Menikmati Internet dengan Lampu LED

0

Oleh: Rahmat Mulyawan*

Apa itu VLC?

Selama 1 dekade terakhir, semakin banyak orang beralih menggunakan lampu LED dari lampu pijar untuk penerangan. Selain karena lebih awet dan tahan lama, lampu LED juga lebih efisien dalam penggunaan daya listrik. Karena alasan tersebut, beberapa negara seperti Inggris dan Uni-Eropa (EU) resmi memberlakukan konversi nasional dari lampu pijar ke lampu LED pada tahun 20181.

Walaupun lebih dikenal untuk aplikasi penerangan, penggunaan lampu LED juga membuka potensi aplikasi teknologi untuk komunikasi, sistem kontrol, dan bahkan navigasi. Belakangan ini mulai berkembang riset mengenai sistem komunikasi menggunakan cahaya tampak atau Visible Light Communication (VLC) dimana lampu LED digunakan untuk transmisi data dengan mengedipkan lampu tersebut lewat kecepatan yang tidak tertangkap oleh mata. Kedipan lampu, umumnya bisa ditangkap mata kita di frekuensi kurang dari 60 kedipan per detik (Hz), sedangkan lampu LED memiliki frekuensi berkedip di kisaran jutaan hingga puluhan juta kedipan per detik (MHz). Karena itu, mata kita hanya melihat lampu tersebut menyala secara konstan.

Pada proses LED berkedip yang sangat cepat ini, dapat ditumpangkan sinyal data untuk kemudian dideteksi oleh rangkaian elektronik penerima menggunakan dioda cahaya atau photodiode (PD). Pengiriman data ini menggunakan kedipan-kedipan khusus mirip seperti mengirim kode morse menggunakan senter. Proses berkirim pesan antara LED dan PD tersebut dapat berlangsung dengan kecepatan jutaan bit per detik (Mbps) tanpa disadari oleh manusia karena LED terlihat menyala konstan seperti lampu biasa.

Kelebihan lain dari sistem VLC ini adalah tersedianya spektrum frekuensi yang berlimpah dan gratis tanpa lisensi. Salah satu tantangan dunia komunikasi nirkabel (wireless) saat ini adalah alokasi frekuensi yang semakin penuh sesak karena pertumbuhan pelanggan data yang luar biasa, terutama dari pengguna smartphone. Untuk bisa mengirimkan data, suatu sistem komunikasi harus menggunakan spektrum frekuensi yang sudah dialokasikan oleh pemerintah. Analoginya seperti pada pengoperasian kereta oleh operator kereta api yang rel keretanya milik pemerintah. Untuk bisa beroperasi, operator tersebut harus menyewa rel kepada pemerintah. Rel kereta ini seperti spektrum frekuensi radio yang digunakan untuk sistem 3G, 4G, dan seterusnya. VLC beroperasi pada spektrum cahaya tampak yang tidak beririsan dengan frekuensi radio untuk komunikasi selular tersebut.

Menggunakan analogi transportasi di atas, sistem VLC seperti kapal laut yang infrastrukturnya sudah tersedia secara gratis dan berlimpah, yaitu lautan yang luas, tidak perlu menyewa rel kereta dari pemerintah. Karena beroperasi di spektrum frekuensi yang berbeda, sistem VLC juga tahan terhadap interferensi atau gangguan sinyal dari sistem komunikasi radio maupun selular. Dengan karakteristik yang unik tersebut, VLC membuka ruang baru dalam aplikasi teknologi yaitu teknologi penerangan sekaligus komunikasi.

Sejarah Perkembangan VLC

Manusia sejak zaman dahulu kala sudah melakukan komunikasi dengan cahaya menggunakan obor atau lilin. Namun, aplikasi cahaya untuk komunikasi modern dimulai sejak tahun 1955 dengan penemuan remote televisi (TV) “Flash-matic”2. Selanjutnya, remote TV berkembang dengan menggunakan spektrum infra merah atau infra-red (IR) yang masih digunakan sampai sekarang. Penggunaan IR disukai karena menggunakan rangkaian elektronika sederhana, efisien dalam penggunaan daya listrik, dan tahan terhadap interferensi karena sinyalnya dapat difokuskan di area yang kecil. Dalam perkembangannya, karakteristik sistem ini kemudian diadopsi pula oleh sistem VLC.

