TA Komplit

BAB II
DASAR SYSTEM JARINGAN TRANSMISI METRO WDM
2.1
Dasar Transmisi Serat Optik
Pada komunikasi serat optik sinyal yang digunakan dalam bentuk sinyal
digital, sedangkan penyaluran sinyal melalui serat optik dalam bentuk pulsa cahaya.
Pulsa cahaya didapat dari memodulasi sinyal informasi dalam bentuk digital dalam
suatu komponen Sumber optik, proses ini terjadi pada arah kirim. Sedangkan pada
arah terima melalui detektor optik, pulsa cahaya diubah kembali dalam bentuk sinyal
digital.
Blok Diagram dasar sistem komunikasi
Gambar.2.1 Diagram Blok dasar Sistem Komunikasi
Blok Diagram Sistem Konfigurasi Transmisi Serat Optik
OTB
Optical
TX
Optical
Receiver
OTB
Gambar. 2.2 Sistem Konfigurasi 1 arah
Gambar (2.3) merupakan blok diagaram sistem komunikasi serat optik secara
umum, dimana fungsi-fungsi dari setiap bagian adalah sebagai berikut :
19
• Message Origin
-
Message origin bisa berupa besaran fisik non-listrik (suara atau gambar),
sehingga diperlukan transduser (sensor) yang merubah message dari bentuk
non-listrik ke bentuk listrik.
-
Contoh yang umum adalah microphone merubah gelombang suara menjadi
arus listrik dan Video cameras (CCD) merubah gambar menjadi arus listrik.
• Modulator dan Carrier Source
-
Memiliki 2 fungsi utama, pertama merubah message elektrik ke dalam bentuk
yang sesuai, kedua menumpangkan sinyal ini pada gelombang yang
dibangkitkan oleh carrier source.
-
Format modulasi dapat dibedakan menjadi modulasi analog dan digital.
-
Pada modulasi digital untuk menumpangkan sinyal data digital pada
gelombang carrier, modulator cukup hanya meng-on kan atau meng-off kan
carrier source sesuai dengan sinyal data-nya
20
Gambar 2.3 Diagram blok sistem komunikasi serat optik secara umum
-
Carrier source membangkitkankan gelombang cahaya dimana padanya
informasi ditransmisikan, yang umum digunakan Laser Diode (LD) atau
Light Emitting Diode (LED).
• Channel Coupler
-
Untuk menyalurkan power gelombang cahaya yang telah termodulasi dari
carrier source ke information channel (serat optik).
-
Merupakan bagian penting dari desain sistem komunikasi serat optik sebab
kemungkinan loss yang tinggi
• Information Channel (Serat Optic)
-
Karakteristik yang diinginkan dari serat optik adalah atenuasi yang rendah
dan sudut light-acceptance-cone yang besar.
21
-
Amplifier dibutuhkan pada sambungan yang sangat panjang (ratusan atau
ribuan kilometer) agar didapatkan power yang cukup pada receiver.
-
Repeater hanya dapat digunakan untuk sistem digital, dimana berfungsi
merubah sinyal optik yang lemah ke bentuk listrik kemudian dikuatkan dan
dikembalikan ke bentuk sinyal optik untuk transmisi berikutnya.
-
Waktu perambatan cahaya di dalam serat optik bergantung pada frekuensi
cahaya dan pada lintasan yang dilalui, sinyal cahaya yang merambat di dalam
serat optik memilki frekuensi berbeda-beda dalam rentang tertentu (lebar
spektrum frekuensi) dan powernya terbagi-bagi sepanjang lintasan yang
berbeda-berbeda, hal ini menyebabkan distorsi pada sinyal.
-
Pada sistem digital distorsi ini berupa pelebaran (dispersi) pulsa digital yang
merambat di dalam serat optik, pelebaran ini makin bertambah dengan
bertambahnya jarak yang ditempuh dan pelebaran ini akan tumpang tindih
dengan pulsa-pulsa yang lainnya, hal ini akan menyebabkan kesalahan pada
deteksi sinyal. Adanya dispersi membatasi kecepatan informasi (pada sistem
digital kecepatan informasi disebut data rate diukur dalam satuan bit per
second (bps) ) yang dapat dikirimkan.
-
Pada fenomena optical soliton, efek dispersi ini diimbangi dengan efek
nonlinier dari serat optik sehingga pulsa sinyal dapat merambat tanpa
mengalami perubahan bentuk (tidak melebar).
• Detector dan Amplifier
-
Digunakan foto-detektor (photo-diode, photo transistor dsb) yang berfungsi
merubah sinyal optik yang diterima menjadi sinyal listrik.
22
• Signal Processor
-
Untuk transmisi analog, sinyal prosesor terdiri dari penguatan dan filtering
sinyal. Filtering bertujuan untuk memaksimalkan rasio dari daya sinyal
terhadap power sinyal yang tidak diinginakan. Fluktuasi acak yang ada pada
sinyal yang diterima disebut sebagai noise. Bagaimana pengaruh noise ini
terhadap sistem komunikasi ditentukan oleh besaran SNR (Signal to Noise
Ratio), yaitu perbandingan daya sinyal dengan daya noise, biasanya
dinyatakan dalam desi- Bell (dB), makin besar SNR maka makin baik
kualitas sistem komunikasi tersebut terhadap gangguan noise.
-
Untuk sistem digital, sinyal prosesor terdiri dari penguatan dan filtering
sinyal serta rangkaian pengambil keputusan .
-
Rangkaian pengambil keputusan ini memutuskan apakah sebuah bilangan
biner 0 atau 1 yang diterima selama slot waktu dari setiap individual bit.
Karena adanya noise yang tak dapat dihilangkan maka selalu ada
kemungkinan kesalahan dari proses pengambilan keputusan ini, dinyatakan
dalam besaran Bit Error Rate (BER ) yang nilai-nya harus kecil pada
komunikasi.
-
Jika data yang dikirim adalah analog (misalnya suara), namun ditransmisikan
melalui serat optik secara digital (pada transmitter dibutuhkan Analog to
Digital Converter (ADC) sebelum sinyal masuk modulator) maka dibutuhkan
juga Digital to Analog Converter (DAC) pada sinyal prosesor, untuk merubah
data digital menjadi analog, sebelum dikeluarkan ke output (misalnya
speaker).
