Analog Systems

ANALOG SYSTEMS

Dalam jaringan telekomunikasi pada saat ini saluran telepon telah dihubungkan dengan perangkat digital . Alasan utamanya adalah pengenalan perangkat teknologi rangkaian terpadu digital, yang menawarkan metode pengiriman signal suara dan signal data yang dapat diandalkan dan ekonomis. Sejak pemakaian pertama fiber optik digunakan untuk jaringan telekomunukasi

Penggunaanya pertama kali melibatkan hubungan digital. Bagaimanapun dalam berbagai instansi untuk mengirimkan informasi lebih menguntungkan dalam bentuk analogsebagai pengganti pengubahan menjadi bentuk digital. Beberapa contohnya adalah microwave, multiplexed signals, subscriberlop applications, video distribution, antenna remoting, dan radar signal processing. Kebanyakan peralatan analog menggunakan laser dioda tramsmitter, jadi kita sebaiknya berkonsentrasi pada sumber optikal disini.

Pada saat menggunakan sistem analog fiber optik, parameter utama yang harus diperhitungkan adalah the carrier-to-noise ratio, bandwidth, dan signal distorsion yang dihasilkan dari tidak adanya hubungan dalam sistem transmisi. Menerangkan pengoperasian umum aspek dan komponen dari suatu hubungan analog fiber optik. Dalam sistem analog yang adalah suatu carrier-to-noise ratio, bukan signal-to-noise ratio analisis, karena sinyal informasi biasanya dipancarkan pada frekuensi radio (RF) carrier. Jadi di bagian 9.2 kami menguji penggunaan carrier to noise rasio yang dibawa ke account transmitter, receiver dan quantum noise effect. Ini pertama kali dilakukan untuk single channel dengan asusmsi bahwa sinyal informasi langsung disesuaikan denngan suatu optikal carrier. Dalam pengujian ini kita memberikan perhatian khusus pada intensitas suara dalam sumber optical.

Untuk mengirimkan signal yang banyak melalui channel yang sama, kita bisa menggunakan teknik sub carrier modulation. Dalam metode ini yang dijelaskan pada bagian 9.3, sinyal informasi pertama dipancarkan pada ancillary RF sub carrier. Aalat ini kemudian dikombinasikan dan hasil signal elektriknya digunakan untuk menyesuaikan optikal carrier. Faktor yang terbatas pada sistem ini adalah bunyi yang timbul dari dorongan yang selaras dan sesuai.

9.1 Pendahuluan dari hubungan analog

Gambar 9.1 menunjukkan bagian-bagian dasar dari suatu hubungan analog. Pemancarnya terdiri dari suatu suatu sumber optik LED atau sumber laser dioda. Seperti yang sudah dijelaskan pada bagian 4.4 dan ditunjukkan pada gambar 4-35, didalam peralatan analog pertama tama diatur suatu titik bias pada sumbernya kira2 dititik tengah dan batas hasil daerah. Kemudian sinyal analognya dapat dikirimkan dengan menggunakan salah satu teknik yang sesuai. Bentuk yang paling sederhana untuk hubungan optical fiber adalah direct intensiti modulation, dimana hasil optikal berasal dari sumber yang mudah disesuaikan dengan mengubah keadaan umum disekitar titik bias yang sesuai dengan level signal pesannya. Jadi sinyal informasi langsung dikirim kedalam base band .

Namun adapula metode yang rumit tetapi lebih efisien. Yaitu dengan cara mengirimkan sinyal base band ke elektrical sub carrier PN OR untuk lebih mengintensifikasikan keteraturan sumbernya. Cara ini dilakukan dengan menggunakan teknik2 standar amplitude modulation ( AM ), frekuensi modulation (FM), atau phase modulation (PM). Tidak peduli metode apa yang ditanamkan seseorang harus benar2 memperhatikan ketidak seimbangan pada sumber optikalnya. Hal ini termasuk gangguan keserasian, produk intermodulation, kekuatan suara yang terbatas (RIN) dilaser.

