PT. TELEKOMUNIKASI INDONESIA, Tbk. PL Dasar Sistem Komunikasi Optik

PT. TELEKOMUNIKASI INDONESIA, Tbk PL 1.1 - Dasar Sistem Komunikasi Optik OPTICAL ACCESS NETWORK

Kode dokumen Versi Tanggal

: PL-1.1 : 1.0 : 18 September 2004

Diterbitkan oleh : PT TELEKOMUNIKASI INDONESIA, Tbk TELKOMRisTI (R & D Center) Jl. Gegerkalong Hilir No. 47 Bandung 40152

 Hak cipta PT. TELEKOMUNIKASI INDONESIA, Tbk 2004

i

Dasar Sistem Komunikasi Serat Optik-PL-1

Optical Access Network

Daftar Isi Halaman Judul ………………………………………….………………………………………i Daftar Isi……………………………………………………… ……………………………….ii Daftar Gambar…………………….…………………………………. ……..………………...iv Daftar Tabel ………………………………..…………………………………………………..vi Tujuan Umum ............................................................................................................. 1 Tujuan Khusus ........................................................................................................... 1 A. PENDAHULUAN ..................................................................................................... 2 B. TEORI CAHAYA ....................................................................................................10 1. Cahaya Sebagai Gelombang Elektromagnetik ....................................................10 2. Tinjauan Geometrikal Optik Cahaya ....................................................................12 3. Tinjauan Teori Kuantum Cahaya ..........................................................................15 C. SERAT OPTIK........................................................................................................15 1. Gambaran Umum Serat Optik .................................................................................15 2. Material Serat Optik................................................................................................18 3. Karakteristik Transmisi Serat Optik.........................................................................19 3.1. Redaman/Atenuasi...............................................................................................19 3.2. Dispersi ................................................................................................................21 3.2.1. Dispersi Antar Mode (intermodal dispersion) ...............................................21 3.2.2. Dispersi bahan/kromatis (material/chromatic dispersion) ............................22 3.2.3. Dispersi bumbung gelombang (waveguide dispersion) ................................24 3.2.4. Dispersi Mode Polarisasi .............................................................................24 D. KABEL OPTIK ......................................................................................................25 1. Fungsi Dan Bagian-Bagian Kabel Optik Jenis Loose Tube :..................................27 2. Alur (Slot) ..............................................................................................................28 3. Spefisikasi Kabel Optik...........................................................................................29 4. Kode warna ............................................................................................................29 E. KOMPONEN SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK...........................................30 1. Sumber Optik ........................................................................................................30 1.1. Pita Energi............................................................................................................31 1.2. LED ......................................................................................................................32 1.3. LASER .................................................................................................................33 1.4. Perbandingan LED dan LASER:...........................................................................34 2. Power Launching Dan Coupling ............................................................................35 3. Penyambungan Serat Optik....................................................................................36 3.1. Rugi-Rugi Penyambungan Antara Serat Optik .....................................................36 3.1.1. Ketidaktepatan mekanik..............................................................................36 3.1.2. Perbedaan Karakteristik Serat Optik ...........................................................37 3.2. Teknik-Teknik Splicing (Penyambungan).............................................................38 3.2.1. Peleburan (fusion splice). ............................................................................38 3.2.2. Mechanical Splice........................................................................................39 3.3. Konektor ......................................................................................................40 3.4. Detektor .......................................................................................................41 3.4.1. Detektor optik Dioda PIN .............................................................................41 3.4.2. Detektor Optik Dioda APD ...........................................................................43 F. SISTEM TRANSMISI DIGITAL .............................................................................44 1. Pendahuluan ..........................................................................................................44 2. Link Point To Point .................................................................................................44 3. Pengembangan Sistem ..........................................................................................46

3.1. Link Power Budget ………………………………………………………………..46

ii



3.2. Rise Time Budget …………………………………………………………………54 4. Line Coding ............................................................................................................50 G. JARINGAN LOKAL AKSES FIBER (JARLOKAF) ...............................................50 1. Pendahuluan ..........................................................................................................50 2. Definisi ...................................................................................................................51 3. Sistem Jarlokaf.......................................................................................................52 4. Aplikasi Jarlokaf .....................................................................................................52 4.1. Fiber To The Building (FTTB) ...............................................................................52 4.2. Fiber To The Zone (FTTZ)....................................................................................54 4.3. Fiber To The Curb (FTTC)....................................................................................54 4.4. Fiber To The Home (FTTH) ..................................................................................54 5. Konfigurasi Sistem .................................................................................................55 5.1. Konfigurasi Single Star .........................................................................................55 5.2. Multiple Star .........................................................................................................55 5.3. Triple Star.............................................................................................................56 5.4. Kombinasi dengan Ring .......................................................................................56 6. Teknologi Jarlokaf ..................................................................................................57 6.1. Digital Loop Carrier (DLC) ...................................................................................58 6.2. Synchronous Digital Hierarchy (SDH)..................................................................60 6.3. Passive Optical Network (PON)...........................................................................62 6.4. Persyaratan Teknis Jarlokaf ................................................................................65

