JARINGAN HYBRID FIBER COAX (HFC) DAN DENSE WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING (DWDM)

Jurnal Terra Hertz, ICT Research Center UNAS Vol.3, No.1, Pebruari 2009

ISSN 1978 -9505

JARINGAN HYBRID FIBER COAX (HFC) DAN DENSE WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING (DWDM) Ucuk Darusalam Jurusan Teknik Telekomunikasi, Fakultas Teknologi Komunikasi dan Informasi, Universitas Nasional Pejaten, Sawo Manila, Pasar Minggu, Jakarta, 12520. E-mail: [email protected]

Abstract – As the requirement of service is highly complex and increasing vastly it demand high bandwidth and reliable transmission. Dense Wavelength Division Multiplexing is the ultimate solution to fullfill those requirement. Transport bandwidth withing range Gigabyte and Terra byte could be enhanced in DWDM systems. The spirit of this modern transport systems is combine the fiber optics and coaxial technology. Keywords : Hybrid Fiber Coaxial, Dense Wavelength Division Multiplexing Abstrak – Sebagaimana kebutuhan layanan data yang semakin beragam dan besar dan meningkat secara cepat maka kebutuhan sistem transmisi yang dapat mendukung hal tersebut sangat diperlukan. Dense Wavelength Division Multiplexing adalah solusi yang handal untuk memenuhi kebutuhan tersebut di mana sistem transmisi ini dapat mendukung transmisi data dalam skala Gigabyte dan Terra byte. Kunci utama produk ini adalah menggabungkan teknologi tranmisi via fiber optics dan coaxial. Kata kunci: Jaringan hibrida serat optic dan koaksial

I.

Pendahuluan

Generasi terbaru dari produk opto-electronic telah menjadi pendukung utama dalam jaringan HFC sehingga menjadikan penyediaan layanan video interaktif, data dan layanan telepon menjadi berkapasitas besar. Produk terbaru itu adalah Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM), yakni peningkatan kapasitas fiber untuk men-transmisikan panjang gelombang dalam jumlah yang banyak (lebih dari 30 panjang gelombang). Sebagai mana operator telekomuni-kasi berusaha untuk memperkenalkan layanan baru. Hal pertama yang perlu dilakukan adalah mencari cara baru untuk memperkenalkan layanan baru. Hal yang utama perlu dilakukan adalah mencapai cara baru untuk menambah kapasitas jaringan secara ekonomis. Suatu solusi ekselen dari hal ini adalah implementasi sistem HFC. Optoelektronik sangat berperan penuh terhadap evolusi HFC yang membutuhkan kapasitas bandwith tinggi dan trafik multimedia yang interaktif. Penggunaan teknologi HFC secara khusus didesain untuk jaringan layanan video interaktif, broadband data dan telepon. Optoelectronic membuat operator dapat memanfaatkan fiber optic secara optimal dan efektif, memudahkan alokasi/manajemen bandwith, dan meningkatkan efesiensi ekonomis. Lebih penting lagi optoelectronic memudahkan penyediaan layanan dari beberapa menu interaktif yang dapat menghasilkan pendapatan besar. Sehingga hal tersebut menjadikan operator lebih profitable dan kompetitif. Bahkan perusahaan telekomunikasi yang besar dapat secara efektif memodulasikan sinyal video ke dalam jaringan. Fiber In The Loop (FITL), secara efisiensi pula dapat mengirimkan sinyal video analog ke dalam

41


ISSN 1978 -9505

backbone jaringan SONET, dan memberikan solusi terhadap masalah daya pada sistem DWDM yang berpengaruh terhadap penggunaan optical amplifier dalam jaringan jarak jauh.

II.