Hubungan bagian2 fiber optik ditunjukan pada gambar 9-1. Seseorang harus menghitung frekuensi ketergantungkan amplitudo, fase dan hambatan pada fiber. Jadi fiber harus mempunyai amplitudo yang datar dan respon hambatan yang dibutukan oleh passband untuk mengirimkan signal bebas dari batas gangguan. Sebagai tambahan, berhubung modal- distorsion-limited bandwidth sukar untuk disesuaikan, maka yang terbaik adalah memilih single-mode fiber. Penggunaan fiber juga penting untuk dilakukan karena keadaan carrier to noise rasio dari sistemnya akan berubah seperti fungsi pada receive optical power.

Bagian2 dasar dari suatu mata rantai analog dan penghasil utama suara.

Pada bagian penerima hal yang paling diperhatikan adalah keadaan suara itu sendiri. Photo detektor yang memiliki batas2 yang tepat dan bandwidth yang melampaui beberapa giga hertz siap untuk digunakan. Sumber suara yang utama dalah suara yang banyak dan panas didalam photo dioda dan amplifier suara pada penerima elektrik.

9.2 CARRIER TO NOISE RATIO

Didalam menganalisa keadaan sistem analog, seseorang biasanya menghitung rasio dalam rms daya carrier dengan rms daya noise pada keluaran dari penerima optika. Hal ini dikenal sebagai carrier to noise rasio ( CNR ) dan diperoleh dengan cara

CNR =

Untuk hubungan dimana hanya satu channel informasi yang dikirimkan, tiga bagian pertama adalah penting. Faktor intermodulasi timbul pada saat channel-chanel pesan yang banyak beroperasi pada frekuensi carrier yang berbeda. Dikirimkan secara bersamaan pada fiber yang sama. Pada bagian ini pertama – tama kita sebaiknya kita menguji suatu sinyal channel AM tunggal yang sederhana dan yang dikirimkan dengan frekuensi base band. Bagian 9.3 berhubungan dengan sistem multi channel dimana batas noise intermodulasion menjadi penting.

9.2.1 Daya Carier

Untuk menemukan daya carier pertama-tama kita lihat sinyal yang dihasilkan pada pengirimnya. Seperti yang ditunjukkan pada gambar 9.2 , penggerak umum melalui sumber optikal adalah jumlah dari campuran bias umum dan perubah waktu sinusoid sumbernya bergerak seperti suatu alat square law sehingga bungkus dari hasil tenaga optikal p(t) mempunyai bentuk sama dengan tenaga penggerak umum. Kalau penggerak sinyal analog perubah waktu adalah s(t) maka

dimana Pt adalah tenaga optikal pada level bias umum dan indeks modulation ini dijelaskan dengan Eq(4-54). Pada batas – batas daya optikal indeks modulation diperoleh dengan cara

dimana )Ppeak dan Pt dijelaskan dalam gambar (9.2) nilai nilai khusus darti m untuk peralatan - peralatan untuk sinyal sinusodial, tenaga carier c pada hasil penerima (bagian2 A² ) adalah

dimana R0 adalah gabungan perolehan tanggapan dari photo detector, M adalah keadaan pembiasan suatu laser dioda dan respon yang dihasilkan terhadap sinyal analog modulation. Perolehan photo detector ( M=1 untuk pin photo dioda ), dan P adalah daya penerima optical rata2.

9.2.2 PHOTODETECTOR AND PREAMPLIFIER NOISE

Bentuk dari photo dioda dan preamplifier noises masing2 ditunjukan dengan EQS (6-16) dan (6-17) untuk photo dioda kami mempunyai

Disini, seperti yang dijelaskan pada bab 6 Id = R0 P adalah Photo current dasar, Id adalah detector lebar / besarnya gelap secara umum, M adalah perolehan photo dioda dengan F (M) sebagai gambar suara gabungannya, IL adalah detektor permukaan kebocoran umum dan B adalah penerima bandwidth. Untuk photo dioda yang dirancang dengan baik batas kebocoran umumnya kecil bila dibandingkan dengan batas yang pertama dan dapat diabaikan. Untuk menghasilkan Eq (6-17) untuk preamplifier noise, kami mempunyai

disini Req adalah perlawanan yang sebanding dari muatan photo dioda dan amplifier ,dan Fi adalah faktor suara dari preamplifier.