Sistem komunikasi dalam konteks transfer data antara dua orang pengguna, mulai digagas oleh Gfeller dan Bapst pada tahun 19793 dengan mengembangkan sistem IR dari TV. Namun tidak seperti aplikasi di TV, sistem Gfeller dan Bapst tidak mensyaratkan perangkat IR di pengirim dan penerima saling melihat lurus satu sama lain (Line-of-Sight atau LOS). Sinyal IR misalkan dapat memantul di permukaan dinding dan masih ditangkap oleh penerima. Kelebihan sistem ini yang menarik bagi pihak industri saat itu adalah rangkaian elektronikanya yang sangat sederhana, hanya berbasis LED dan PD yang relatif murah, dibandingkan dengan perangkat komunikasi berbasis radio yang waktu itu cukup kompleks dan mahal.

Sistem komunikasi IR ini terus berkembang sampai puncaknya di era 1990-an, ditandai dengan keluarnya standar komunikasi Infrared Data Association (IrDA) dan IEEE 802.11-1997 dan yang memungkinkan komunikasi IR dengan kecepatan lebih dari 1 Mbps. Namun, di era yang sama berkembang pula teknologi Wireless LAN yang aplikasinya kemudian dikenal dengan Wi-Fi dan menjadi sangat populer. Hal ini menyebabkan perkembangan teknologi komunikasi berbasis cahaya seperti IR perlahan meredup, seolah mati suri, dan minim perhatian baik dari masyarakat industri maupun akademik.

Sampai akhirnya pada tahun 2004, Komine dan Nakagawa mengusulkan konsep baru untuk melakukan transfer data dengan cahaya. Alih-alih menggunakan IR yang dianggap sudah “usang”, sistem yang mereka usulkan menggunakan lampu LED yang biasa dipakai untuk penerangan4. Sistem ini menjadi cikal bakal VLC sampai sekarang. Seiring dengan semakin populernya lampu LED untuk menggantikan lampu pijar, riset di bidang VLC juga mulai tumbuh dan semakin banyak disponsori oleh pihak industri. Badan internasional seperti IEEE mulai menggagas standardisasi teknologi VLC (IEEE 802.15.7) pada tahun 2011. VLC juga mulai diperkenalkan ke masyarakat luas, salah satunya oleh Harald Haas yang dalam konferensi TED-Global mempopulerkan istilah Li-Fi (Light-Fidelity) untuk melengkapi Wi-Fi. Pada era revolusi industri 4.0 sekarang ini, teknologi VLC diyakini akan menjadi semakin relevan dengan berkembangnya konsep Internet-of-Things (IoT) yang memerlukan banyak koneksi antar perangkat dalam ruangan (indoor).

Tantangan dan Potensi VLC

Menarik untuk menganalogikan “persaingan” teknologi optik nirkabel dan teknologi gelombang radio dengan perkembangan industri otomotif di awal abad ke-20. Pada masa itu, moda transportasi yang paling terkenal adalah kereta kuda. Kemudian berkembang dua macam teknologi untuk menggantikan kereta kuda.  Pertama yaitu mesin listrik yang digagas Thomas A. Edison dan yang kedua adalah mesin pembakaran dalam atau Internal Combustion Engine (ICE) yang menjadi cikal-bakal mesin mobil modern. Dari segi emisi, mesin listrik lebih ramah lingkungan dan tidak menghasilkan polusi suara bising seperti halnya ICE. Namun, kendaraan ICE memiliki jarak tempuh lebih jauh dan perawatannya lebih mudah, ditambah lagi harga minyak saat itu juga murah. Faktor-faktor ini membuat mesin listrik menjadi tidak populer dan menjadikan ICE sebagai standar mesin yang digunakan luas baik di dunia otomotif maupun industri.

Hampir satu abad kemudian, yakni di awal abad ke-21, barulah muncul kembali ketertarikan masyarakat dan industri kepada mesin listrik. Contohnya kesuksesan mobil listrik Tesla pada dekade 2010an, yang kemudian diikuti oleh produsen mobil lainnya di Eropa dan Amerika. Perhatian kepada mesin listrik ini utamanya dipicu oleh kepedulian terhadap isu lingkungan, cadangan minyak yang terbatas dan polusi udara yang berlebihan.

