ftth - Portal Garuda

PERANCANGAN JARINGAN FIBER TO THE HOME (FTTH)
BERBASIS TEKNOLOGI GIGABIT PASSIVE OPTICAL
NETWORK (GPON)
Nurul Ismi Mentari Sidauruk (1), Naemah Mubarakah (2)
Konsentrasi Teknik Telekomunikasi, Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU)
Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA
e-mail : [email protected]
Abstrak
Jaringan FTTH merupakan jaringan yang menggunakan media transmisi serat optik yang digelar dari Stasiun
Telepon Otomat (STO) sampai ke pelanggan. Pada penerapannya, teknologi yang digunakan adalah GPON.
Tulisan ini membahas perancangan jaringan FTTH berbasis teknologi GPON dari STO Cinta Damai sampai ke
perumahan Pesona Nabila, Jl. Sei Mencirim, Sunggal – Medan. Setelah menentukan lokasi perancangan,
dilakukan identifikasi komponen dan konfigurasi jaringan, kemudian dilakukan analisis kelayakan jaringan
dengan menghitung nilai link power budget dan rise time budget. Berdasarkan perhitungan link power buudget
dengan jarak terjauh 5,23 km, total redaman untuk uplink adalah 24,1755 dB dan untuk downlink adalah 23,8094
dB. Nilai – nilai tersebut sesuai standar, dimana nilai maksimal total redaman adalah 28 dB. Hasil perhitungan
rise time budget untuk uplink adalah 0,250 ns dan untuk downlink adalah 0,26024 ns. Nilai – nilai ini terhitung
baik dilihat dari nilai maksimal yang diijinkan untuk sistem ini, yaitu sebesar 0,563 ns untuk uplink dan 0,2814
ns untuk downlink.
Kata Kunci : Jaringan FTTH, GPON, Link Power Budget, Rise Time Budget
6. Pendahuluan
Media transmisi mempengaruhi kinerja
jaringan. Media transmisi tembaga tidak
mampu untuk mengatasi kebutuhan trafik yang
semakin meningkat disebabkan keterbatasan
bandwidth kabel tembaga. Sehingga banyak
operator jaringan beralih menggunakan media
transmisi serat optik yang digelar dari Stasiun
Telepon Otomat (STO) sampai ke pelanggan,
yang dikenal dengan istilah jaringan FTTH.
Pada penerapan jaringan FTTH teknologi
yang digunakan adalah teknologi GPON.
Jaringan FTTH menggunakan teknologi GPON
ini memang lebih baik dibandingkan jaringan
tembaga yang sebelumnya, namun dalam
pentransmisian masih terdapat rugi – rugi
transmisi yang juga harus diperhitungkan untuk
kelayakan jaringan.
1,28 km tanpa menggunakan repeater
(pengulang/ penguat) dan pada STM 4 (622
Mbps) digunakan untuk jarak lebih dari 16 km
dengan memakai fiber optic amplifier. Menurut
ITU-T jarak yang dapat dicakup untuk STM 16
adalah sebesar 160 km, tetapi jarak tersebut
hanya dapat dicapai dengan menggunakan fiber
optic post amplifier dan pre-amplifier
sedangkan untuk STM-64 jarak yang dapat
dicakup adalah sebesar 40-80 km [2].
Struktur dasar serat optik seperti terlihat
pada Gambar 1 terdiri dari 3 bagian [3], yaitu:
1. Bagian yang paling utama dinamakan inti
(core).
2. Bagian kedua dinamakan lapisan selimut
(cladding)
3. Bagian ketiga dinamakan jaket (coating)
7. Tinjauan Pustaka
Media serat optik seukuran 1 mm untuk dua
puluh helai serat yang terbuat dari bahan kaca
murni, kemudian dibuat bergulung – gulung
panjangnya sehingga menjadi sebentuk
gulungan kabel[1]. Tipe serat optik G.652
adalah tipe serat yang digunakan untuk
perancangan ini. Saat ini tipe dari jenis serat
single-mode ini dapat digunakan pada STM-1
(155Mbps) untuk mencakup jarak lebih dari
– 113 –
Gambar 1 Struktur dasar serat optik
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.12 NO.34/SEPTEMBER 2015
Gambar 2 Segmen – segmen pada catuan pada jaringan FTTH [4]
Pada jaringan FTTH terdapat segmen –
segmen catuan seperti catuan kabel feeder,
catuan kabel distribusi, catuan kabel drop dan
catuan kabel indoor dan perangkat aktif seperti
Optical Line Terminal (OLT) dan Optical
Network Unit/ Terminal (ONU/ONT) yang
terlihat pada Gambar 2.
