Analisa Karakteristik Tegangan dan Delay Pada Visible Light
1. Pendahuluan
Saat ini sudah banyak penelitian dan pengembangan perangkat menggunakan LED. Perangkat LED memiliki konsumsi daya yang rendah, umur yang relatif lama jika dibandingkan dengan lampu pendar seperti tubular lamp (lampu TL) atau lampu neon, tanpa mercury, perpaduan warna, serta switching yang cepat [2]. Sedangkan photodetector pada receiver bisa menggunakan photodiode ataupun phototransistor. Perbedaan dari kedua komponen tersebut adalah pada struktur bahan pembuatnya.
kabel dilakukan pada area yang penuh dengan komunikasi berbasis Radio Frequency. Selain itu, VLC merupakan komunikasi yang aman, mudah untuk diterapkan serta masih bebas menggunakan frekuensi mana saja sehingga bisa menjadi alternatif komunikasi tanpa kabel bahkan menjadi standar baru dalam komunikasi tanpa kabel. Pada sistem
VLC harus tetap memperhatian parameter untuk sistem komunikasi yaitu attenuasi dan delay propagasi [1]. Untuk sistem VLC menggunakan cahaya putih (multiple
wavelength ) dari LED yang berkedip dengan frekuensi yang
bisa diatur sesuai kebutuhan untuk pengiriman sinyal. Saat sinyal optik (cahaya) yang dipancarkan LED mencapai
receiver , photodetector kemudian akan mengkonversi sinyal
optik tersebut menjadi sinyal listrik berupa tegangan atau arus.
Photodiode terbuat dengan konfigurasi PN junction,
yang kecepatan datanya melebihi bluethoth dan Wi-Fi, komunikasi kendaraan yang berupa aplikasi VLC pada trafik light dan kendaraan dan lain-lain. Pada umumnya VLC menggunakan cahaya putih yang memiliki rentang frekuensi 400 THz (780 nm) sampai 800 THz (375 nm) sebagai sinyal karier optik untuk mengirimkan sinyal informasi. VLC mampu mengirimkan data tanpa kabel dengan bit rate tinggi hingga 100 Mbps. Keuntungan utama dari VLC adalah tidak terpengaruh peralatan komunikasi berbasis Radio
sedangkan phototransistor terbuat dengan konfigurasi NPN junction [3].
Berdasarkan penelitian Pang G., Ho K.L., Kwa T., Yang E, yang telah meneliti bahwa pengiriman sinyal audio menggunakan VLC dengan transmitter dan receiver dapat mencapai jarak 40 cm jika tanpa lensa, dan dapat mencapai jarak 200 cm menggunakan lensa pemfokus [4]. Penelitian Ma’ruf dkk lebih lanjut melakukan penelitian bahwa komunikasi VLC dengan semakin jauh jarak antara
transmitter dan receiver, maka pada pengiriman sinyal audio semakin besar system loss [5].