iii



Daftar Gambar Gambar 1 Penggunaan Cahaya Sebagai Alat Komunikasi .......................................................... 2 Gambar 2 Sistem Komunikasi Digital............................................................................................ 3 Gambar 3 a. Panjang Gelombang Operasi Sistem Komunikasi Optik, b. Spektrum Elektromagnetik Dalam Sistem Komunikasi ................................................................. 4 Gambar 4 Generasi Sistem Komunikasi Serat Optik.................................................................... 6 Gambar 5 Window Siskom Serat Optik......................................................................................... 7 Gambar 6 Elemen Utama Sistem Komunikasi Serat Optik........................................................... 8 Gambar 7 Instalasi Kabel Optik .................................................................................................... 9 Gambar 8 Contoh Jaringan Serat Optik ……………………………………………………………….9 Gambar 9 Ilustrasi Perambatan Gelombang Elektromagnetik ................................................... 10 Gambar 10 Ilustrasi Perambatan Gelombang Elektromagnetik Dalam Vakum …………………11 Gambar 11 Polarisasi Linier …………………………………………………………………………..11 Gambar 12 Polarisasi Eliptik …………………………………………………………………………..12 Gambar 13 Polarisasi sirkular …………………………………………………………………………12 Gambar 14 Ilustrasi Cahaya Yang Melewati 2 Medium Yang Berbeda...................................... 13 Gambar 15 Cahaya Yang Dibiaskan Mendekati Garis Normal .................................................. 13 Gambar 16 Cahaya Yang Dibiaskan Menjauhi Garis Normal ................................................... 14 Gambar 17 Ilustrasi Terjadinya Pantulan Sempurna .................................................................. 14 Gambar 18 Struktur Serat Optik.................................................................................................. 15 Gambar 19 Karakteristik Serat Optik Singlemode Step Index .................................................... 16 Gambar 20 Karakteristik Serat Optik Multimode Step Index ...................................................... 16 Gambar 21 Karakteristik Serat Optik Multimode Graded Index.................................................. 16 Gambar 22 Ilustrasi Numerical Aperture..................................................................................... 17 Gambar 23 Redaman Sebagai Fungsi Panjang Gelombang ……………………………………...19 Gambar 24 Proses Hilangnya Sebagai Daya Cahaya Akibat Bengkokan ……………………….20 Gambar 25 Rugi-Rugi Yang Terjadi Pada Serat Optik ............................................................... 21 Gambar 26 Karakteristik Serat Optik Gelas Untuk Berbagai Macam Panjang Gelombang ....... 21 Gambar 27 Perambatan Gelombang Pada Multi mode.............................................................. 22 Gambar 28 Pengaruh dispersi pada sinyal ................................................................................. 22 Gambar 29 Karakteristik Dispersi Serat Single Mode ……………………………………………...23 Gambar 30 Karakteristik Dispersi Berbagai Jenis Serat Optik Singlemode ……………………..23 Gambar 31 Pengaruh Dispersi Pada Bit Rate Transmisi ………………………………………….24 Gambar 32 Dispersi Mode Polarisasi ………………………………………………………………..25 Gambar 33 Konstruksi Kabel Fiber Optik Untuk Bermacam Aplikasi ......................................... 26 Gambar 34 Kabel Fiber Optik Loose Tube, Sloted Core, Dan Central Tube.............................. 27 Gambar 35 Penampang Kabel Jenis Slot ................................................................................... 28 Gambar 36 Kode Warna Serat.................................................................................................... 29 Gambar 37 Pita- Pita Energi Diskrit Suatu Atom ……………………………………………………30 Gambar 38 Karakteristik Energi Berbagai Tipe Bahan …………………………………………….31 Gambar 39 Berbagai Teknik Untuk Meningkatkan Efisiensi Kopling Daya Optik….…………….36 Gambar 40 Penggunaan Lensa Bola Kecil ………………………………………………………….36 Gambar 41 Pemisahan Longitudinal........................................................................................... 36 Gambar 42 Model Pergeseran Lateral........................................................................................ 37 Gambar 43 Pembentukan Sudut................................................................................................. 37 Gambar 44 Perbedaan Numerical Aperture ............................................................................... 38 Gambar 45 Teknik Fusion Splice ……………………………………………………………………..38 Gambar 46 Langkah-Langkah Fusion Splice ………………………………………………………..39 Gambar 47 Splice Mekanik ……………………………………………………………………………39 Gambar 48 Penggunaan Tabung Plastik Pada Splice Mekanik …………………………………..39 Gambar 49 Langkah-Langkah Splice Mekanik ........................................................................... 40 Gambar 50 Berbagai Tipe Konektor ........................................................................................... 41 Gambar 51 Skema Detektor Optik .............................................................................................. 41 Gambar 52 Mekanisme Deteksi Cahaya Dilihat Dari Energi Elektron ……………………………42 Gambar 53 Operasi Berbagai Tipe Sumber, Serat Dan Detektor Optik ..................................... 43