23
• Message Output
-
Jika output yang dihasilkan di presentasikan langsung ke manusia, yang
mendengar atau melihat informasi tersebut, maka output yang masih dalam
bentuk sinyal listrik harus dirubah menjadi gelombang suara atau visual
image. Transduser (actuator) untuk hal ini adalah speaker untuk audio
message dan tabung sinar katoda (CRT) (atau yang lainnya seperti LCD,
OLED dsb) untuk visual image.
-
Pada beberapa situasi misalnya pada sistem dimana komputer-komputer atau
mesin-mesin lainnya dihubungkan bersama-sama melalui sebuah sistem serat
optik, maka output dalam bentuk sinyal listrik langsung dapat digunakan. Hal
ini juga jika sistem serat optik hanya bagian dari jaringan yang lebih besar,
seperti pada sebuah serat link antara telephone exchange atau sebuah serat
trunk line membawa sejumlah progam televisi, pada kasus ini prosesing
mencakup distribusi dari sinyal listrik ke tujuan-tujuan tertentu yang
diinginkan. Peralatan pada message ouput secara sederhana hanya berupa
sebuah konektor elektrik dari prosesor sinyal ke sistem berikutnya.
Bila jarak antara stasiun kirim dengan stasiun penerima berjauhan, sinyal pulsa
cahaya yang ditransmisikan akan mengalami proses pelemahan yang disebabkan
adanya kerugian-kerugian yang timbul selama proses pengiriman sesuai dengan
panjang dan jenis saluran optik yang digunakan. Untuk mengatasi hal tersebut, pulsa
cahaya akan di regenerasikan sesuai dengan keadaan pada saat pengiriman. Proses
ini terjadi pada Stasiun Pengulang (Regenerative Repeater).
Fungsi dari stasiun Pengulang adalah mengubah sinyal pulsa cahaya menjadi
sinyal listrik dan memperbaiki karakteristik sinyal listrik menjadi sinyal pulsa cahaya
24
untuk diteruskan ke stasiun berikutnya melalui serat optik.
2.2
Keuntungan Sistem Transmisi Serat Optik
Mempunyai “Lebar Pita frekuensi/Bandwith” yang lebar.
Frekuensi Pembawa Optik sekitar 1013 hingga 1016 Hz , hal ini mendekati
sinar infra merah. Sehubungan bekerja pada daerah frekuensi tinggi, maka
jumlah informasi yang dibawa akan lebih banyak.
Redaman sangat rendah
Perkembangan serat optik saat ini telah menghasilkan produksi dengan
redaman yang sangat rendah dibandingkan dengan kabel yang terbuat dari
tembaga. Terutama pada frekuensi yang mempunyai panjang gelombang
sekitar 1300 nm yaitu kurang dari 0.5 dB/km.
Kebal terhadap gangguan gelombang elektromagnetik.
Serat optik terbuat dari kaca atau plastik adalah merupakan isolator
berarti bebas dari interferensi medan magnet, frekuensi radio dan noise
listrik.
Dapat menyalurkan informasi digital dengan kecepatan tinggi.
Kecepatan dari Mb/s - Gb/s.
Ukuran dari berat serat optik kecil dan ringan.
Diameter inti serat dalam ukuran mikro, sehingga pemakaian ruang lebih
ekonomis.
Tidak mengalirkan arus listrik.
Sistem dapat dihandalkan dan mudah dalam pemeliharaan.
25
2.3
Kerugian Sistem Transmisi Serat Optik
Konstruksi FO cukup lemah, maka dibutuhkan lapisan penguat sebagai
proteksi.
Karakteristik transmisi dapat berubah bila terjadi tekanan dari luar yang
berlebihan.
Tidak dapat dilewati arus listrik.
2.4
Sumber Optik
Sumber optik pada sistem transmisi serat optik berfungsi sebagai
pengubah besaran
sinyal listrik/elektris menjadi sinyal cahaya (E/O
converter).
Terdapat 2 jenis sumber optik yaitu LED dan Diode laser.
Pemilihan dari sumber cahaya yang akan digunakan bergantung pada bit
rate data yang akan ditransmisikan dan pertimbangan ekonomi.
2.4.1 LED (Light Emitting Diode)
Dioda pancar cahaya (LED) adalah bahan semi konduktor khusus yang
dirancang untuk memancarkan cahaya apabila arus melaluinya (Gambar 2.8).
Apabila diberi bias maju, energi elektron yang mengalir melewati tahanan
sambungan diubah langsung menjadi energi cahaya. Karena LED adalah dioda, maka
arus hanya akan mengalir apabila LED dihubungkan dengan bias maju. LED harus
dioperasikan di dalam ukuran kerja tegangan dan arus yang tertentu untuk mencegah
kerusakan yang tidak dapat diubah lagi. Sebagian besar LED membutuhkan 1,5
sampai 2,2 volt untuk memberi bias maju dan dapat mengatasi dengan aman arus
sebesar 20 sampai 30 mA. LED biasanya dihubungkan seri dengan tahanan yang
membatasi tegangan dan arus pada nilai yang dikehendaki.
26
Gambar 2.4 Dioda Yang Memancarkan Cahaya (LED)
Gambar 2.5 Spektrm emisi dan Fraksi Al mole (LED)
Sinar inframerah tidak terlihat oleh mata manusia. Dengan menambahkan
bahan gallium arsenida disertai berbagai bahan, dapat dibuat LED dengan output
yang dapat dilihat, seperti sinar merah, hijau, kuning, atau biru. Dioda yang
memancarkan cahaya (LED) umumnya digunakan sebagai lampu indikator.
2.4.2 Diode LASER (Light Amplification by Stimulated Emmision of
Radiation)
Dioda laser adalah LED yang dibentuk khusus untuk dapat beroperasi sebagai laser.
Laser singkatan dari ”light amplifications by stimulated emission of radiation”.