Sedangkan sinyal audio memiliki rentang frekuensi antara 20 Hz hingga 20 kHz, sehingga setiap frekuensi ＊ dalam pengiriman sinyal audio memiliki respon yang
Korespondensi
a) Prodi Teknik Telekomunikasi , Departemen Elektro Politeknik Elektronika Negeri Surabaya (PENS), Kampus PENS, Jl. Raya ITS, Sukolilo Surabaya, Indonesia
Frequency (RF). Hal ini memungkinkan komunikasi tanpa
175 Prosiding Seminar Nasional Teknologi Elektro Terapan 2017 Vol.01 No.01, ISSN: 2581-0049
Analisa Karakteristik Tegangan dan Delay Pada Visible Light
Communication (
Visible Light Communication (VLC). Pada sistem VLC merupakan komunikasi yang aman, mudah untuk diterapkan serta
VLC) Haniah Mahmudah*
a) , Ari Wijayanti
a) , Okkie Puspitorini
a) , Nur Adi Siswandari
a) Abstrak: Saat ini mulai dikembangan teknologi komunikasi yang menggunakan cahaya tampak untuk mengirimkan
sinyal dengan media transmisinya adalah udara dan photodetector sebagai komponen penerima cahaya yang disebut dengan
masih bebas menggunakan frekuensi mana saja sehingga bisa menjadi alternatif komunikasi tanpa kabel bahkan menjadi standar baru dalam komunikasi tanpa kabel dengan keunggulan salah satunya mampu mengirimkan data tanpa kabel dengan
komunikasi yang menggunakan cahaya tampak untuk mengirimkan sinyal dengan media transmisinya adalah udara dan photodetector sebagai komponen penerima cahaya untuk dikonversi menjadi tegangan atau arus. Beberapa aplikasi dari VLC antara lain adalah untuk mobile
bit rate tinggi. Pada aplikasi sistem komunikasi harus tetap memperhatian parameter attenuasi dan delay. Untuk itu pada
penelitian ini dibuat prototype sistem VLC dengan menganalisa karakteristik pengiriman berupa analisa tegangan output serta
delay menggunakan sinyal sinus dan sinyal kotak yang memiliki rentang frekuensi 1 kHz sampai 20 kHz sebagai fungsi jarak
antara transmitter dan receiver. Dari hasil penelitian yang sudah dilakukan pada pengiriman sinyal sinus pada frekuensi 1 kHz, 10 kHz dan 20 kHz dengan perubahan jarak 0-4 cm tegangan output mengalami pelemahan. Sedangkan pengiriman sinyal sinus pada frekuensi 1 kHz dengan perubahan jarak 0-4 cm tidak mengalami delay dan frekuensi 10 kHz dan 20 kHz mengalami delay 10 µs. Untuk pengiriman sinyal kotak pada frekuensi 1 kHz, 10 kHz dan 20 kHz dengan perubahan jarak 0-4 cm tegangan output mengalami pelemahan. Sedangkan pengiriman sinyal kotak pada frekuensi 1 kHz dengan perubahan jarak 0-4 cm tidak mengalami delay. Sedangan pada frekuensi 10 kHz dan 20 kHz mengalami delay 10 µs.
Kata Kunci: VLC, tegangan, delay
Visible Light Communication (VLC) adalah teknologi
conectivity yang meghubungkan beberapa perangkat data berbeda terhadap sistem dengan tegangan maupun delay yang terjadi. Parameter attenuasi dan delay sangat diperlukan pada sistem komunikasi. Untuk mengatasi keandalan suatu sistem komunikasi maka pada penelitian dibuat prototype VLC dengan menganalisa karakteristik tegangan output serta delay menggunakan input berupa sinyal sinus dan sinyal kotak yang memiliki rentang frekuensi 1kHz sampai 20 kHz sebagai fungsi jarak antara
transmitter dan receiver.
Pada penelitian ini untuk sumber cahaya menggunakan perangkat LED karena daya yang digunakan rendah, lebih terang dan lebih murah seiring berkembangnya LED menggunakan LED lebih efektif dalam untuk transmisi sinyal optik dibandingkan lampu pendar. Transmitter ini terdiri dari konektor input sinyal audio, rangkaian penguat aktif operational amplifier, rangkaian LED driver, dan LED Super Bright. Untuk input pada rangkaian masuk ke rangkaian penguat aktif berupa operational amplifier untuk dikuatkan. Sinyal hasil penguatan digunakan oleh rangkaian LED driver untuk mengontrol nyala on/off dari LED kemudian ditransmisikan secara wireless sehingga diterima oleh receiver.
2. Desain dan prototype dari VLC
2.1. Desain Sistem
Untuk rangkaian transmitter, input sinyal berupa sinyal sinus dan sinyal kotak yang dibangkitkan dari
Untuk rangkaian receiver terdiri dari phototransistor, rangkaian penguat aktif operational amplifier, dan konektor output speaker. Phototransistor mempunyai prinsip yang sama dengan photodiode dimana photodiode terbuat dari
2N3904 sebagai LED driver, dan LED Super-Bright putih sebagai pemancar cahaya. Sedangkan rangkaian receiver terdiri dari phototransistor GP1S53V yang memiliki sensitifitas panjang gelombang 400 nm hingga 1200 nm serta respon waktu 3 µs, IC LM 386 sebagai penguat sinyal
Gambar 2. Prototype rangkaian sistem VLC.