SMF (single mode fiber) bekerja oleh light
source laser diode (LD) yang berfungsi
menkonversi sinyal elektrik menjadi sinyal
cahaya. LD cocok digunakan untuk aplikasi
jarak jauh beserta data rates yang tinggi, serta
diaplikasikan pada panjang gelombang 1310
nm, 1490 nm dan 1550 nm. Pada SMF, muncul
distorsi sinyal yang disebut dengan dispersi dan
merupakan gejala pada serat optik yang
diakibatkan oleh pelebaran pulsa (pulse
spreading) dimana dapat dilihat pada
Gambar 3[5].
menjadi lebih lebar. Hal ini dapat
mengakibatkan informasi yang dibawa oleh
pulsa – pulsa cahaya ini menjadi rusak[7]. Ada
beberapa jenis dispersi pada serat optik, yaitu:
1. Dispersi Intermodal
2. Dispersi Mode Polarisasi
3. Dispersi Kromatik
Dalam perancangan jaringan FTTH
teknologi yang digunakan yaitu GPON.
Komponen sistem teknologi GPON dapat
dibagi menjadi 5 bagian, yaitu:
1. Network Management System (NMS)
NMS merupakan perangkat lunak yang
berfungsi
untuk
mengontrol
dan
mengkonfigurasi perangkat GPON. NMS
memiliki jalur langsung ke OLT, sehingga
NMS dapat memonitoring ONT dari jarak jauh.
2. Optical Line Terminal (OLT)
OLT menyediakan interface antara sistem
PON dengan penyedia layanan (service
provider) data, video, dan jaringan telepon.
Bagian ini akan membuat link ke sistem operasi
penyedia
layanan
melalui
Network
Management System (NMS).
Gambar 3 Dispersi material pada serat optik
Redaman merupakan sifat yang paling penting
dari sebuah serat optik. Mekanisme distorsi
dalam serat memperluas sinyal optik saat
pentransmisian sepanjang serat. Jika sinyal ini
perjalanannya cukup jauh, akhirnya akan
tumpang tindih dengan pulsa tetangga,
sehingga menciptakan kesalahan di penerima
output. Mekanisme distorsi sinyal membatasi
kapasitas informasi pembawa dari serat [6].
Selain redaman pada transmisi serat optik ini
terjadi juga dispersi. Dipersi pada akhirnya
akan mengakibatkan pulsa – pulsa optik saling
tumpang tindih satu dengan yang lain,
dikarenakan pulsa – pulsa cahaya memuai dan
3. Optical Distribution Network (ODN)
ODN (Optical Distribution Network)
adalah jaringan optik antara perangkat OLT
sampai perangkat ONT. ODN menyediakan
sarana
transmisi
optik
dari
OLT
terhadap pengguna dan sebaliknya. Transmisi
ini menggunakan komponen optik pasif.
Perangkat interior pada ODN terdiri dari
konektor dan splitter
4. Optical Distribution Point (ODP)
Instalasi atau terminasi yang bagus dari
serat adalah persyaratan utama untuk menjamin
kemampuan transmisi pada kabel serat optik.
– 114 –
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.12 NO.34/SEPTEMBER 2015
5. Optical Network Termination (ONT).
ONT menyediakan interface antara
jaringan optik dengan pelanggan. Sinyal optik
yang ditransmisikan melalui ODN diubah oleh
ONT menjadi sinyal elektrik yang diperlukan
untuk service pelanggan. Pada arsitektur FTTH,
ONT diletakkan di sisi pelanggan.
Setelah menentukan lokasi perancangan
dan mengetahui jumlah maksimal permintaan
pelanggan, kemudian dilakukan identifikasi
komponen dan konfigurasi jaringan seperti
pada Gambar 5.
3. Metodologi Penelitian
Adapun alur penelitian perancangan
jaringan FTTH berbasis teknologi GPON yang
dilakukan dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 5 Konfigurasi GPON
Berdasarkan konfigurasi jaringan pada
Gambar 5 daftar komponen yang dibutuhkan
dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Daftar komponen yang dibutuhkan
No
Nama Komponen
Jumlah
1
OLT
1 unit
2
ODC
1 unit
3
ODP
12 unit
4
ONT
192 unit
5
Splitter 1:4
6 unit
6
Splitter 1:8
24 unit
7
konektor
8 unit
Pada konfigurasi GPON ada 3 bagian
utama yang perlu diperhatikan dalam
perancangan FTTH berbasis teknologi GPON,
yaitu:
2. OLT (Optical Line Terminal)
Tabel 2 memperlihatkan spesifikasi OLT.