Tidak seperti LED, dioda laser mempunyai lubang optis yang diperlukan untuk
produksi laser. Lubang optis dibentuk dengan melapisi bahan pemantul pada sisi
27
yang berlawanan dari chip untuk menghasilkan dua permukaan pemantulan yang
tinggi. Seperti LED, dioda laser adalah dioda sambungan PN yang pada level arus
tertentu akan memancarkan cahaya.
Gambar 2.6 Spektrum emisi dan level arus (LD)
Cahaya yang teremisi dipantulkan bolak-balik antara dua permukaan
pemantul. Pemantulan gelombang cahaya secara bolak-balik menyebabkan
intensitasnya bertambah kuat. Akibatnya adalah sorotan cahaya frekuensi tunggal
yang sangat cemerlang dipancarkan dari sambungan. Dioda laser digunakan pada
aplikasi komunikasi serat optik.
2.5
Detektor Optik/Photo Detector
•
Photodetector berfungsi mengubah variasi intensitas optik/cahaya
menjadi variasi arus listrik.
•
Karena perangkat ini berada di ujung depan dari penerima optik maka
photo detector harus memiliki kinerja yang tinggi.
Persyaratan kinerja yang harus dipenuhi oleh photo diode meliputi :
-
Sensitivitas tinggi
-
Noise tambahan yang minimum
-
Tidak peka terhadap perubahan suhu
-
Response/tanggapan yang cukup untuk mengakomodasi bit rate yang
diterima
28
•
Jenis photo detector :
o Diode PIN/FET
o APD (Avalanche Photo diode)
•
Photo diode dioperasikan pada prategangan balik
•
Cahaya yang diterima akan diubah menjadi arus listrik, pada tahanan RL
arus tersebut diubah menjadi besaran tegangan.
•
Perbandingan arus yang dihasilkan terhadap photodetector terhadap daya
optical yang diterima disebut sensitivitas optik.
•
Sensitivitas suatu photodetector sangat bergantung pada panjang
gelombang operasi dan bahan photo detector
Gambar. 2.7 Rangkaian Photo Dioda
•
Karakteristik Transmisi Serat Optik :
-
Attenuation Loss
-
Dispersi
-
Cut off wavelength
•
Dispersi adalah pelebaran pulsa yang terjadi dalam proses pengiriman .
•
Macam-macam Dispersi :
-
Intermode Dispersion
-
Chromatic Dispersion
29
2.6 Inter mode Dispersion:
•
Terjadi karena banyaknya mode dalam sebuah serat
•
Waktu tempuh masing-masing mode berbeda.
•
Pulsa yang diterima adalah penjumlahan dari pulsa-pulsa mode, dimana
masing-masing diperlambat dengan waktu yang berbeda.
•
Keterlambatan total yang terpendek adalah yang merambat lurus.
•
Dispersi sangat berpengaruh pada serat multi mode.
Gambar.2.8 Intermodal Dispersion
2.7 Chromatic Dispersion
•
Disebabkan karena cahaya yang masuk ke dalam serat terdiri dari
beberapa panjang gelombang.
•
Dispersi ini berhubungan lebar spektrum panjang gelombang
•
Dispersi ini umumnya diberikan dalam bentuk : ps/km.nm
•
Pada serat optik single mode, dispersi ini yang berpengaruh
30
2.8
Cut-off Wavelength :
Adalah batas minimum panjang gelombang untuk single mode cut-off
wavelength yaitu 1270 nm, maka panjang gelombang yang lebih panjang dari
1270 nm hanya bisa digunakan sebagai single mode.
………………….(2.1)
Cut-off Wavelength
2.9
Jenis Loss di Serat Optik
•
Loss
Adalah kehilangan daya selama cahaya berjalan dari satu ujung ke ujung
lainnya
*
Dibagi menjadi 2 garis besar :
- Faktor intrinsik
- Terjadi karena kabel optik di instalasi
*
Rugi-rugi faktor intrinsik :
- Absorption Loss
- Scaterring Loss :
1. Rayleigh scatering
2. Micro bending
3. Core size variation
4. Mode Coupling
•
Absorption Loss
Loss yang disebabkan karena adanya molekul-molekul air dalam inti
fiber.
•
Scaterring Loss:
31
Disebabkan karena adanya
zat/benda yang memantulkan dan
membiaskan cahaya.
Rayleigh scatering terjadi pada seluruh optik.
Penghamburan dapat disebabkan karena :
•
2.10
-
micro bending
-
Variasi ukuran core
-
Mode coupling effects
Loss karena Instalasi
-
Rugi-rugi penyambungan
-
Return loss (Fresnel reflection)
-
Macro bending
Struktur Dasar Sebuah Serat Optik
Terdiri dari satu inti gelas/kaca silindris, satu lapisan penutup gelas/kaca
dan satu plastik lapisan menolak.
•
Core (Inti)
•
Cladding (Lapisan)
•
Coating ( Jaket)
Gambar. 2.9 Struktur Dasar Sebuah Serat Optik
32
Sebuah serat optik terdiri dari dua jenis yang berbeda dari gelas/kaca padat
(solid) inti dan lapisan penutup itu adalah berhubungan dengan unsur-unsur specifik
untuk melakukan penyesuaian indeks bias. Perbedaan antara indeks bias dari bahan
keduanya menyebabkan sebagian besar cahaya dipancarkan untuk memantul lapisan
penutup dan tinggal didalam inti (core). Persyaratan sudut kritis adalah bertemu
dengan cara mengontrol dimana cahaya adalah disuntik ke serat. Dua atau lebih
banyak lapisan dari lapisan protektif disekitar lapisan penutup memastikan bahwa
gelas/kaca mungkin dapat ditangani tanpa kerusakan.
•
Core
-
Terbuat dari bahan kuarsa dengan kualitas sangat tinggi
-
Merupakan media perambatan cahaya.
-
Memiliki diameter 10 – 50 mikrometer. Ukuran core sangat
mempengaruhi karakteristik serat optik.
•
Cladding
-
Terbuat dari bahan gelas dengan index bias lebih kecil dari core
-
Merupakan selubung dari core
-
Hubungan indeks bias antara core dan cladding akan mempengaruhi
perambatan cahaya pada core.