Peningkatan Penggunaan Bandwidth

Semenjak layanan terbaru ditambahkan kedalam broadcast video, maka tujuan awal dalam implementasi jaringan adalah meningkatkan kapasitas bandwidth setiap pelanggan. Hal ini bisa dicapai melalui dua cara, yakini memperbesar kanal jaringan dan meningkatkan fleksibilitas transport jaringan secara efisien. Sebagaimana gambar 1, struktur jaringan dirancang untuk mengatisipasi kebutuhan layanan video shared kepada pelanggan dengan penggunaan fiber optik sebagai kanal utama yang terhubung dengan server Master HE, primary hub dan secondary hub. Selanjutnya distribusi kepada end user di lanjutkan via coaxial.

Gambar 2.1 Arsitektur utama Jaringan HFC untuk memenuhi kebutuhan layanan data berkapasitas besar. Tujuan utama evolusi jaringan di atas adalah mengoptimalkan penggunaan bandwidth per user dan menciptakan koneksi secara jaringan dengan transport data yang efisien, empat kunci evolusi teknologi tersebut adalah : 1.Penggunaan sumber optis berdaya tinggi pada λ = 1550 nm yang bisa digunakan pada jaringan untuk membawa Quadrature Amplitude Solution (QAM) sebagai traffic interactive dan akses area terhadap jaringan kecil untuk memfasilitasi arsitektur fiber deeper. 2.Penggunaan format data digital melalui sistem multiplexing dari SONET untuk membangun backbone dan Multimedia high speed. 3.Penerapan multiplexing secara WDM untuk meningkatkan bandwidth serta kemudahan routing dan reduksi biaya. 4.Penggunaan piranti optis pasive untuk meningkatkan performasi jaringan dan reduksi cost. Pertimbangan awal desain jaringan adalah penentuan keperluan bandwidth baik broadcast/narrowcast. Jaringan HFC melibatkan empat dimensi di dalam hal layanan interaktifnya, yakni : a. Frequency (f) b. Spatial MUX f(k) c. Efisiensi Spektial ( ω ) d. Wavelenght (λ)

42


ISSN 1978 -9505

Frekuency Ukuran frekuensi carier yang digunakan 750 Hz 862 Hz 1 Ghz Spatial MUX Menentukan jumlah fiber yang digunakan jaringan utama (backbone) dan jumlah fiber pada node serta cara meng – up Load backbone – Node. Spektral Efisiensi Menentukan waktu modulasi sinyal, spt 256 terhadap 64 QAM. DWDM Komposisi sub – sub λ yang digunakan pada daerah C-Band atau S-Band 1550/1310. III.

Arsitektur HFC untuk Telephoni System

Hybrid Fiber Coax (HFC) bisa secara efektif mendukung kebutuhan layanan video, data, dan telepon, dan keuntungannya berasal dari full support broadband service yang dirancang. Layanan broadband yang terintegrasi secara tipikal mendukung pada spektrum frekuensi 750 Mhz dan dengan tambahan sekitar 250 MHz sebagai cadangan. Ekspansi spektrum ini standar spektrum broadcast analog video, dengan space cadangan untuk layanan video. Sehingga kapasitas data digital pada frekuensi tersebut adalah sekitar 2 Gbps. Up-stream signaling untuk servis interaktif dan kedua up-stream atau downstream telepon. Karena spektrum secara khusus dirancang untuk aplikasi broadcast, space yang dialokasikan sebagai upstream signa ling sebesar (5 – 42 MHz). Dua kunci yang menantang dalam implementasi telephoni atau layanan broadband yang terintegrasi yaitu batas bandwidth upstream maksimum dari semua bandwidth yang dialokasikan sebagai telepon. Arsitektur HFC seperti gambar 2 menggunakan fiber untuk mentransport signal video dan headend atau CO (central Office) menuju node. Pada node downstrem optical signal dikonversi menjadi signal elektrik dan ditransmisikan via koaksial kepada setiap user. Pada site user digunakan demodulator untuk memisahkan layanan video dan telepon.

Gambar 3.1. Arsitektur HFC yang menggunakan fiber untuk mentransport signal video dan headend.