9.2.3 RELATIVE INTENSITY NOISE

Dimana sumber noise adalah

sehingga relative intensity noisenya didefinisikan dalam dB/Hz

Dengan persamaan – persamaan yang ada diatas maka akan diperoleh persamaan carrier to noise ratio untuk single channel AM sistem adalah :

9.2.4 Efek - efek yg ditimbulkan oleh RIN.

Didalam menggunakan hubungan analog yang cepat, harus dilakukan tindakan2 pencegahan khusus untuk memperkecil pantulan2 optikal balik ke laser. Sinyal pantulan balik dapat meningkatkan RIN 10 sampai 20 dB seperti yang terlihat pada gambar 9.5. Lengkungan - lengkungan ini menunjukkan peningkatan RIN pada titik bias yang berada pada jarak 1.24 sampai 1.62 kali the threshold current level. Rasio tenaga titik balik pada gambar 9-5 adalah jumlah daya optikal pantulan balik ke laser dengan hasil cahaya/ sinar dari sumbernya. Sebagai contohnya, garis putus - putus yang terlihat pada 1,33 Ith rasio titik baliknyaharus kurang dari –60 dB agar dapat mengatur RIN kurang dari – 140 dB/Hz

Pada saat level kekuatan optik pada penerimaan kecil, maka noise yang mendominasi berasal dari rangkaian pre-amp. Ada beberapa rumusan yang menerangkan tentang rasio carrier-to-noise.

Dalam hal ini perbandingan carrier dengan noise berbanding langsung dengan kuadrat dari kekuatan optik yang diterima, yakni setiap perubahan 1-dB power optik yang diterima, C/N akan berubah dengan 2 dB.

Pada dioda foto yang baik, maka setiap perubahan 1-dB kekuatan optik yang diterima, C/N akan berubah 1 dB. Rumusnya adalah :

Lain lagi halnya jika laser yang digunakan memiliki nilai RIN yang tinggi, maka noise yang ditimbulkan dari pantulan akan mendominasi lebih besar dari noise yang lain, dan perbandingan carrier ke noisenya adalah :

Hal ini menjadikannya konstan. Kemampuannya tidak dapat ditingkatkan kecuali index modulasinya dinaikkan.

9.3. TEKNIK TRANSMISI MULTICHANNEL

Teknik broadcast, dimana satu sumber mengirim sinyal ke berbagai penerima dengan media fiber optik, dapat dilakukan dengan cara multiplex, dimana subcariernya menggunakan frekuensi yang berbeda-beda, dan dikombinasi menggunakan frequency-division-multiplexing (FDM) untuk membentuk sinyal komposit yang akan secara langsung memodulasi sumber optik tunggal.

Gelombang AM merupakan cara yang murah untuk melayani siaran CATV, namun sinyal yang ada rentan terhadap noise dan distorsi nonlinear. Bila ingin memperbaiki kualitas, gunakan FM, walaupun menggunakan bandwidth lebih besar. Alternatif lain yang telah dikembangkan adalah menggunakan gelombang microwave, yang memiliki frekuensi lebih tinggi dari AM dan FM dan kualitas yang dihasilkan akan lebih baik.

9.3.1 MULTYCHANNEL AMPLITUDE MODULATION

Yang pertama kali menyebar luaskan Aplikasi untuk hubungan antara fiber optik secara analog yang mana di mulai pada akhir tahun 1980 adalah CATV Network. Network jenis ini beroprasi pada frekuensi antara 50 sampai 88 Mhz dan dari 120 samapi 550 Mhz. Frekuensi anatara 88 samapi 120 Mhz tidak digunaka karena digunaaka untuk penyiaran radio FM. Network ini dapat membawa lebih dari 80 AM vestigal-side band (AM-VSB) video chanel, masing-masing mempunyai noise selebar 4 Mhz dari lebar chanel yang 6 Mhz, dengan S/N ratio sebesar 40db. Untuk mempertahankan kesamaan dengan coax base network yang sebelumnya, format dari multichanel AM-VSB juga dipilih untuk sistem fiber optik. Gambar 9.7 memperlihatkan teknik untuk menggabungkan N pesan yang berdiri sendiri. Sinyal informasi pada chanel I gelombang pembawa AM mempunyai frekuensi Fi , dimana I= 1,2,...,N. Power RF menggabungkan kemudian menjumlah AM sejumlah N, yang menghasilkan sinyal FDN, yang mana intensitas modulasinya seperti Laser Dioda. Seperti halnya penerima optik, susunan paralel dari filter bandpass memisahkan sinyal dari gelombang cariernya, sehingga didapat sinyal aslinya, dengan teknik standar RF.

