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