Tabel 2 Spesifikasi optical line termination
Parameter
Spesifikasi
Unit
Gambar 4 Diagram alur penelitian
Lokasi yang dipilih dalam penelitian ini
adalah perumahan Pesona Nabila Sunggal Jl.
Sei Mencirim Medan. Melihat lokasi ini maka
STO yang dominan digunakan adalah STO
Cinta Damai. Pemilihan STO ini dikarenakan
STO Cinta Damai ini merupakan STO yang
terdekat jaraknya ke perumahan Pesona Nabila.
Hal ini sesuai dengan standarisasi yang
ditentukan oleh ITU-T G.984 dimana jarak
terjauh transmisi harus kurang dari 20 km.
Berdasarkan denah di perumahan Pesona
Nabila Jl. Sei mencirim, Sunggal – Medan,
jumlah pelanggan maksimal yang mungkin di
perumahan Pesona Nabila adalah 192.
– 115 –
Optical Transmit Power
3,37
dBm
Downlink Wavelength
1490
Nm
Uplink Wavelength
1310
Nm
Spectrum Width
1
Nm
Downstream Rate
2.488
Gbps
Upstream Rate
1.244
Gbps
Optical Rise Time
150
Ps
Optical Fall Time
Maximal Work
Temperature
Minimal Work Temperature
150
Ps
45
°C
-5
°C
Power Supply (DC)
-48
V
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.12 NO.34/SEPTEMBER 2015
3. ODN (Optical Distribution Network)
ODN (Optical Distribution Network)
merupakan suatu perangkat pasif yang
menyediakan peralatan transmisi optik antara
OLT dan ONT. ODN sendiri terdiri dari:
a. Kabel Serat Optik
Kabel serat optik yang digunakan adalah
serat optik yang sesuai dengan standar ITU-T
G.652 tipe single-mode dengan spesifikasi
dapat dilihat pada Tabel 3. Dalam perancangan
ini digunakan serat optik dengan panjang
gelombang 1310 nm dan 1490 nm.
4. ONT (Optical Network Terminal)
Spesifikasi ONT dapat dilihat pada Table 6.
Tabel 6 Spesifikasi optical network terminal
Parameter
Spesifikasi Unit
Downstream Rate
2.48
Gbps
Upstream Rate
1.24
Gbps
Downlink Wavelength
1490
nm
Uplink Wavelength
1310
nm
Video Wavelength
1550
nm
Maximal Transmission
20
Km
Distance
Power Consumption
≤16
Watt
Sensitivity
-29
dBm
Optical Fall Time
200
Ps
Optical Fall Time
200
Ps
Maximal Work
45
°C
Temperature
Minimal Work
-5
°C
Temperature
Tabel 3 Spesifikasi kabel serat optik
Parameter
Spesifikasi Unit
Attenuation 1310 nm ≤ 0.35 dB/km
Attenuation 1490 nm ≤ 0.28 dB/km
Attenuation 1550 nm ≤ 0.21 dB/km
b. Konektor
Redaman dari konektor serat optik
didefinisikan pada persamaan (1) sebagai
berikut[5]:
P 
(1)
Loss  10 log  out 
 Pin 
dimana:
Pin = daya optik sebelum titik koneksi (Watt)
Pout= daya optik setelah titik koneksi (Watt)
Pada perancangan ini jenis konektor yang
digunakan adalah SC/UPC. Spesifikasi
konektor dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4 Spesifikasi konektor SC[7]
Parameter Spesifikasi Unit
Tipe Serat
SM 24/4T Insertion Loss
0.25
dB
c. Splitter
Spesifikasi splitter dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5 Redaman passive splitter
Rasio
1:2
1:4
1:8
1:16
1:32
Redaman
2,8 – 4,0 dB
5,8 – 7,5 dB
8,8 – 11,0 dB
10,7 – 14,4 dB
14,6 – 18,0 dB
Untuk menilai kelayakan jaringan pada
rancangan ini ada 2 perhitungan yang
digunakan,yaitu:
1. Link power budget
Link power budget dihitung sebagai syarat
agar link yang digunakan memiliki daya
melebihi batas ambang dari daya yang
dibutuhkan. Persamaan (2) digunakan untuk
menghitung power link budget[8] :
 total  L. serat  N c . c  N s . s  S p  RI (2)
dimana :
αtotal
= total redaman (dB)
L
= panjang kabel serat optik(km)
αf
= redaman serat optik (dB/km)
Nc
= jumlah konektor
αc
= redaman konektor (dB/konektor)
Ns
= jumlah sambungan
αs
=
redaman
sambungan
(dB/sambungan)
Sp
= redaman splitter(dB/splitter)
RI
= redaman instalasi
Persamaan (3) digunakan untuk menghitung
margin daya[8]:
M   pt  pr    total  SM
(3)
dimana:
Pt = Daya keluaran optik (dBm)
Pr = Sensitivitas daya receiver (dBm)
SM = Safety margin, berkisar 6 – 8 dB
2. Rise Time Budget
Rise time Budget merupakan sebuah metode
untuk menetukan batasan dispersi dari suatu
link serat optik. Tujuannya yaitu untuk
– 116 –
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.12 NO.34/SEPTEMBER 2015
Tabel 7 Standar nilai kelayakan parameter[8]
mengetahui apakah secara keseluruhan unjuk
kerja jaringan telah tercapai dan mampu
memenuhi kapasitas kanal yang diinginkan.