Pada penelitian prototype ini digunakan untuk pengiriman sinyal sinus dan sinyal kotak dengan perubahan frekuensi yaitu frekuensi rendah yaitu 1 kHz, 10 kHz, dan frekuensi 20 kHz dengan melakukan perubahan jarak antara LED dan phototransistor.
3. Pengujian Sistem
.
menangkap cahaya. Electron dalam base-collector junction akan terlepas saat menerima photon cahaya dan menghasilkan arus, arus kemudian akan masuk dalam base dan dikuatkan [3].
junction yang dikemas secara transparan sehingga bisa
konfigurasi photodiode tersebut. Photo-transistor pada dasarnya adalah transistor bipolar dengan base-collector
semiconductor p-n junction , sementara pada phototransistor ditambahkan semikonduktor tipe n pada
output phototransistor, dan speaker
function generator . Sinyal input elektrik yang tersebut
Receiver Gambar 1. Blok diagram penelitian untuk sistem VLC.
Prototype sistem VLC terdiri dari transmitter dan receiver seperti pada blok diagram pada Gambar 1. Untuk perangkat yang digunakan pada transmitter terdiri dari IC LM741 sebagai penguat sinyal input, transistor
Penguat Sinyal (Operational Amplifier) Untuk pengamatan dilakukan menggunakan oscilloscope Pada Gambar 4 adalah tampilan oscilloscope untuk dengan menggunakan dua channel untuk channel input pengiriman sinyal sinus dengan frekuensi yaitu 10 kHz (CH1) dan channel output (CH2). Pada CH1 adalah sinyal pada jarak 0 cm. Hasil pengukuran seperti pada Gambar 4
Phototransistor Demodulasi Sinyal Optik
LED Driver LED
Penguat Sinyal (Operational Amplifier)
Sinyal Sinus / Kotak Function Generator
dari LED menjadi sinyal elektrik. Sinyal elektrik hasil konversi masih tergolong memiliki level tegangan rendah sehingga dibutuhkan penguat.
phototransistor akan mengkonversi kembali sinyal optik
dikuatkan kemudian digunakan untuk mengontrol nyala LED. Karena frekuensi sinyal yang tinggi, mata manusia tidak bisa melihat nyala/mati LED. Nyala on/off LED yang merepresentasikan sinyal elektrik kemudian ditransmisikan melalui udara. Pada receiver, komponen
Sinyal Output / Speaker Transmitter
input yang diamati pada output penguat LM741 transmitter dengan tegangan sinyal output 2,8 Vpp, serta terjadi delay
sedangkan CH2 adalah sinyal output yang diamati pada sekitar 10 µs dapat dilihat pada Tabel 1. speaker . Sinyal input pada CH1 sudah melalui penguatansinyal untuk men-drive LED, sinyal output pada CH2 juga sinyal hasil penguatan dari demodulasi optik oleh
o photo-transistor , serta terjadi perbedaan fase 90 antara
sinyal input dan output. Untuk pengamatan yang akan dilakukan adalah pengamatan tegangan input dan tegangan
output serta delay pada komunikasi VLC. Sebelum
melakukan pengujian dilakukan pengukuran noise dengan cara rangkaian dalam keadaan mati, CH1 di sinyal input dan CH2 pada sinyal ouput. Hasil pengukuran noise di CH2
- 3 adalah 4.10 mV.
3.1 Pengujian sistem menggunakan Sinyal Sinus
Untuk pengujian menggunakan input berupa sinyal sinus, tegangan 4 Vpp dengan perubahan frekuensi untuk frekuensi yaitu 1 kHz, 10 kHz, dan frekuensi yaitu 20 kHz.
Gambar 5. Hasil pengujian sinyal sinus pada frekuensi 20 kHz.