43


ISSN 1978 -9505

Karena kapasitas bandwidth dari fiber lebih besar dari koaksial maka node-node harus disesuaikan dengan distribusi koaksial. Secara tipikal optical node adalah 4:1 multidrop kabel koaksial. Sehingga dengan teknologi demikian bandwidth telepon bisa dipenuhi ke dalam jaringan video secara efektif dan efisien dan bisa diterapkan untuk cakupan jaringan besar maupun kecil. IV.

Penentuan ukuran Node

Gambar 3 menunjukan range bandwith tipical yang dibutuhkan baik forward atau reverse untuk jumlah video, data, periklanan, telephony, dan layanan multi-media. Dengan asumsi jumlah user adalah 500 rumah untuk setiap node maka untuk menentukan nilai ekonomis dari fiber deeper sebagai akses jaringan patut menjadi perhatian utama. Kemampuan jaringan HFC baik reverse/upstream untuk menghandle layanan penuh terhadap kebutuhan media interaktif dapat disiasati dengan penerapan piranti passive optik. Piranti tersebut adalah Fabry Perot dan DFB Laser. Fabry Perot berfungsi sebagai pemisah wavelength yang berefesiensi tinggi sedangkan DFB Laser merupakan piranti sumber cahaya yang memiliki karakteristik single mode dan koherensi yang tinggi. Sehingga dengan penggunaan piranti tersebut dapat meningkatkan efesiensi daya transmisi.

Gambar 4.1. Range Bandwidth untuk HFC. Gambar 4 menunjukan jumlah total pembebanan reverse path untuk 500 rumah per node. Kapasitas bandwidth tersebut dihitung dari node terhadap user (rumah) yang ter-koneksi via kabel telepon di mana hal ini ditempuh untuk mengantisipasi pencapaian nilai ekonomis dengan tanpa mengurangi quality of service dari operator.

44


ISSN 1978 -9505

Gambar 4.2 Alokasi bandwidth untuk HFC. V. Penggunaan Transmitter 1550nm Dengan menggunakan source 1550 nm berdaya tinggi dan menurunkan ukuran node menjadi 12 user per node maka arsitektur HFC yang digabung dengan koneksi coaxial (FITL/Fiber In The Loop) akan dapat meningkatkan performansi layanan sebagai-mana gambar 5, dimana HFC berbasis layanan video bisa ditambahkan ke dalam sistem FITL secara menyakinkan Tx 1550 nm secara modulasi eksternal dan amplifier optik diletakkan pada Central Office (CO), mendistribusikan broadband sinyal terhadap 16 terminal remote (RTS) atau 32000 pelanggan.

Gambar 5.1 Konfigurasi FITL (fiber In the Loop). Diluar RTS penguat optis akan memboosting sinyal terhadap penerima berdaya rendah. Rx daya rendah bisa berupa node tunggal tanpa distribusi. Alokasi source pada HFC adalah : a. Layanan video 1550 nm b. Layanan telephony 1310 nm

45

Jurnal Terra Hertz, ICT Research Center UNAS Vol.3, No.1, Pebruari 2009 VI.

ISSN 1978 -9505

Menggunakan Tx 1310 nm untuk Narrowcasting

Pada site hub yang secara tipikal melayani 20.000 rumah/user, sinyal broadcast video diterima dari tranmisi 1550 nm yang dikonversi kedalam RF dan dikeluarkan dalam λ = 1310 nm . Tx 1310 nm membawa 2 input yakni port umum dan broaadcast serta port khusus. Dengan demikian, video lokal, iklan dan servis interaktif seperti data dan suara bisa dimasukan. Range daya yang bisa digunakan adalah 1012 dBm sebagaimana gambar 6 dengan jumlah user sebesar 2000 dan jumlah node adalah 4 (pernode melayani 500 rumah) maka daya 4 – 6 dBm digunakan untuk source 1310 nm pada node untuk setiap 500 user. Setiap Tx membawa sinyal broadcast dan narrow cast. Daya tinggi pada TX 1550 nm digunakakn sebagai pembawa broadcast informasi. Sebagaimana pada gambar 7, pengguat optis (YDFA) berdaya 22dBm bisa mensuplay 64 node untuk 32.000 user. Sedangkan informasi narrow cast Tx 1310 nm dilengkapi dengan kanal QAM sebagai pembawa informasinya. Kedua frekuensi carrier Tx selanjutnya digabungkan kedalam node.