•
Coating
-
Terbuat dari bahan plastik.
-
Berfungsi untuk melindungi serat optik dari kerusakan.
33
2.11
Jenis Serat Optik
•
Step index Multi mode
•
Graded index Multimode
•
Step index Single mode
•
2.11.1 Step Index Multimode
Gambar. 2.10 Step Index Multimode
•
Indeks bias core konstan
•
Ukuran core besar (50 -100 µm), dan dilapisi cladding yang sangat tipis
•
Penyambungan kabel mudah
•
Dispersi lebar, BW minimum
•
Hanya digunakan untuk jarak pendek dan transmisi data bit rate rendah.
34
2.11.2 Graded Index Multimode
Gambar 2.11 Graded Index Multimode
•
Core terdiri dari sejumlah lapisan gelas yang memiliki indeks bias yang
berbeda, indeks bias tertinggi terdapat pada pusat core.
•
Cahaya yang merambat karena difraksi yang terjadi pada core sehingga
rambatan cahaya sejajar dengan sumbu serat.
•
Dispersi Minimum.
•
Harganya lebih mahal dari serat optik Single index karena proses pembuatan
lebih sulit.
2.11.3 Single Mode Step Index
Gambar.2.12 Single Mode Step Index
35
•
Memiliki diameter yang kecil dibandingkan ukuran claddingnya (8-10 µm)
•
Cahaya hanya merambat dalam satu mode saja yaitu sejajar dengan sumbu
serat optik.
•
Digunakan untuk transmisi data dengan bit rate yang tinggi.
•
Dispersi Minimum, BW Lebar
Untuk jelasnya, secara lengkap penampang melintang serat optik dapat dilihat
pada Gambar 2.13
Gambar 2.13 Penampang Serat Optik
36
2.12
Panjang Gelombang
Panjang gelombang pada Komunikasi Optik mulai dari ”near infrared”
sampai ”far infrared” mencakup juga panjang gelombang cahaya tampak (0,4 µm –
0,7 µm).
λ =
c
f
..............................(2.2)
Dimana,
λ
= Panjang gelombang (m)
c
= Kecepatan cahaya dalam ruang hampa : 3 x 10 8 m/det
f
= Frekuensi (Hz)
Panjang gelombang untuk komunikasi optik saat ini adalah :
Pendek
: 0,85 µm
Panjang
: 1,3 µm
Terpanjang
: 1,55 µm
Contoh perhitungan :
Suatu sumber cahaya dengan λ sebesar 1,3 µm, maka frekuensinya dapat dihitung
sebagai berikut :
F
=
C
λ
3 x 10 8 m / s
=
= 2,31 x 1014 Hz............. (2.3)
− 6
1 , 3 x 10
m
37
2.13
Sejarah Perkembangan WDM
Pada mulanya, teknologi WDM, yang merupakan cikal bakal lahirnya
DWDM, berkembang dari keterbatasan yang ada pada sistem serat optik, dimana
pertumbuhan trafik pada sejumlah jaringan backbone mengalami percepatan yang
tinggi sehingga kapasitas jaringan tersebut dengan cepatnya terisi. Hal ini menjadi
dasar pemikiran untuk memanfaatkan jaringan yang ada dibandingkan membangun
jaringan baru.
Konsep ini pertama kali dipublikasikan pada tahun 1970, dan pada tahun
1978 sistem WDM telah terealisasi di laboratorium. Sistem WDM pertama hanya
menggabungkan 2 sinyal. Pada perkembangan WDM, beberapa sistem telah sukses
mengakomodasikan sejumlah panjang-gelombang dalam sehelai serat optik yang
masing-masing berkapasitas 2,5 Gbps sampai 5 Gbps. Namun penggunaan WDM
menimbulkan permasalahan baru, yaitu ke-nonlinieran serat optik dan efek dispersi
yang semakin kehadirannya semakin significant yang menyebabkan terbatasnya
jumlah panjang-gelombang 2-8 buah saja di kala itu. Pada perkembangan
selanjutnya, jumlah panjang-gelombang yang dapat diakomodasikan oleh sehelai
serat optik bertambah mencapai puluhan buah dan kapasitas untuk masing-masing
panjang gelombang pun meningkat pada kisaran 10 Gbps, kemampuan ini merujuk
pada apa yang disebut DWDM.
Teknologi WDM pada dasarnya adalah teknologi transport untuk menyalurkan
berbagai jenis trafik (data, suara, dan video) secara transparan, dengan menggunakan
panjang gelombang (ℓ) yang berbeda-beda dalam suatu fiber tunggal secara
bersamaan. Implementasi WDM dapat diterapkan baik pada jaringan long haul
(jarak jauh) maupun untuk aplikasi short haul (jarak dekat).
38
WDM popular karena memungkinkan untuk mengembangkan kapasitas jaringan
tanpa menambah jumlah fiber. Dengan menggunakan WDM dan penguat, mereka
bisa mengakomodasikan beberapa generasi dari pengembangan teknologi dalam
infrastruktur optiknya tanpa keharusan untuk memeriksa secara seksama jaringan
backbone. Kapasitas dari hubungan dapat dikembangkan hanya dengan meningkatkan
multiplexers dan demultiplexers yang digunakan.
WDM sistem dibagi menjadi 2 segment, dense and coarse WDM. Sistems dengan
lebih dari 8 panjang gelombang aktif perfibre dikenal sebagai Dense WDM (DWDM),
sedangkan untuk panjang gelombang aktif diklasifikasikan sebagai Coarse WDM
(CWDM). Teknologi CWDM dan DWDM didasarkan pada konsep yang sama yaitu
menggunakan beberapa panjang gelombang cahaya pada sebuah serat optik, tetapi
kedua teknologi tersebut berbeda pada memperkuat sinyal pada medium pengaturan
jarak dari panjang gelombang, jumlah kanal, dan kemampuan untuk optik.
2.14
Pengertian DWDM
Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) merupakan suau teknik
transmisi yang yang memanfaatkan cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda-beda
sebagai kanal-kanal informasi, sehingga setelah dilakukan proses multiplexing
seluruh panjang gelombang tersebut dapat ditransmisikan melalui sebuah serat optik.
