sistem komunikasi ini karena kehandalannya. Untuk memodulasikan sinyal, modulator ini membutuhkan tegangan listrik pencantu yang berasal dari tegangan listrik sinyal informasi. Sinyal informasi yang digunakan adalah sinyal video dan audio yang dibentuk dalam pulsa NRZ Unipolar dan kemudian ditumpangkan pada sinyal carrier optik.

Berdasakan simulasi modulasi pada modulator Mach Zehnder ini didapat bahwa besar nilai tegangan pencatu untuk konfigurasi single sided pada koefisien elektro-optik r13 dan r33 masing-masing adalah 4.23 volt dan 1.266 volt. Sedangkan besar nilai tegangan pencatu untuk konfigurasi push full adalah setengah nilai tegangan pada konfigurasi single sided yaitu masing- masing 2.155 volt dan 0.633 volt. Untuk kedua konfigurasi modulator ini, besar intensitas keluaran modulator adalah sama, sebesar 2 watt.

Kata Kunci : Modulator Mach Zehnder, lithium niobate modulator, elektrooptik, modulasi optik

Abstract

With the increasing need for communication and the diversity of communication services such as:

voice, data, video, multimedia, and internet; led to a trend of high-speed communications services to be realized. This trend can be realized with a reliable communication system, which has a large capacity of information. One of which is a fiber optic communication systems.

For transmitting information signals through an optical communication system, the signal is modulated using an optical modulator firstly. LiNbO3 Mach Zehnder modulator is an optical modulator that has been extensively developed and widely used in communications systems because of its reliability. To modulate the signal, Mach Zehnder modulator requires a driving voltage from the voltage of information signal. Information signals used in this system are video and audio signals which are formed in NRZ Unipolar pulses and then superimposed on the optical carrier signal.

Based on the simulation of Mach Zehnder modulator, it is obtained that the value of driving voltage for single-sided configuration at the electro-optic coefficient r13 and r33, respectively are 4.23 volt and 1.266 volt. While, the value of driving voltage for push full configuration is half of the voltage value at the single-sided configuration that is each 2.155 volt and 0.633 volt. For both of modulator’s configuration (single sided and push full), the intensity at the output of modulator is the same one, at 2 watts.

Keywords : Modulator Mach Zehnder, lithium niobate modulator, elektrooptik, modulasi optik

AVI : Audio Video Interleaver NRZ : Non Return to Zero OOK : On Off Keying Mbps : Mega bit per sekon Gbps : Giga bit per sekon Rb : Rate bit

DAFTAR RUMUS

Ein : Berkas cahaya masukan modulator Mach Zehnder E1 : Berkas cahaya pada lengan 1 modulator

E2 : Berkas cahaya pada lengan 2 modulator : Perubahan nilai indeks bias modulator

: Perubahan fasa berkas cahaya yang merambat pada lengan modulator yang dicatu tegangan bias

n : indeks bias material LiNbO3 (sebelum dicatu) r : koefisien elekro-optik material

d : gap antar elektrode

L : panjang crystal (panjang elektrode) V : tegangan bias pencatu modulator

Vπ : nilai tegangan bias pencatu yang dibutuhkan untuk menghasilkan perubahan fasa sebesar π radian atau 180˚

Vπe : nilai tegangan Vπ pada saat koefisien elektro-optik r = r33 Vπo : nilai tegangan Vπ pada saat koefisien elektro-optik r = r13 A : Gelombang cahaya hasil interferensi pada output modulator A1 : Gelombang cahaya pada lengan 1 modulator

A2 : Gelombang cahaya pada lengan 2 modulator

I : Intensitas cahaya keluaran modulator

SIMULASI DAN ANALISIS PROSES MODULASI DAN DEMODULASI SINYAL INFORMASI VIDEO MENGGUNAKAN MODULATOR OPTIK MACH ZEHNDER

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Salah satu sistem komunikasi yang berkembang saat ini adalah sistem komunikasi serat optik. Penggunaan sistem komunikasi serat optik ini terus meningkat seiring dengan peningkatan trafik komunikasi dan kebutuhan akan media transmisi dengan bandwith besar. Kehandalan sistem komunikasi optik seperti bandwith yang besar, tidak rentan terhadap interferensi, sekuritas yang tinggi, loss transmisi yang kecil, dan kemampuan mengakomodasi komunikasi jarak jauh membuat sistem komunikasi ini sangat tepat diimplementasikan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat akan komunikasi dan layanan komunikasi yang beragam.