Gambar 6.1 Struktur sistem Hub Site pada setiap node.

Gambar 6.2 Struktur multipleksing secara fisik, Hub Site pada setiap node.

VII.

Multiplexer (MUX) SONET untuk Penggabung Kanal Suara, Data, dan Video

Untuk suara dan data, pilihan yang jelas adalah memanfaat sistem MUX SONET. Menskipun SONET tidak dirancang untuk transport sinyal video. Video coder/decoder yang mengkompres sinyal 1/3 video menjadi sinyal digital (DS–3) menghasilkan kualitas yang jelek dan tidak dapat digunakan memantau performansi / kualitas video. Konsekuensinnya digunakan sistem digital vido/data/suara dengan menggunakan SONET sedangkan sinyal analog menggunakan modulator analog yang khusus.

46


ISSN 1978 -9505

Gambar 7.1 Adopsi sistem SONET terhadap implementasi HFC. Sebagaimana gambar 8 maka masalah kualitas video digital, digunakan STS/OC-48 SONET MUX untuk mencapai kualitas I/O video yang baik. STS/OC-48 dapat mengkonversi sinyal analog menjadi digital dalam berbaga i format dan memetakannya secara langsung pada STS/OC-3 payload. Sehingga data videonya adalah tidak terkompress, high quality, dan sistem transport duplex. Encorder 10 bit digunakan sebagai mapping baseband (narrow/broadcasting). Dan IF video sinyal, untuk menggabungkan sinyal/membersihkan semua kanal. Teknologi tersebut membentuk backbone multi media dimana fiber tunggal/double dapat membawa full range sinyal video, suara dan data untuk membawa sinyal analog yang tidak terkompress secara digital membutuhkan bandwith besar, yakni 16 kanal (STS/OC-16). Maka DWDM yang terdiri dari 8 system digabungkan kedalam fiber tunggal. Kombinasi ini dapat membawa 80 sinyal video analog dan beberapa data digital stream serta memuat 5 GB untuk data dan suara.

VIII. Menggunakan Jaringan Analog untuk Traffic Interactive Jaringan transport analog juga bisa digunakan sebagai pembawa traffik interactive untuk memenuhi kebutuhan video, sebagai contoh suatu tipikal hub membutuhkan untuk menerima beberapa data stream digital untuk memenuhi kebutuhan 20% - 30% video service.

Gambar 8.1 adopsi sistem DWDM terhadap implementasi HFC. Untuk memenuhi bandwith tersebut, 8 Tx 1550 nm yang masing – masing membawa 200 MHz dari QAM bisa dimultiplexingkan ke dalam fiber tunggal dan digabungkan pada hub dengan sinyal broadcast. Tergantung pada jenis arsitektur yang digunakan, Tx modulasi internal atau

47


ISSN 1978 -9505

eksternal bisa digunakan untuk sistem bandwidth tersebut. Teknologi ini digunakan sebagai upstream direction untuk membawa sinyal reverse path dari hub ke headend .. pada sistem tersebut juga akan digabungkan ke dalam fiber tunggal gabungkan ke dalam fiber yang bukan hanya multiple wavelength digital tapi juga analog dari Channel Multiple QAM. Dengan cara demikian maka : 1. Backbone Metropolitan Area Network (MANS) bisa dikonstruksikan untuk memenuhi kebutuhan transport dengan konektifitas yang efisien. 2. Layanan multimedia dalam berbagai format. 3. Menghindari konversi/kompressi sinyal. 4. Menekan biaya serendah mungkin. IX.