Gambar 2.14 Prinsip dasar system DWDM
39
Teknologi DWDM adalah teknologi dengan memanfaatkan sistem SDH
(Synchoronous Digital Hierarchy) yang sudah ada (solusi terintegrasi) dengan
memultiplekskan sumber-sumber sinyal yang ada. Menurut definisi, teknologi
DWDM dinyatakan sebagai suatu teknologi jaringan transport yang memiliki
kemampuan untuk membawa sejumlah panjang gelombang (4, 8, 16, 32, dan
seterusnya) dalam satu fiber tunggal. Artinya, apabila dalam satu fiber itu dipakai
empat gelombang, maka kecepatan transmisinya menjadi 4x10 Gbs (kecepatan awal
dengan menggunakan teknologi SDH).
Teknologi DWDM beroperasi dalam sinyal dan domain optik dan
memberikan fleksibilitas yang cukup tinggi untuk memenuhi kebutuhan akan
kapasitas transmisi yang besar dalam jaringan. Kemampuannya dalam hal ini
diyakini banyak orang akan terus berkembang yang ditandai dengan semakin
banyaknya jumlah panjang gelombang yang mampu untuk ditramsmisikan dalam
satu fiber. Pada perkembangan selanjutnya, teknologi DWDM ini tidak saja
dipergunakan pada jaringan utama (backbone), melainkan juga pada jaringan akses
di kota-kota metropolitan di seluruh dunia, seperti halnya New York yang memiliki
distrik bisnis yang terpusat. Alasan utama yang mendorong penggunaan DWDM
pada jaringan akses ini tentu saja kemampuan sehelai serat optik yang sudah mampu
mengakomodasikan puluhan bahkan ratusan panjang-gelombang. Sehingga, setiap
perusahaan penyewa dapat memiliki 'jaringan' masing-masing. Kemunculan
teknologi DWDM tersebut dengan segera menjadi daya tarik sendiri bagi
perusahaan-perusahaan penyedia jasa telekomunikasi (carriers). Hal ini dikarenakan
teknologi DWDM memungkinkan carriers untuk memiliki sebuah jaringan tanpa
perlu susah payah membangun sendiri infrastruktur jaringannya. Mereka cukup
40
menyewa beberapa panjang gelombang sesuai kebutuhan dengan daerah tujuan yang
sama ataupun berbeda. Metode penyewaan panjang-gelombang ini pula yang saat ini
banyak dilakukan oleh carriers, khususnya yang tergolong baru, di kawasan Eropa, di
mana traffick telepon dan internet di kota-kota besar di kawasan tersebut
menunjukkan pertumbuhan yang sangat tinggi. Namun pada dasarnya, DWDM
merupakan pemecahan dari masalah-masalah yang ditemukan pada WDM, dimana
dari segi infrastruktur sendiri praktis hanya terjadi penambahan peralatan pemancar
dan penerima saja untuk masing-masing panjang-gelombang yang dipergunakan. Inti
perbaikan yang dimiliki oleh teknologi DWDM terletak pada jenis filter, serat optik
dan penguat amplifier. Jenis filter yang umum dipergunakan di dalam sistem DWDM
ini antara lain Dichroic Interference Filters (DIF), Fiber Bragg Gratings (FBG),
Array Waveguide Filters (AWG) and Hybrid Fused Cascaded Fiber (FCF) dengan
Mach-Zehnder (M-Z) interferometers. Komponen berikutnya adalah serat optik
dengan dispersi yang rendah, dimana karakteristik demikian sangat diperlukan
mengingat dispersi secara langsung berkaitan dengan kapasitas transmisi suatu
sistem. Sementara penguat optik yang banyak dipergunakan untuk aplikasi demikian
adalah EDFA dengan karakteristik flat untuk semua panjang-gelombang di dalam
spektrum DWDM. Teknik lain yang yang telah sukses diujicobakan adalah dengan
memperpendek jarak antar kanal, yang biasanya berkisar 1 nm menjadi 0,3 nm. Hal
ini terutama berguna pada sistem yang spektrum penguatan dari penguat optiknya
kurang merata.
41
2.15
Konsep WDM
Signal yang berbeda dengan panjang gelombang spesifik di multiplex
kedalam satu fiber untuk ditransmisikan.
A
λ1
B
λ2
C
λ3
Wavelength
Division
Multiplexer
WDM
Fibre
λ1 + λ2 + λ3
Wavelength
Division
Demultiplexer
WDM
λ1
X
λ2
Y
λ3
Z
Gambar 2.15 Konsep Dasar WDM
2.16
Keunggulan DWDM
Secara umum keunggulan teknologi DWDM adalah sebagai berikut:
Tepat untuk diimplementasikan pada jaringan telekomunikasi jarak jauh
(long haul) baik untuk sistem point-to-point maupun ring topology.
Lebih fleksibel untuk mengantisipasi pertumbuhan trafik yang tidak
terprediksi.
Transparan terhadap berbagai bit rate dan protokol jaringan
Tepat untuk diterapkan pada daerah dengan perkembangan kebutuhan
Bandwidth sangat cepat (ekspansi Smooth).
Compatible dengan serat optik yang sudah ada
Ultra tinggi kapasitas
Transparansi data transmisi
High performance to cost perbandingan
Namun dengan dukungan teknologi tingkat tinggi dan area implementasi
utama pada jaringan long haul teknologi DWDM menjadi mahal, terutama jika
42
diperuntukkan bagi implementasi di area metro. Area metro menjadi penting
terutama karena dorongan pertumbuhan trafik data yang significant pada area ini.
2.17
Teknik Operasional DWDM
Pada dasarnya, teknologi WDM (awal adanya teknologi DWDM) memiliki
prinsip kerja yang sama dengan media transmisi yang lain. Yaitu untuk mengirimkan
informasi dari suatu tempat ke tempat yang lain. Namun, dalam teknologi ini pada
suatu kabel atau serat optik dapat dilakukan pengiriman secara bersamaan banyak
informasi melalui kanal yang berbeda. Setiap kanal ini dibedakan dengan
menggunakan prinsip perbedaan panjang gelombang (wavelength) yang dikirimkan
oleh sumber informasi. Sinyal informasi yang dikirimkan awalnya diubah menjadi
panjang gelombang yang sesuai dengan panjang gelombang yang tersedia pada kabel
serat optik kemudian dimultipleksikan pada satu fiber.