Pada Gambar 5 adalah tampilan oscilloscope untuk pengiriman sinyal sinus dengan frekuensi 20 kHz pada jarak 0 cm. Hasil pengukuran tegangan pada Gambar 5 menunjukkan tegangan output yang dihasilkan lebih kecil dibandingkan tegangan input. Untuk hasil pengukuran tegangan output sebesar 2 Vpp sehingga pada sistem VLC sudah mengalami pelemahan sinyal, dan sudah terdapat delay sekitar 10 µs dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil pengukuran sinyal sinus sebagai fungsi jarak.
Gambar 3. Hasil pengujian Sinyal sinus pada frekuensi 1 kHz.
Pada Gambar 3 untuk pengiriman sinyal sinus dengan frekuensi rendah yaitu 1 kHz pada jarak 0 cm terlihat sinyal
output sebesar 3,6 Vpp sedikit mengalami pelemahan dan tidak ada delay yang terjadi dapat dilihat pada Tabel 1.
Berdasarkan Tabel 1, delay terjadi pada frekuensi audio 10 kHz dan 20 kHz. Sedang tegangan output mengalami pelemahan pada semua frekuensi dan perubahan jarak dari 0 cm sampai 4 cm.
Gambar 4. Hasil pengujian sinyal sinus pada frekuensi 10 kHz.
Gambar 6. Grafik tegangan output pada pengiriman sinyal sinus sebagai fungsi jarak.
Pada Gambar 6 merupakan grafik tegangan sinyal
output pada pengiriman sinyal sinus dengan perubahan
jarak antara LED dan phototransistor. Pengamatan dilakukan pada sinyal output dengan perubahan jarak 0 cm hingga 4 cm dengan step perubahan jarak 1 cm. Hasil pengamatan pada frekuensi 1 kHz dengan perubahan jarak maka semakin jauh jarak antara LED dan phototransistor, semakin besar pelemahan yang terjadi pada sinyal output.
Untuk pengujian menggunakan input berupa sinyal kotak, tegangan 8 Vpp dengan perubahan frekuensi yaitu frekuensi 1 kHz, 10 kHz, dan yaitu 20 kHz dengan paramater perubahan jarak.
Gambar 7. Hasil pengujian sinyal kotak pada frekuensi 1 kHz.
Pada Gambar 7 adalah tampilan oscilloscope untuk pengiriman sinyal kotak dengan frekuensi 1 kHz pada jarak 0 cm. Hasil pengukuran tegangan terlihat tegangan sinyal
output sama besar tegangan dengan sinyal input, serta tidak ada delay yang terjadi seperti pada Tabel 2.
Gambar 8. Hasil pengujian sinyal kotak pada frekuensi 10 kHz.
Pada Gambar 8 adalah hasil pengujian untuk pengiriman sinyal kotak dengan frekuensi 10 kHz pada jarak 0 cm. Hasil pengujian pada Gambar 8 menampilkan hasil pengukuran tegangan sinyal input yang lebih besar daripada tegangan sinyal output dengan hasil pengukuran tegangan 7 Vpp, serta terdapat delay sekitar 10 µs seperti pada Tabel 2.
3.2 Pengujian sistem menggunakan Sinyal Kotak
Gambar 9. Hasil pengujian sinyal kotak pada frekuensi 20 kHz.
Pada Gambar 9 adalah hasil pengujian untuk pengiriman sinyal kotak dengan frekuensi 20 kHz pada jarak 0 cm. Hasil pengujian pada Gambar 9 menampilkan hasil pengukuran tegangan sinyal input yang lebih besar daripada tegangan sinyal output dengan hasil pengukuran suara. tegangan 5 Vpp , serta terdapat delay sekitar 10 µs seperti pada Tabel 2. Dari Gambar 7-9 bisa dilihat bahwa pada frekuensi 1 kHz, 10 kHz dan 20 kHz untuk pengiriman sinyal kotak hasil pengukuran tegangan sinyal output mengalami perubahan bentuk sinyal. Untuk frekuensi diatas 20 kHz tegangan sinyal output sudah mengalami perubahan bentuk sinyal dari bentuk sinyal kotak berubah menjadi bentuk sinyal sinus.