Untuk sejumlah besar carier FDM dengan fasa acak, sinyal carier menumpangi power basis. Kemudian untuk N channel, modulasi optikal dengan index m berhubungan dengan modulasi index m_i per channel dengan:

Jika setiap modulasi channel index m_i nilainya sama dengan nilai m_c, maka dirumuskan :

Hasilnya jika N sinyal adalah frekuensi yang telah di multiplex dan digunakan untuk memodulasi sumber optik tunggal maka rasio ke noise dari sinyal tunggal berkurang dengan 10 log N. Andaikata beberapa channel digabungkan maka sinyal akan memperkuat tegangan, maka karakteristik penurunan menjadi 10 log N.

Jika beberapa frekuensi carrier melewati peralatan non linier seperti laser dioda dapat membangkitkan sinyal yang berbeda dari frekuensi asalnya yang disebut juga sebagai frekuensi intermodulation, dan dapat menyebabkan interferensi pada kedua band dari channel. Hasilnya adalah penurunan jumlah sinyal yang dapat ditransmisikan.

Jika frekuensi kerja dari channel kurang dari 1 oktaf seluruh distorsi harmonis bahkan distorsi intermodulasi (IM) akan keluar dari passband. Jika signal passband mengandung banyak signal carrier. Beberapa IM akan muncul pada frekuensi pada sama. Hal ini disebut juga staking yang merupakan tambahan dari basis power. Dimana ada dua nada orde ketiga tersebar pada daerah operasi passband. Tripel beat product dibuat untuk dikonsentrasikan pada tengah – tengah channel, jadi pembawa pusat menerima inteferensi yang paling besar. Tabel 9.1 dan 9.2 menunjukkan distribusi dari third order tripel beat and two tone IM product untuk nomer channel N dari 1 – 8.

Ganbar 9.8. Prediksi performance CSO relatif untuk AM CATV 60 channel.

Hasil dari beat stcaking adalah secara umum pada CSO ( Composite Second Order ) dan CTB ( Composite Tripel Beat ) dan digunakan untuk menggunakan kemampuan dari multichannel hubungan AM.

9.3.2 MULTICHANNEL FREQUENCY MODULATION

Penggunaan signal AM-VSB untuk mengirim beberapa channel analog adalah prinsip lurus kedepan dan sederhana. Bagaimana pun juga hal itu memiliki syarat C/N paling tidak 40 dB untuk setiap channel AM dimana antara laser dan penerimanya harus garis lurus. Cara lain adalah denga menggunakan modulaasi frekuensi ( FM ) dimana setiap subcarrier dimodulasi oleh frekuensi dengan signal informasi, namun hal ini membutuhkan bandwide lebih besar sekitar 7 – 8 kali dari AM. Rasio S/N dari output detector FM jauh lebih besar dari rasio C/N pada input dari detector.

Rasio dari s/n tergantung pada desain sistem tetapi umumnya berada pada 36-44 db

9.3.3 SUBCARRIER MULTIPLEXING

konsep dasar dari SCM sistem adalah input yang menuju transmiter terdapat berbagai macam N independent analog dan digital base bang signal. Signal – signal tersebut dapat membawa suara , data, gambar, digital audio, hi definition video, dan berberapa signal lainnya baik analog maupun digital. setiap signal yang datang digabungkan dengan lokal oscilator frekuensi bekerja pada 2 hingga 8 Mhz yang juga dikenal senbagai sub cariers gabungan dari sub cariers termodulasi memberikan komposisis frekunsi-division-multiplexed signal yang digunakan untuk menjalankan laser dioda.

Pada akhir dari penerimaan signal optik terdeteksi secara langsung dengan wide band kecepatan tinggi pada In Ga As pin foto dioda dan diubah kembali menjadi signal micro wafe untuk hubunga jarak jauh dapat menggunakan frekuensi 50 – 80 Ghz untuk memperkuat signal micro wave yang diterima digunakan penguat wide band low noise atau penerima pin FET

Posted in: Sistem Komunikasi Serat Optik