Implementasi HFC DWDM

Jaringan Primary Hub : Menghubung Jakarta Pusat, Jakarta Barat, Jakarta Timur, Jakarta Selatan, dan Jakarta Utara, di mana Jakarta Pusat adalah Primary Central Office. Jarak antar kota adalah 15 Km, ? = 1550 nm, Bandwidth = 5 Gbps, Sinyal NRZ, dan BER = 1010 . Perhitungan rise time sistem yang dibutuhkan : B (Hz) = BT/2 = 5 Gbps /2 = 2,5 GHz. Tsis = 0,35/B = 0,35 / 2,5 GHz = 0,28 ns Fiber TWRS single mode M = 4 ps/nm -M s ? = 0,05 – 0,1 nm sehingga dispersi fiber pada jarak 15 km adalah : sM = M x s ? x L = 4.10 -3 x 0,5 x 15 = 0,3 ns TTX = 0,05 – 0,25 ns untuk Laser Source GaInAsP TRX = 0,05 – 0,25 ns untuk APD GaInAsP maka 2 Tsis = TTX2 + TRX + σ M2

= 0,052 + 0,05 2 + 0,03 2 = 0,07ns

Sehingga Tsis secara pe rhitungan lebih cepat dari Tsis yang dibutuhkan untuk transmisi data 5 Gbps. Perhitungan Daya Laser Source 1550 nm : Jika daya laser yang digunakan adalah 20 – 40 mWatt dan daya laser pada jaringan Primary Hub dituning pada 25 mWatt Maka P dBm = 10 log P = 10 log 25 = 13,97 dBm Perhitungan Sensitivitas Daya APD 1550 nm : > Jika R = 3 – 28 > Dan Excess Noise Factor (K) = 0,95 – 1 > M = 5 – 40 > SNR untuk BER 10-10 adalah 322,58 2   M − K   F ( M ) = F ( 40) = 1 − (1 − K )      M   2   40 − 0,95   = 401 − (1 − 0,95)      40  

= 38,89

48


ISSN 1978 -9505

Dan Bandwidth (B) = 5 GHz Maka 2.e.B.F (M ).SNR 5 2 x1,6.10− 1 9 x5.101 2 x 38,89 x322,58 = 5 = 4.10− 6 mWatt PRX =

dan dalam dBm PRX ( dBm) = 10x log PRX = 10x log 4. 10−6 mWatt = −53,96dB

Perhitungan Jarak Maksimal, Lmax : Jika 1 drum = 10 Km maka > ns = (L/10 )-1 = (15/10)-1 = 0,5 > nc = 2 > Lc = 0,75 dBm > Ls = 0,75 dBm > Pm = 5 dBm > sf = 0,42 dBm (PTX − PRX ) − (nc.Lc + ns.Ls + Pm) σf [ 13,97 − (− 53,96 )] − ( 2 x0 ,75 + 0,5 x0,75 + 5 ) = 0 ,42 = 137 Km L max =

Maka Lmax lebih besar dari jarak tranmisi yang dibutuhkan (15 Km).

X.

Kesimpulan

Teknologi optik membuat operator jaringan dapat mencapai jaringan multimedia yang tangguh dengan menangani layanan interaktif dalam volume bandwidth yang besar dan nilai ekomomis yang efisen . Hal tersebut dicapai dengan daya dukung sistem DWDM. Bahkan operator kecil dapat disuplai oleh operator telkom yang besar untuk memperoleh layanan media interaktif dengan mensuplai trasport ke dalam sistem FITL sehingga dapat membawa sinayal analog dalam SONET secara efektif dan memecahkan permasalahan daya optik yang dibutuhkan untuk meng-cover arsitektur DWDM dalam transmisi jarak jauh.

DAFTAR PUSTAKA [1]. [2]. [3]. [4].

“Optoelectronics : An Introducton”, J Wilson & Hawkes, J&W Sons New York . “Fiber Optics Communication Systems”, G Keisser, J&W Sons, New York. “Fiber Optics Communication Systems”, G.P Agrawal., J&W Sons, New York. “Fiber Optics Communication Design Hand Book” , Hoss J. Robert, Prentice Hall International, 1990.

49

JARINGAN HYBRID FIBER COAX (HFC) DAN DENSE WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING (DWDM)

Recommend Documents