iv



Gambar 54 Struktur Link Point to Point ………………………………………………………………44 Gambar 55 Hubungan Jarak dan Bit Rate …………………………………………………………..44 Gambar 56 Diagram Alir Desain Link Point To Point ……………………………………………….46 Gambar 57 Link Point To Point dan Parameter-parameternya ……………………………………46 Gambar 58 Contoh Karakteristik Detektor Optik ……………………………………………………47 Gambar 59 Link Budget ………………………………………………………………………………..48 Gambar 60 Rise Time ................................................................................................................. 48 Gambar 61 Link Point To Point Dan Parameter Rise Time ………………………………………..49 Gambar 62 Berbagai Jenis Line Coding ……………………………………………………………..50 Gambar 63 Jaringan Akses......................................................................................................... 51 Gambar 64 Berbagai Teknologi Jaringan Akses ........................................................................ 52 Gambar 65 Modus Aplikasi FTTB Berbagai Konfigurasi ............................................................ 53 Gambar 66 Modus Aplikasi FTTZ ............................................................................................... 54 Gambar 67 Modus Aplikasi FTTC............................................................................................... 54 Gambar 68 Modus Aplikasi FTTH............................................................................................... 55 Gambar 69 Konfigurasi Single Star............................................................................................. 55 Gambar 70 Konfigurasi Multiple Star …………………………………………………………………55 Gambar 71 Konfigurasi Ring....................................................................................................... 57 Gambar 72 Berbagai Tipe Jaringan Lokal Akses Fiber …………………………………………….58 Gambar 73 Konfigurasi Umum DLC ........................................................................................... 59 Gambar 74 Konfigurasi DLC ...................................................................................................... 60 Gambar 75 Struktur akhir multiplexing SDH ............................................................................... 61 Gambar 76 Struktur Frame STM-n ............................................................................................. 61 Gambar 77 Topologi Passive Optical Network (PON) ................................................................ 62 Gambar 78 Konfigurasi Umum PON/AON .................................................................................. 63 Gambar 79 Berbagai Konfigurasi Umum DLC............................................................................ 64 Gambar 80 Perbandingan Berbagai Jenis Transmisi pada DLC ................................................ 65 Gambar 81 Layanan.................................................................................................................... 66

v



Daftar Tabel Tabel 1 Laju Informasi Berbagai Layanan .................................................................................... 1 Tabel 2 Hirarki Transmisi Digital di Amerika Utara, Eropa dan Jepang........................................ 5 Tabel 3 Rate Transmisi SDH dan SONET .................................................................................... 7 Tabel 4 Diameter dan Berat Kabel Optik Slot (Di Jepang) ......................................................... 28 Tabel 5 Tipikal Karakteristik Kabel Serat Optik........................................................................... 30 Tabel 6 Contoh Karateristik Serat Single Mode.......................................................................... 30 Tabel 7 Bahan-Bahan Sumber Optik .......................................................................................... 31 Tabel 8 Energi Gap Berbagai Bahan LED .................................................................................. 33 Tabel 9 Perbandingan LED dan Laser........................................................................................ 34 Tabel 10 Perbandingan Tipe Transmisi ...................................................................................... 44 Tabel 11 Petunjuk Pemilihan Komponen Link Optik................................................................... 45 Tabel 12 Teknologi Jaringan Akses .......................................................................................... 588 Tabel 13 Splitter .......................................................................................................................... 66

vi



PL-1 Dasar Sistem Komunikasi Serat Optik OPTICAL ACCESS NETWORK Tujuan Umum ! Memberikan wawasan sistem komunikasi yang bekerja pada frekuensi optik dengan menggunakan media transmisi serat optik ! Memberikan wawasan tentang implementasi sistem komunkiasi serat pada jaringan akses Tujuan Khusus !