Dengan teknologi DWDM ini, pada satu kabel serat optik dapat tersedia
beberapa panjang gelombang yang berbeda sebagai media transmisi yang biasa
disebut dengan kanal.
Berikut ilustrasi pengiriman informasi pada WDM:
fiber
Signal Code
from
multi-laser
Mux
wavelengths
Gambar 2.16 Ilustrasi Transmisi menggunakan WDM
Sebagai perbandingan dengan DWDM, ilustrasi transmisi dengan TDM adalah sbb:
43
fiber
Signal Code
from a
Mux
single-laser
Gambar 2.17 Ilustrasi Transmisi menggunakan TDM
TDM menggunakan teknik
pengiriman tetap pada satu channel dengan
mengefisiensikan skala waktu untuk mengangkut berbagai macam informasi.
2.18
Komponen pada DWDM
Pada teknologi DWDM, terdapat beberapa komponen utama yang harus ada
untuk mengoperasikan DWDM dan agar sesuai dengan standart channel ITU
sehingga teknologi ini dapat diaplikasikan pada beberapa jaringan optik seperti
SONET dan yang lainnya.
Komponen-komponennya adalah sbb:
1.
Transmitter yaitu komponen yang menjembatani antara sumber sinyal informasi
dengan multiplekser pada system DWDM. Sinyal dari transmitter ini akan
dimultipleks untuk dapat di transmisikan.
2.
Receiver yaitu komponen yang menerima sinyal informasi dari demultiplekser
untuk dapat dipilah berdasarkan macam-macam informasi.
3.
DWDM terminal multiplexer. Terminal mux sebenarnya terdiri dari transponder
converting wavelength untuk setiap signal panjang gelombang tertentu yang
akan dibawa. Transponder converting wavelength menerima sinyal input optic
44
(sebagai contoh dari system SONET atau yang lainnya), mengubah sinyal
tersebut menjadi sinyal optic dan mengirimkan kembali sinyal tersebut
menggunakan pita laser 1550 nm. Terminal mux juga terdiri dari multiplekser
optikal yang mengubah sinyal 550 nm dan menempatkannya pada suatu fiber
SMF-28.
4.
Intermediate optical terminal (amplifier). Komponen ini merupakan amplifier
jarak jauh yang menguatkan sinyal dengan banyak panjang gelombang yang
ditransfer sampai sejauh 140 km atau lebih. Diagnostik optikal dan telemetry
dimasukkan di sekitar daerah amplifier ini untuk mendeteksi adanya kerusakan
dan pelemahan pada fiber. Pada proses pengiriman sinyal informasi pasti
terdapat atenuasi dan dispersi pada sinyal informasi yang dapat melemahkan
sinyal. Oleh karena itu harus dikuatkan.
Erbium-doped Optical Fiber
Gambar. 2.17 Erbium-doped Optical Fiber
Sistem yang biasa dipakai pada fiber amplifier ini adalah system EDFA,
namun karena bandwith dari EDFA ini sangat kecil yaitu 30 nm (1530 nm-1560
45
nm), namun minimum attenuasi terletak pada 1500 nm sampai 1600 nm.
Kemudian digunakan DBFA (Dual band fiber amplifier) dengan bandwidth
1528 nm to 1610 nm.
Kedua jenis amplifier ini termasuk jenis EBFA (extended band filter
amplifier) dengan penguatan yang tinggi, saturasi yang lambat dan noise yang
rendah.
Teknologi amplifier optic yang lain adalah system Raman Amplifier yang
merupakan pengembangan dari system EDFA.
5.
DWDM terminal demux. Terminal ini mengubah sinyal dengan banyak panjang
gelombang menjadi sinyal dengan hanya 1 panjang gelombang dan
mengeluarkannya ke dalam beberapa fiber yang berbeda untuk masing-masing
client untuk dideteksi. Sebenarnya demultiplexing ini beritndak pasif, kecuali
untuk beberapa telemetry seperti system yang dapat menerima sinyal 1550 nm.
Pada transmisi jarak jauh dengan system client-layer seperti demultiplexi
sinyal yang selalu dikirim ke 0/E/0. Teknologi terkini dari demultiplekser ini
yaitu terdapat couplers (penggabung dan pemisah power wavelength) berupa
FIBER BRAGG GRATING dan dichroic filter untuk menghilangkan noise dan
crosstalk.
46
Bragg Grating
Dichronic Filter
Gambar. 2.18 FBG dan Dichroic filter
6.
Optikal supervisory channel. Ini merupakan tambahan panjang gelombang yang
selalu ada di antara 1510 nm-1310 nm. OSC membawa informasi optik multi
wavelength sama halnya dengan kondisi jarak jauh pada terminal optic atau
daerah EDFA. Jadi OSC selalu ditempatkan pada daerah intermediate amplifier
yang menerima informasi sebelum dikirimkan kembali.
Berikut ilustrasi tata letak komponen pada DWDM:
Gambar. 2.19 DWDM System Application
47
2.19
Channel Spacing
Channel spacing menentukan system performansi dari DWDM. Standart
channel spacing dari ITU adalah 50 GHz sampai 100 GHz (100 GHz akhir-akhir ini
sering digunakan). Spacing (sekat) ini membuat channel dapat dipakai dengan
memperhatikan batasan-batasan fiber amplifier. Cahnnel spacing bergantung pada
system komponen yang dipakai.
Channel spacing merupakan system frekuensi minimum yang memisahkan 2
sinyal yang dimultipleksikan. Atau biasa disebut sebagai perbedaan panjang
gelombang diantara 2 sinyal yang ditransmisikan. Amplifier optic dan
kemampuan receiver untuk membedakan sinyal menjadi penentu dari spacing
pada 2 gelombang yang berdekatan.