Seiring dengan semakin dibutuhkannya komunikasi, kemajuan teknologi, dan layanan telekomunikasi yang beragam, maka trend layanan komunikasi kecepatan tinggi perlu direalisasikan Modulator optik muncul sebagai komponen yang penting dalam merealisasikan komunikasi kecepatan tinggi. Salah satu modulator optik yang secara luas dikembangkan dan digunakan dalam sistem komunikasi optik adalah modulator eksternal optik Mach Zehnder. Modulator ini memiliki keunggulan seperti chirp yang rendah, bandwith yang lebar, dan insertion loss yang kecil sehingga mampu memodulasi sinyal dengan kapasitas besar dan kecepatan tinggi. Selain itu, modulator ini bekerja berdasarkan prinsip interferensi dua berkas cahaya yang menghasilkan suatu intensitas maksimum atau minimum sehingga penerima dapat mengenali sinyal informasi dengan mudah. Dengan kemampuan ini, sistem komunikasi kecepatan tinggi dapat direalisasikan.

Dalam tugas akhir ini disimulasikan proses modulasi sinyal yang terjadi

pada modulator Mach Zehnder dimana tegangan pencatu yang berasal dari sinyal

informasi diset terlebih dahulu, selain itu dianalisis beberapa parameter masukan

dan keluaran modulator Mach Zehnder.

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang yang telah disampaikan sebelumnya, maka dapat dijabarkan beberapa rumusan masalah yang dibahas pada tugas akhir ini, yaitu:

1. Bagaimana cara membentuk sinyal informasi pemodulasi modulator.

2. Seperti apa proses modulasi sinyal pada Modulator Mach Zehnder.

3. Apa pengaruh nilai tegangan pencatu modulator, konfigurasi modulator, material modulator, dan design modulator terhadap sinyal keluaran modulator.

4. Seperti apa analisis sinyal keluaran modulator.

1.3 Tujuan

Tujuan yang ingin dicapai melalui penelitian tugas akhir ini adalah:

1. Mensimulasikan proses modulasi dan demodulasi sinyal informasi menggunakan modulator Mach Zehnder.

2. Menganalisis parameter-parameter yang mempengaruhi keluaran modulator Mach Zehnder.

1.4 Batasan Masalah

Sesuai dengan rumusan masalah diatas, maka tugas akhir ini dibatasi terhadap beberapa hal, yaitu:

1. Sinyal informasi yang digunakan adalah sinyal video berformat avi dimana sinyal yang disimulasikan adalah satu frame gambar dan satu detik audio. Sinyal dibentuk dalam pulsa NRZ Unipolar.

2. Sumber cahaya LASER dengan panjang gelombang cahaya λ =1.55 μm dan amplitudo gelombang 1,414 volt.

3. Konfigurasi modulator yang diamati adalah single sided dan push full.

Material modulator adalah Lithium Niobate (LiNbO3).

4. Parameter yang diamati adalah nilai tegangan pencatu, indeks bias dan

koefisien elektro-optik material, perubahan fasa /beda fasa, dan intensitas

hasil interferensi gelombang cahaya.

SIMULASI DAN ANALISIS PROSES MODULASI DAN DEMODULASI SINYAL INFORMASI VIDEO MENGGUNAKAN MODULATOR OPTIK MACH ZEHNDER

6. Sistem modulasi tanpa noise dan loss.

7. Simulasi pada sistem modulator dengan menggunakan Matlab 2009a.

1.5 Metode Penelitian

Beberapa langkah penelitian yang untuk menyelesaikan tugas akhir ini adalah:

1. Studi Literatur

Bertujuan mempelajari teori-teori dasar yang terkait dalam tugas akhir, seperti: modulator optik, modulasi optik, konfigurasi dan design modulator.

2. Perancangan Model

Melakukan perancangan model sistem sesuai kebutuhan penelitian.

3. Simulasi

Mensimulasikan rancangan model modulator menggunakan aplikasi matlab.

4. Perhitungan dan Analisis Hasil

Perhitungan dilakukan untuk melakukan analisis keluaran modulator.

5. Pengambilan kesimpulan dan penyelesaian laporan

Kesimpulan diberikan berdasarkan simulasi dan analisis yang telah dilakukan terhadap parameter-parameter sistem modulator.

1.6 Sistematika Penulisan

Adapun sistematika yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini berisi latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, metode penelitian, sistematika penulisan.

BAB II DASAR TEORI

Bab ini berisi tentang teori dasar sistem komunikasi serat optik, sinyal informasi video dan audio, modulasi cahaya, modulator optik, sumber optik dan teori dasar modulator Mach Zehnder.

BAB III SISTEM DAN SIMULASI

Bab ini berisi tentang sistem dan simulasi tugas akhir, yang meliputi: pembentukan sinyal pemodulasi modulator, model modulator, proses modulasi sinyal pada modulator, dan karakteristik modulator Mach Zehnder.

BAB IV ANALISIS HASIL SIMULASI

Bab ini membahas analisis hasil simulasi, yang meliputi: analisis sinyal pemodulasi modulator, analisis sinyal keluaran laser, analisis modulasi fasa dan amplitude pada modulator, analisis perubahan nilai tegangan pencatu modulator, dan analisis intensitas cahaya.