Memiliki pengetahuan dasar tentang Jarlokaf secara sistematis

!

Mampu mengoperasikan sistem dasar Jarlokaf melalui supervisi

1



PENDAHULUAN Penggunaan cahaya untuk komunikasi bukanlah suatu hal yang baru. Komunikasi gerakan tangan sejak dulu telah digunakan dan mata sebagai detektor dan otak sebagai prosesor. Orang indian menggunakan asap sebagai alat komunikasi. Tahun 1880, Graham Bell menemukan sistem komunikasi cahaya disebut photophone. Photophone menggunakan cahaya matahari yang terpantul dari sebuah cermin tipis termodulasi voice. Di penerima cahaya matahari termodulasi itu jatuh pada cell selenium photoconducting yang langsung mengubahnya menjadi arus listrik. A.

Gambar 1 Penggunaan Cahaya Sebagai Alat Komunikasi

Di samping itu, lampu dengan kode morse digunakan, yakni dengan mengedipkedipkan lampu tersebut sesuai informasi yang dikirim. Tahun 1960, LASER dan serat optik ditemukan. Akan tetapi redaman dari serat optik tersebut masih terlalu besar untuk dijadikan saluran transmisi. Tahun 1970, terjadi penemuan serat optik yang mempunyai redaman rendah dan dapat digunakan sebagai saluran transmisi. Berikut adalah sejarah ringkas serat optik : • 1970-an, Claude Chappe membangun telegraph optik di Perancis, dengan jarak 230 km berupa manusia yang memberi sinyal dari atas serangkaian menara. • 1870, John Tyndall, English Natural Philosopher, mendemonstrasikan prinsip pembimbingan cahaya melalui pantulan internal. • 1880, Alexander Graham Bell membuat sistem komunikasi photophone. • 1950-an, Brian O’Brien dan Narinder S. Kapany berhasil membuat serat yang dapat mentransmisikan image dan digunakan sebagi fiberscope (alat kedokteran untuk melihat bagian dalam tubuh manusia). • 1957, Gordon Gould, menjelaskan LASER sebagai sebuah sumber cahaya intens • 1960, Charles Townes mendemonstasikan Helium Neon LASER • 1966, Charles Kao dan Charles Hockham, membuat teori bahwa serat optik dengan redaman hingga 20 dB/km dapat dibuat dengan memurnikan bahan pembuat serat optik. • 1970, Robert Maurer membuat serat optik pertama dengan redaman di bawah 20 dB/km dan 1972, serat optik 4 dB/km dibuat dan sekarang, redamannya mencapai 0,2 dB/km.

2



Elemen fundamental sebuah sistem komunikasi dapat digambarkan dalam diagram blok seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2. Message source

Transmitter

Noise

Transmission Channel

Receiver

Destination

Gambar 2 Sistem Komunikasi Digital

Transmitter merupakan elemen komunikasi yang mengubah informasi yang dihasilkan oleh source (bisa berupa speech, voice, atau data) ke dalam bentuk yang sesuai dengan kanal informasi (channel). Receiver merupakan elemen komunikasi yang bekerja berlawanan dengan transmitter, yaitu mengubah informasi dari kanal ke bentuk yang sesuai dengan destination disertai dengan proses pengolahan sinyal untuk mengurangi derau yang dihasilkan saat ditransmisikan melalui kanal. Kanal Informasi merupakan medium yang melewatkan informasi dari transmitter ke receiver. Ada dua kategori kanal, yaitu : a. Unguided channel; merupakan komunikasi di mana informasi dikirim tanpa sebuah medium pengarah, contoh yang populer adalah udara (atmosfer). Kanal ini digunakan dalam komunikasi tanpa kabel seperti : komunikasi radio, link gelombang mikro, siaran televisi, dll. b. Guided channel; merupakan komunikasi dengan menggunakan medium tertentu yang membuat arah informasi menjadi tertentu, contoh : saluran dua kawat, kabel koaksial, dan bumbung gelombang. Penggunaan yang populer pada jaringan telepon PSTN. Walaupun lebih mahal dalam infrastruktur namun mereka menawarkan keuntungan berupa privacy dan andal terhadap perubahan atmosfer. Komunikasi elektrik dimulai ketika ditemukannya telegraph oleh F.B. Morse tahun 1838. Komunikasi elektrik berbasis pada pemanfaatan gelombang elektromagnetik untuk mengalirkan informasi. Kecenderungan dalam sistem komunikasi elektrik adalah penggunaan frekuensi tinggi yang ditawarkan berkaitan dengan meningkatnya bandwidth dan pada akhirnya, peningkatan kapasitas informasi.