Typical Optical Characteristics for DWDM Channels
Gambar. 2.20 Typical Optical Characteristics for DWDM Channels
Pada perkembangan selanjutnya, system DWDM berusaha untuk menambah
channel yang sebanyak-banyaknya untuk memenuhi kebutuhan lalu lintas data
informasi. Salah satunya adalah dengan memperkecil channel spacing tanpa adanya
48
suatu interferensi dari pada sinyal pada satu fiber optic tersebut. Dengan demikian,
hal ini sangat bergantung pada system komponen yang digunakan. Salah satu
contohnya adalah pada demultiplekser DWDM yang harus memenuhi beberapa
criteria di antaranya adalah bahwa demux harus stabil pada setiap waktu dan pada
berbagai suhu, harus memiliki penguatan yang relatif besar pada suatu daerah
frekuensi tertentu dan dapat tetap memisahkan sinyal informasi sehingga tidak terjadi
interferensi antar sinyal. Sistem yang sebelumnya sudah dijelaskan yaitu FBG (Fiber
Bragg Grating) mampu memberikan spacing channel tertentu seperti pada gambar
berikut:
0.4 nm Channel Spacing DWDM Fiber Bragg Grating
Gambar. 2.21 0.4 nm Channel Spacing DWDM Fiber Bragg Grating
2.20
CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing)
DWDM memang berimbas pada biaya. Dengan pertimbangan utama
tingginya biaya dan diikuti oleh alasan kebutuhan variasi layanan dan kebutuhan
jarak tempuh yang pendek (terkait pada kebutuhan sumber laser) membuat
49
pengimplementasikan DWDM kurang reliable.
Solusi untuk permasalahan ini adalah konsep coarse wavelength division
multiplexing (CDWM). Tujuan utama teknologi ini adalah menekan biaya investasi
dan biaya operasi teknologi DWDM terutama untuk area metro. Untuk aplikasinya
CWDM memiliki kemampuan yang sama dengan teknologi DWDM, dimana aplikasi
yang dapat diterapkan adalah point-to-point, chain, ring dan mesh. Namun seperti
halnya DWDM isu transparansi, interoperability dan manajemen jaringan optik tetap
perlu menjadi perhatian.
2.20.1 Prinsip Coarse WDM
Prinsip kerja dasar dari CDWM adalah sama dengan prinsip kerja umum
teknologi DWDM yaitu mentransmisikan kombinasi sejumlah panjang gelombang
yang berbeda dengan menggunakan perangkat multiplex panjang gelombang optik
dalam satu fiber (lihat gambar 1). Pada sisi penerima terjadi proses kebalikannya
dimana panjang gelombang tersebut dikembalikan ke signal asalnya.
Perbedaan yang paling mendasar antara CWDM dan DWDM terletak pada
channel spacing (parameter jarak antar kanal) dan area operasi panjang
gelombangnya (band frekuensi). CWDM memanfaatkan channel spacing 20 nm yang
lebih memberi ruang kepada sistem untuk toleran terhadap dispersi. Hal ini berkaitan
langsung dengan teknologi perangkat multiplex (terutama laser dan filter) yang akan
diimplementasikan dalam sistem, dimana untuk channel spacing yang semakin
presisi (DWDM = 0,2 nm s/d 1,2 nm) Laser dan filter yang digunakan akan semakin
mahal.
50
2.20.2 Perbandingan CWDM dan DWDM
Tabel 2.1 Perbandingan CWDM dan DWDM
Jarak antar kanal merupakan jarak antara dua panjang gelombang yang
dialokasikan sebagai referensi. Semakin sempit jarak antar kanal, maka akan
semakin besar jumlah panjang gelombang yang dapat ditampung. Jarak antar kanal
yang paling umum digunakan oleh para pemasok DWDM saat ini adalah: 0,2 nm s/d
1,2 nm, sedangkan untuk CWDM fixed 20 nm. Deskripsi jarak antar kanal adalah
seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.23
Gambar. 2.22 Jarak Antar Kanal (Channel Spacing) / DWDM
51
Gambar. 2.23 Jarak Antar Kanal (Channel Spacing) / CWDM
Dengan channel spacing yang tetap 0,2 nm, teknologi CWDM akan memiliki
keterbatasan dalam hal jumlah panjang gelombang yang dapat dikonsumsi jika
mengoptimalkan band frekuensi yang sama seperti DWDM (1470nm s/d 1610nm).
Oleh karena itu dalam perkembangannya guna mendapatkan jumlah panjang
gelombang yang lebih banyak, CWDM akan mengoptimalkan band frekuensi
1290nm s/d 1610nm (Kemampuan saat ini : 1470nm-1610nm). Jika diperhatikan
gambar 4, jelas terlihat bahwa CWDM akan mengoptimalkan referensi gelombang
1310 nm dan band 1510 nm (DWDM mengoptimalkan 1510 nm).
Gambar. 2.24 Spektrum optic
52
Dengan band frekuensi yang lebih lebar, walaupun channel spacing juga lebih
lebar, diharapkan CWDM memiliki jumlah panjang gelombang yang kurang lebih
bersaing dengan DWDM. Impact lain dari kemampuan CWDM ini adalah, karena
mengoptimalkan dua band frekuensi CWDM dapat di implementasikan untuk jenis
fiber eksisting, seperti G.652 dan G.653 disamping fiber G.655 (DWDM optimal).
Untuk aplikasinya CWDM memiliki kemampuan yang sama dengan
teknologi DWDM, dimana aplikasi yang dapat diterapkan adalah point-to-point,
chain, ring dan mesh. Satu hal yang perlu digarisbawahi dari teknologi CWDM,
seperti tujuan utamanya untuk menekan biaya implementasi DWDM di area metro,
adalah lebih murahnya biaya hardware terutama komponen laser dan filter.