Persamaan
(4)
menunjukkan
rumus
perhitungan rise time budget:

2
2
2
t sys  t tx  t chromatic  t mod al  t rx

2 1/ 2
No
1
2
3
(4)
dimana :
ttx
= Rise time transmitter (ns)
trx
= Rise time Receiver
(ns)
tchromatic =Rise time chromatic dispersion (ns)
tmodal = tidak bernilai atau nol karena
menggunakan kabel serat optik single mode
Nilai tchromatic dapat dicari dengan
Persamaan (5).
= ( ) .
(5)




No
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
(6)
dimana :
D(λ) =chromatic
dispersion
coefficient
(ps/nm.km)
So
=dispersion
slope
parameters
2
(ps/nm .km)
λ
= panjang gelombang (nm)
λo
= zero dispersion wavelength (nm)
dengan pengkodean NRZ diperoleh nilai tr
(nilai batas rise time) sebagai berikut:
0,7
(7)
br
Persamaan (8) digunakan untuk menentukan
kelayakan nilai total rise time (tsys) dengan
melihat nilai batasan rise time (tr), yaitu:
12
13
Layak
>0 dB
tsys < tr
Layak
Layak
Parameter
Nilai
Panjang kabel serat
5,23
optik
Redaman serat optik
(G.652) untuk uplink
0,35
(1310 nm)
Redaman serat optik
(G.652) untuk downlink 0,28
(1490)
Jumlah konektor
8
Redaman konektor
0,25
Jumlah sambungan
1
Redaman sambungan
0,1
Redaman splitter 1:4
7,25
Redaman splitter 1:8 10,38
Redaman instalasi
0,5
Daya Keluaran optik
3,54
Sensitivitas daya
-29
maksimum receiver
Safety Margin
6
Satuan
km
dB/km
dB/km
buah
dB/konektor
Sambungan
dB/sambungan
dB/splitter
dB/splitter
dB/km
dBm
dBm
dB
Berdasarkan data pada Tabel 8 dan
perhitungan yang menggunakan persamaan (2)
dan (3), maka diperoleh nilai parameter link
power budget yang ditunjukkan pada Tabel 9.
tr 
tsys < tr
(8)
Batasan nilai kelayakan parameter jaringan
dapat dilihat pada Tabel 7.
< 28 dB
Tabel 8 Data parameter perhitungan link power
budget
Nilai D(λ) dicari dengan Persamaan (6).

4
   o3



Layak/Tidak
layak
Adapun yang dibahas pada sub ini adalah
link power budget dan rise time budget.
a. Link Power Budget
Tabel 8 memperlihatkan data – data
parameter perhitungan link power budget.
1
So
4
Total Redaman (Link
Power Budget)
Margin
Rise Time Budget
Nilai
5. Hasil dan Pembahasan
dimana :
Dt
= total chromatic dispersion (ps)
D(λ) =chromatic
dipersion
coefficient
(ps/nm.km)
S
= Lebar Spektral Laser
(nm)
L
= Panjang Jarak
(km)
D  
Parameter
Tabel 9 Hasil perhitungan link power budget
No Parameter
Gelombang
Hasil
1310 (Uplink)
24,1755 dB
Total
1
Redaman 1490 (Downlink) 23,8094 dB
1310 (Uplink)
2,3645 dB
2
Margin
1490 (Downlink) 2,7306 dB
Berdasarkan perbandingan Tabel 9
terhadap Tabel 7, dapat dilihat bahwa nilai –
nilai uplink dan downlink tersebut masih sesuai
dengan standar yaitu dibawah 28 dB, maka nilai
- nilai link power budget pada perancangan
jaringan ini dinyatakan layak.