3



1460-1530 S-band 1360-1460 E-band 10

1530-1565 C-band 1565-1625 L-band

1260-1360 O-band

1625-1675 U-band

Monitoring

Atenuasi (dB/km)

CWDM (1270-1610 nm) Standard water peak fiber 1.0 Raman EDFA DWDM Low water peak fiber 0.1 1000

1100

1200

1310 WWDM (> >50nm) 1550 1300

1400

1500

1600

1700

Panjang Gelombang (nm)

Gambar 3 a. Panjang Gelombang Operasi Sistem Komunikasi Optik, b. Spektrum Elektromagnetik Dalam Sistem Komunikasi

Gambar (3) memperlihatkan penggunaan spektrum elektromagnetik untuk sistem komunikasi. Di sini terdapat dua jalur komunikasi, yaitu : a. Jalur komunikasi wireline, yaitu : kabel pair (Audio, VLF, LF), kabel koaksial (MF, HF, VHF, sebagian UHF), kabel pandu gelombang (UHF, SHF, mm Wave), dan Optical Fiber (visible and invisible light). b. Jalur komunikasi wireless; Longwave radio, Shortwave radio, microwave radio, dan laser beam.

4



Pada periode 1990 an terjadi pertumbuhan demand yang sangat tinggi pada aset jaringan komunikasi untuk layanan seperti database, home shopping, video-on-demand, remote education, telemedicine, dan video conferencing. Berikut ini adalah contoh laju informasi untuk beberapa voice, video, dan layanan data. Tabel 1 Laju Informasi Berbagai Layanan

Tipe layanan Video On Demand/interactive TV Video Games Remote Education Electronic Shopping Data transfer atau telecommuting Videoconferencing Voice (single channel)

Data rate 1,5 – 6 Mb/s 1 – 2 Mb/s 1,5 – 3 Mb/s 1,5 – 6 Mb/s 1 – 3 Mb/s 0,384 – 2 Mb/s 64 kb/s

Untuk mengirimkan layanan ini dari satu user ke yang lainnya, penyedia jaringan menyatukan sinyal-sinyal dari berbagai user dan mengirim sinyal agregat melalui satu saluran transmisi. Skema ini dikenal sebagai Time Division Multiplexing (TDM). Di sini, N buah data stream masing-masing dengan laju R bps, di-interleaved secara elektris ke dalam satu information stream dengan laju N x R bps. Beberapa level multiplexing digunakan di berbagai daerah untuk mendapatkan laju data yang lebih besar. Tabel 2 Hirarki Transmisi Digital di Amerika Utara, Eropa dan Jepang

Digital multiplexing level 0 1

2 3

4

Jumlah kanal voice (64 kbps) 1 24 30 48 96 120 480 672 1344 1440 1920 4032 5760

Bit rate (Mbps) Amerika utara

Eropa

Japan

0.064 1.544

0.064

0.064 1.544

2.048 3.152 6.312

3.152 6.312 8.448 34.368

44.376 91.053 97.728 139.264 274.176 397.200

Era berikutnya adalah era sistem komunikasi optik yang dimulai dengan penemuan serat optik sebagai media komunikasi ini, hal ini berkaitan dengan nilai lebih yang dimiliki oleh sistem komunikasi ini. Kelebihan serat optik dibandingkan dengan kabel logam : 1. Rugi-rugi transmisi rendah dan bandwidth lebar. Dengan demikian data yang dapat dikirim akan lebih banyak dan jarak tempuh yang lebih jauh. Keuntungan ini akan mengurangi jumlah dan volume kabel dan repeater 5


2. 3.