BAB V PENUTUP

Bab ini berisi kesimpulan hasil penelitian tugas akhir dan saran

untuk pengembangan penelitian berikutnya.

BAB V KESIMPULAN

SIMULASI DAN ANALISIS PROSES MODULASI DAN DEMODULASI SINYAL INFORMASI VIDEO MENGGUNAKAN MODULATOR OPTIK MACH ZEHNDER

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil simulasi dan analisis yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Besar nilai tegangan listrik yang dibutuhkan untuk mencatu modulator Mach Zehnder secara signifikan dipengaruhi oleh nilai koefisien elektro- optik material LiNbO3. Untuk sinyal pemodulasi modulator yang sama yaitu sinyal NRZ Unipolar, nilai tegangan listrik pencatu modulator pada koefisien elektro-optik r13 adalah 4.23 volt, sedangkan nilai tegangan listrik pencatu modulator pada koefisien elektro-optik r33 adalah 1.266 volt. Pada koefisien elektro-optik r33, nilai tegangan lebih kecil seperempat kali nilai tegangan pada koefisien elektro-optik r13.

2. Konfigurasi modulator juga memberikan pengaruh yang signifikan terhadap besar nilai tegangan pencatu modulator. Untuk sinyal pemodulasi modulator yang sama yaitu sinyal NRZ Unipolar, nilai tegangan listrik pencatu modulator pada konfigurasi single sided adalah 1.266 volt, sedangkan nilai tegangan listrik pencatu modulator pada konfigurasi push full adalah 0.633 volt. Pada konfigurasi push full, nilai tegangan pencatu yang dibutuhkan dapat diperkecil setengah kali nilai tegangan pada konfigurasi single sided. Nilai terkecil dari tegangan pencatu modulator didapat ketika modulator dioperasikan pada konfigurasi push full dengan koefisien elektro-optik material r33.

3. Untuk sinyal NRZ Unipolar yang sama dan besar nilai tegangan pencatu

yang berbeda, intensitas cahaya keluaran modulator adalah sama yaitu

sebesar 2 watt. Walaupun besar tegangan pencatu modulator berbeda pada

kedua konfigurasinya, perbedaan ini dapat menghasilkan intensitas yang

sama, dimana intensitas maksimum diperoleh pada saat tegangan V=0 volt

dan intensitas minimum diperoleh pada saat tegangan V=Vπ volt atau pada saat beda fasa antar kedua berkas cahaya keluaran lengan adala 0˚ dan 180˚.

5.2 Saran

Berikut saran yang diajukan oleh penulis untuk penelitian selanjutnya:

1. Menggunakan teknik modulasi yang lebih maju seperti: RZ-OOK, CSRZ, Duobinary, Differential QPSK (DQPSK) dan kemudian dibandingkan kinerjanya dengan teknik modulasi NRZ-OOK.

2. Menggunakan konfigurasi modulator lainnya seperti traveling wave modulator Mach Zehnder.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Yahya, Esmael H.M, ”Thesis: Mach Zehnder Interferometer”, Universiti Teknologi Malaysia, Malaysia, 2006/2007

[2] Xiong, Fuqin.,”Digital Modulation Techniques”, Artech House, Second Edition, Norwood, 2006.

[3] Ghione,Giovanni.,”Semiconductor Devices for High Speed Optoelectronics”, Politecnico d’ Torino, Italy, Cambridge University Press, 2009.

[4] K.Dutta, Achyut., K.Dutta, Niloy., Fujiwwa, Masahiko., ”WDM Technologies : Active Optical Component”, Academic Press, 2002.

[5] Kaminow, Ivan.P., Li, Tiengye., E.Willner, Alan., ”Optical Fiber Telecommunications V: Components and Subsystem”, Academic Press, 2008.

[6] Boudrioua, Azzedine., ”Photonic Waveguide”, Wiley Theory and Application, 2006.

[7] K. Majumdar, Aran., C.Riklin, Jennifer., ”Free-space Laser Communication”, Springer-Verlag, USA, 2008.

[8] Edward, Sackinger., ”Broadband Circuits for Optical Fiber Communication”, Wiley Intersience, 2005.

[9] Bas, Michael., ”Third Edition: Hand Book of Optics,” Mc Graw Hill, 2010.

[10] Ho, K.,P., ”Phase Modulated Optical Communication Systems”, Institute of Communication Engineering and Department of Electrical Engineering National Taiwan University, Taipei, Taiwan, 2005.

[11] Barton Scoot, Jonathon., ”Dissertation: The Integration of Mach Zehnder Modulator with Sampled Grating DBR Lasers”, 2004.

[12] Harris, Muhammad., ”Formats for High Bit Rate Optical Networks”, 2008.

[13] Sary Sartika, Mangiwa., “Analisa dan Simulasi Modulator Mach Zehnder

untuk Pengiriman Sinyal Informasi Video Menggunkan Teknik Modulasi

BPSK dan QPSK”, IT. Telkom, Bandung, 2010.