Berdasarkan Tabel 2, delay terjadi pada frekuensi 10 kHz dan 20 kHz. Sedang tegangan output mengalami pelemahan pada semua frekuensi dan perubahan jarak dari 0 cm sampai 4 cm. Gambar 10 merupakan grafik sinyal
output pada pengiriman sinyal kotak dengan perubahan
jarak antara LED dan phototransistor. Pengamatan dilakukan pada frekuensi 1 kHz, 10 kHz dan 20 kHz dengan perubahan jarak 0 cm hingga 4 cm dengan step perubahan jarak setiap 1 cm. Dengan perubahan jarak maka semakin jauh jarak antara LED dan phototransistor, Gambar 10. Grafik tegangan output pada pengiriman semakin besar pelemahan yang terjadi pada sinyal output sinyal kotak sebagai fungsi jarak. serta semakin besar frekuensi yang digunakan, semakin besar pelemahan yang terjadi pada sinyal output.
Tabel 2. Hasil peengukuran sinyal kotak sebagai fungsi 4.
Kesimpulan jarak.
Dari hasil penelitian yang sudah dilakukan pembuatan prototype VLC dan dilakukan pengukuran dengan perubahan parameter input berupa bentuk sinyal sinyal sinus dan sinyal kotak serta perubahan jarak maka dapat diambil beberapa kesimpulan antara lain: 1.
Pada pengiriman sinyal sinus pada frekuensi 1 kHz, 10 kHz dan 20 kHz dengan perubahan jarak 0-4 cm tegangan output mengalami pelemahan.
2. Pada pengiriman sinyal sinus pada frekuensi 1 kHz dengan perubahan jarak 0-4 cm tidak mengalami
delay . Sedangan pada frekuensi 10 kHz dan 20 kHz mengalami delay 10 µs.
3. Pada pengiriman sinyal kotak pada frekuensi 1 kHz, 10 kHz dan 20 kHz dengan perubahan jarak 0-4 cm tegangan output mengalami pelemahan.
4. Pada pengiriman sinyal kotak pada frekuensi 1 kHz dengan perubahan jarak 0-4 cm tidak mengalami
delay . Sedangan pada frekuensi 10 kHz dan 20 kHz mengalami delay 10 µs.
Pada prototype ini hasil pengukuran tegangan dapat diamati bentuk sinyal pada sinyal input dan sinyal output. Pada pengiriman diatas 20 kHz menggunakan sinyal kotak pada receiver terdapat perubahan bentuk sinyal dari bentuk
Daftar Pustaka
sinyal kotak berubah menjadi bentuk sinyal sinus sehingga kurang sesuai apabila dimplementasikan pada sistem [1] Amrutha, S., Mathew, A., Rajasree, R., Sugathan, S. & komunikasi digital. Apabila pada prototype VLC akan
Aravind S., “A Visible Light Communication System diimplentasikan pada komunikasi digital maka perlu for Indoor Application
”, International Journal of
mendesain ulang pada pemilihan LED dan phototransistor Engineering and Innovative Technology (IJEIT), 2014, atau photodiode dengan memperhatikan responsibility Volume 3, Issue 12. phototransistor atau photodiode yang sesuai sehingga [2] Lee C.G.
, “ Visible Light Communication, Advanced pada sisi receiver tidak mengalami perubahan bentuk sinyal Trends in Wireless Communications
”, 2011, Chapter menjadi sinus. Sedangkan dari hasil pengukuran untuk 17, InTech sinyal sinus pada tegangan output sinyal tidak mengalami [3] Braley, J.S
, “Photo Detectors”, 2008, The University bentuk sinyal sehingga dapat diimplemtasikan pada sistem of Rhode Island. komunikasi analog. Salah satu implentasi sistem
[4] Pang, G., Ho, K.L., Kwa, T., Yang, E., “Visible Light komunikasi analog untuk pengiriman dengan menggunakan Communication for Audio Systems , IEEE Transactions On Consumer Electronics, 1999, Volume 45 Nomer. 4, pp. 1112-1116. [5]
Ma’ruf, M.I., Othman, M.B., Sholeh, H.P., “Audio
Transmission Using Visible Light Communication
(VLC) ”, ARPN Journal of Engineering and Applied
Sciences, Asian Research Publishing Network (ARPN), 2015, Volume 10. Nomer 20.