Pada DWDM dibutuhkan laser transmitter yang lebih stabil dan presisi
daripada yang dibutuhkan pada CWDM. Artinya, DWDM menempati level teknologi
yang lebih tinggi dari CWDM. Pada sistem DWDM laser yang diadop adalah sistem
DFB yang menggunakan teknologi tinggi dengan toleransi panjang gelombang
sekitar 0,1 nm (presisi dan sangat sempit) dan mengakibatkan temperatur tinggi
sehingga membutuhan sistem pendingin. Sedangkan pada sistem CWDM sekitar 2-3
nm, tanpa sistem pendingin dan membutuhkan konsumsi daya yang lebih kecil
(hanya sekitar 15% dibanding DWDM). Demikian pula terjadi pada sistem filter
diantara keduanya. Tentunya hal ini menimbulkan perbedaan biaya yang sangat
significant.
Dengan pertimbangan seperti pada tabel 1 dan uraiannya maka dengan
konsep CWDM: tingginya biaya menjadi bisa ditekan, kebutuhan variasi layanan di
metro dengan kebutuhan bandwitdh besar tetap bisa dipenuhi, dan kebutuhan area
implementasi untuk metro bisa didapatkan. Namun seperti halnya DWDM isu
53
transparansi, interoperability dan manajemen jaringan optik tetap perlu menjadi
perhatian. Apalagi teknologi ini mengacu pada sumber frekuensi band tertentu dan
channel spacing tertentu yang menjadi dasar penyaluran dan multiplex/demultiplex
sinyal.
Teknologi CWDM menjadi solusi yang baik mengatasi kebutuhan bandwidth
besar dengan biaya murah pada area metro. Hal ini dilandasi dengan penggunaan
channel spacing 0,2 nm yang menyebabkan sistem tidak perlu membutuhkan laser
dan filter dengan teknologi tinggi yang mahal. Namun seperti halnya DWDM isu
transparansi, interoperability dan manajemen jaringan optik tetap perlu menjadi
perhatian.
2.21
Aplikasi Jaringan DWDM
Kemunculan teknologi DWDM tersebut dengan segera menjadi daya tarik
sendiri bagi perusahaan-perusahaan penyedia jasa telekomunikasi (carriers). Hal ini
dikarenakan teknologi DWDM memungkinkan carriers untuk memiliki sebuah
jaringan tanpa perlu susah payah membangun sendiri infrastruktur jaringannya,
cukup menyewa beberapa panjang-gelombang sesuai kebutuhan dengan daerah
tujuan yang sama ataupun berbeda. Metoda penyewaan panjang-gelombang ini pula
yang saat ini banyak dilakukan oleh carriers, khususnya yang tergolong baru, di
kawasan Eropa, dimana trafik telepon dan internet di kota-kota besar di kawasan
tersebut menunjukkan pertumbuhan yang sangat tinggi.
Keadaan ini memicu bermunculannya carriers baru yang dengan segera
memiliki jaringan yang luas di benua tersebut dengan akses ke seluruh penjuru dunia,
meski beberapa carriers yang tergolong mapan lebih memilih untuk membangun
54
sendiri infrastrukturnya dengan alasan kemudahan dalam pengawasan, keamanan dll.
Perbedaan strategi tersebut nantinya bakal mewarnai persaingan dalam penguasaan
teknologi, manajemen jaringan dsb, meski tidak mesti terjadi perusahaan yang lebih
memilih membangun sendiri infrastrukturnya (digger) akan menjadi lebih
berkembang (bigger) dan perusahaan yang lebih memilih untuk menyewa panjang
gelombang (leaser) menjadi pecundang (loser).
Sementara bagi produsen perangkat telekomunikasi sendiri, kemunculan
teknologi ini seakan memberi angin segar bagi perusahaan baru untuk turut bermain
di dalam bisnis bernilai milyaran dollar ini. Sebagai contoh adalah Cina, yang
menjadi pemain papan atas untuk produk DWDM.
2.21.1 Keseluruhan
struktur
sistem
WDM
N-path
panjang
gelombang
Transponder Optik unit (OTU)
Multiplexer Optik Unit / De-multiplexer Optik Unit (OMU/ODU)
Amplifier Optik (OA)
Saluran Pengawasan (OSC/ESC)
55
2.21.2 Jenis Transmisi
Fiber tunggal transmisi searah (unidirectionnal)
Gambar. 2.25 Single fiber unidirectional transmission
Fiber tunggal transmisi dua arah (Bidirectional)
Gambar. 2.26 Single fiber bidirectional transmission
56
2.21.3 Jenis Sistem DWDM
Ada dua jenis DWDM yaitu :
Sistem DWDM terintegrasi
Sistem DWDM terintegrasi tidak memerlukan OTUs ketika peralatan
sisi-klien nya (sebagai contoh, peralatan SDH) mempunyai pemancar
optik menghubungkan yang mematuhi ITU-T G.694.1
Gambar. 2.27 Jenis Aplikasi Integrated System
Sistem DWDM terbuka
Sistem DWDM terbuka adalah mengatur dengan OTUs untuk
mengkonversi panjang gelombang bukan-standar ke dalam ITU-T
G.694.1-compliant panjang gelombang.
Gambar. 2.28 Jenis Aplikasi Open System
57
2.22
Prinsip kerja jaringan DWDM
Prinsip Kerja Jaringan Transport Optik Masa Depan/DWDM adalah
mentransmisikan trafik dengan kecepatan n x 2,5 Gbps atau n x 10 Gbps dalam
bentuk sinyal-sinyal dengan panjang gelombang (l) yang berbeda pada satu fiber.
Gambar 2.29 Sistem Transmisi Multi Panjang Gelombang (xWDM)
Dalam penerapan-penerapan teknologi diatas, ada beberapa tipe topologi yang
dapat diimplementasikan dengan memenuhi kebutuhan akan proteksi pada level yang
diinginkan (mencapai hingga 100%). Dalam jaringan telekomunikasi pada umumnya
terdapat dua alternatif utama sebagai topologi jaringan untuk teknologi jaringan
transport masa depan. Kedua topologi tersebut adalah topologi ring dan mesh.
2.23
Topologi Point to Point
Gambar 2.30 Topologi Point to Point
58
Jaringan Point to point adalah aplikasi dasar yang di gunakan untuk end to
end layanan transmisi. tipe Jaringan lain didasarkan pada point-to-point yang mana
adalah hal-hal paling mendasar jaringan.
59