Perkembangan sistem komunikasi optik nirkabel berbasis cahaya (seperti IR dan VLC) mungkin bisa dianalogikan seperti perkembangan mobil listrik. Walaupun awalnya IR dan gelombang radio sama-sama digadang-gadang sebagai pengganti kabel dalam berkomunikasi, namun akhirnya teknologi radio yang kemudian lebih populer secara komersial (GSM, 3G, 4G, Wi-Fi). Teknologi radio lebih disukai karena dianggap dapat melayani banyak pengguna dan sinyal radio bisa lebih menyebar daripada sinyal IR, terutama untuk aplikasi dalam ruangan. Namun di sisi lain, pertumbuhan pengguna teknologi radio yang sangat masif menyebabkan spektrum frekuensi radio yang tersedia semakin menipis. Akibatnya mulai terjadi “polusi frekuensi” atau interferensi antar perangkat.

Mirip dengan analogi mesin ICE dan mesin listrik, “kelangkaan” frekuensi dan “polusi frekuensi” ini memberi kesempatan kepada teknologi VLC untuk berkembang. Penulis sendiri meyakini bahwa VLC tidak akan menggantikan teknologi radio yang ada saat ini. Teknologi radio memiliki kelebihan yaitu mobilitas di luar ruangan, namun rawan interferensi di dalam ruangan. Di sini VLC berbasis lampu LED dapat berperan untuk melengkapi teknologi radio seperti Wi-Fi dan menyediakan layanan komunikasi yang handal di dalam ruangan.

Walaupun begitu, komersialisasi teknologi VLC menghadapi tantangan karena membutuhkan dukungan dari dua industri: telekomunikasi dan penerangan. Artinya produsen perangkat telekomunikasi harus bersinergi dengan produsen lampu LED untuk mengaplikasikan teknologi VLC. Saat ini sebagian besar produsen teknologi VLC masih di skala perusahaan start-up, namun sudah ada beberapa produsen lampu LED seperti OSRAM dan Phillips yang menyatakan ketertarikan kepada VLC dengan mensponsori riset-riset VLC di Inggris dan Eropa. Pada acara Mobile World Congress 2019, purwarupa (prototype) perangkat VLC sudah bisa diintegrasikan dengan smartphone dan laptop5. Produsen perangkat telekomunikasi seperti Apple dan Samsung juga dikabarkan tertarik untuk melakukan ujicoba teknologi VLC. Hal ini memberikan harapan untuk perkembangan VLC di masa yang akan datang. Sebagaimana halnya teknologi komunikasi yang lain, dukungan dari pelaku industri besar sangat penting untuk mempercepat adopsi teknologi oleh pengguna secara luas.

Penutup

Penggunaan lampu LED sebagai pengganti lampu pijar untuk penerangan kini bukan hanya bermanfaat dalam penghematan energi, namun juga untuk berkomunikasi. Teknologi VLC yang memanfaatkan lampu LED menjawab permasalahan “kelangkaan spektrum” yang dihadapi teknologi radio. Karenanya, VLC sangat cocok untuk melengkapi sistem komunikasi seluler maupun Wi-Fi, khususnya pada aplikasi dalam ruangan. Meski demikian, riset dan pengembangan teknologi VLC masih jauh dari selesai. Dibutuhkan dukungan yang kuat dari industri dan kalangan akademisi agar VLC dapat digunakan secara luas. Jika teknologi ini akhirnya berhasil lepas landas, menikmati internet dari cahaya lampu LED bukan lagi sebuah mimpi.

Referensi

  1. https://www.theguardian.com/money/2018/aug/11/switch-led-light-bulbs-halogen-ban
  2. Luplow, Wayne C. and Taylor, John I., “Channel Surfing Redux: A Brief History of the TV Remote Control and a Tribute to Its Coinventors,” IEEE Consumer Electronics Magazine, 1(4), 24-29 (2012).
  3. Gfeller, F. R. and Bapst, U., “Wireless in-house data communication via diffuse infrared radiation,” Proceedings IEEE, 67(11), 1474–1486 (1979).
  4. Komine, T., and Nakagawa, M., “Fundamental Analysis for Visible-Light Communication System using LED Lights,” IEEE Transactions Consumer Electronics, 50(1), 100-107 (2004).
  5. https://www.trustedreviews.com/news/pure-lifi-gigabit-3668418

*Penulis adalah mahasiswa S3 yang mendalami riset tentang sistem komunikasi optik nirkabel di program studi Engineering Science, University of Oxford.

Tinggalkan pesanan

Alamat email anda tidak akan disiarkan.