– 117 –
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.12 NO.34/SEPTEMBER 2015
b. Rise Time Budget
Tabel 10 memperlihatkan data – data
parameter perhitungan rise time budget.
Tabel 10 Data parameter perhitungan rise time
budget
No
Parameter
Nilai Satuan
1 Rise time transmitter (ttx) 150
ps
2
Rise time receiver (trx)
200
ps
Panjang gelombang uplink
3
1310
nm
(λ)
Panjang gelombang
4
1490
nm
downlink (λ)
5
Lebar spektral (S)
1
nm
6
Jarak terjauh (L)
5,23
km
7
Bitrate uplink
1,244
Gbps
8
Bitrate downlink
2,488
Gbps
Dispersion slope
9
0,093 ps/nm2km
parameter (So)
Zero dispersion
10
1324
nm
wavelength (λo)
yaitu 2,3645 dB untuk uplink dan 2,7306
untuk downlink.
3. Parameter rise time budget untuk uplink
dan downlink memiliki nilai yang layak
karena masing – masing memiliki hasil rise
time sistem dibawah nilai batasan
berdasarkan bitrate yaitu 0,250 ns untuk
uplink dengan nilai batasan 0,563 ns dan
untuk downlink memiliki nilai rise time
sistem 0,26024 ns dengan nilai batasan
waktu 0,2814 ns.
7. Daftar Pustaka
Berdasarkan data pada Tabel 10 dan
perhitungan yang menggunakan persamaan (4),
(5), (6), dan (7), maka diperoleh nilai parameter
rise time budget yang ditunjukkan pada Tabel
11.
Tabel 11 Hasil perhitungan rise time budget
No
Gelombang
Parameter
Hasil
tsys
0,250 ns
1
1310 (Uplink)
tr
0,563 ns
tsys
0,2602 ns
2 1490 (Downlink)
tr
0,2814 ns
Pada Tabel 7 dapat dilihat bahwa tsys (total
rise time) memiliki nilai lebih kecil dari nilai tr.
Sehingga berdasarkan perbandingan Tabel 11
terhadap Tabel 7, maka nilai - nilai rise time
budget pada perancangan jaringan ini
dinyatakan layak.
6. Kesimpulan
Berdasarkan hasil pembahasan, maka dapat
diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Dalam merancang jaringan FTTH berbasis
teknologi GPON, spesifikasi perangkat
yang dipakai dan penempatannya sangat
mempengaruhi kualitas jaringan yang akan
dibangun.
2. Parameter link power budget untuk uplink
dan downlink memiliki nilai yang layak
karena memiliki hasil total redaman
dibawah 28 dB yaitu 24,1755 dB untuk
uplink dan 23,8094 dB untuk downlink.
Serta nilai margin lebih besar dari 0 dB
– 118 –
[1] Nugraha, Andi Rahman,. 2006. Serat
Optik. Bandar lampung :Penerbit Andi
Yogyakarta.
[2] Union,
International
Telecommunication
(ITU).2000.Recommendation G.652
Transmission Media Characteristics of
a Single-mode Optical Fiber Cable.
Geneva.
[3] Pla, Juan Salvador Asensi. 2011.
Design of Passive Optical Network.
Valencia.
Brno
University
of
Technology.
[4] Senior,
John
M.2009.Fiber
Communications
Principles
and
Practice : Third Edition. Londo:
Pearson Education Limited.
[5] Keiser, Gerd. 1991. Optical Fiber
Communications.
New
York:
McGraw-Hill.
[6] Elliot, barry dan jhon crips. 2005. Serat
Optik Sebuah Penghantar, edisi ke 3.
Jakarta : Penerbit erlangga Jakarta.
[7] PT Telekomunikasi tbk. 2012,
Panduan Desain FTTH. Jakarta: PT
Telekomunikasi tbk Divisi Akses.
[8] Pramanabawa, Ida Bagus. 2012.
Analisis Rise Time Budget dari STO ke
Pelanggan
Infrastuktur
GPON
(Gigabit Passive Optical Network) PT
Telekomnikasi
Divisi
Access
Denpasar. Bali: Universitas Udayana.
copyright@ DTE FT USU