4. 5. 6.


yang dibutuhkan, sehingga dapat disimpulkan bahwa penggunaan serat optik akan mengurangi peralatan dan komponen yang pada akhirnya mengurangi biaya dan kompleksitas sistem. Ukuran kecil dan ringan sehingga dapat digunakan di pesawat udara, satelit, dan kapal laut. Tahan terhadap interferensi, terutama terhadap EMI (Electro Magnetic Interference) dan juga bebas EMP (Electro Magnetic Pulse) yang biasa terdapat dalam aplikasi militer. Serat Optik merupakan isolator listrik, sehingga tidak ada kekhawatiran adanya ground loop, percikan api, dan crosstalk. Tingkat keamanan yang baik, karena tidak dapat dicatu sembarangan dan juga anti sadap. Bahan baku (SiO2) yang melimpah.

Evolusi 4 Generasi Sistem Komunikasi Serat perkembangan teknologi serat optik (lihat gambar 4)

Optik;

menunjukkan

5 Gb/s, 233 km system with 5 optical amplifiers 1550 nm, singlemode direct detection 1000

1300 nm, singlemode 100

800 nm, multimode

1550 nm, singlemode coherent detection

10

1.0

0.1 1974

1976

1978

1980

1982

1984

1986

1988

1990

Gambar 4 Generasi Sistem Komunikasi Serat Optik

Bit rate-distance product BL, di mana B adalah bit rate transmisi dan L adalah spasi repeater, adalah ukuran kapasitas transmisi link serat optic. Generasi pertama beroperasi di 850 nm dengan serat multimode dan bit rate 45 s.d. 140 Mbps dengan spasi repeater 10 km. Berikutnya penggunaan serat Single Mode memungkinkan bit rate 155 Mbps, 622 Mbps, hingga 2,5 Gbps dengan spasi repeater 40 km. Sistem 1550nm memberikan kapasitas sampai 10 Gbps dengan spasi repeater hingga 90 km pada 2,5 Gbps. Window Sistem Komunikasi Serat Optik; menunjukkan perkembangan karakteristik redaman serat optik yang semakin rendah dan mencapai optimum pada tiga window sbb : • Window Pertama (800-900 nm) terutama digunakan pada tahun 1970-an • Window Kedua(1300 nm) awal 1980-an • Window Ketiga(1550 nm) akhir dekade 80-an

6



Kurva redaman mengalami perbaikan setelah konsentrasi ion pengotor, ion hydroxyl dan ion metallic, dalam bahan gelas dikurangi

Gambar 5 Window Siskom Serat Optik

Dengan saluran transmisi serat optik penyedia layanan membangun sebuah standar format sinyal yang disebut Synchronous Optical Network (SONET) di Amerika Utara dan Synchronous Digital Hierarchy (SDH) di beberapa bagian dunia. Standar ini mendefinisikan sebuah struktur frame sinkron untuk mengirimkan trafik digital termultipleks melalui saluran trunk serat optik. Level pertama SONET disebut synchronous transport signal – level 1 (STS-1) dengan laju 51,84 Mbps. Level berikutnya diperoleh dengan sebuah byte-interleaving N frame STS-1 yang kemudian di-scramble dan dikonversi ke sebuah sinyal optical carrier-level N (OC-N). Pada sistem SDH, level pertama dari hirarkinya dalah Synchronous Transport Modul – level 1 (STM-1). Berikut ini adalah tabel lengkap laju transmisi SDH dan SONET. Tabel 3 Rate Transmisi SDH dan SONET

Level SONET

Level Elektrik

Laju (Mbps)

SDH

OC-1 OC-3 OC-12 OC-24 OC-48 OC-96 OC-192

STS-1 STS-3 STS-12 STS-24 STS-48 STS-96 STS-192

51.84 155.52 622.08 1244.16 2488.32 4976.64 9953.28

– STM-1 STM-4 STM-8 STM-16 STM-32 STM-64

Link transmisi serat optik terdiri dari elemen-elemen seperti yang terlihat dalam gambar di bawah ini.

7



Transmitter Sinyal input elektrik

Drive Circuit

splice

Sumber Cahaya

connector Regenerator Optical RX

Serat coupler

optik

Electronic Optical Tx

Optical amplifier

Ke perangkat lain Receiver prosesor

Detektor cahaya

Sinyal Output elektrik

Amplifier

Gambar 6 Elemen Utama Sistem Komunikasi Serat Optik

Elemen kunci dari sistem komunikasi optik adalah transmitter optik, kabel optik, dan receiver optik. Komponen tambahan adalah: optical amplifier, konektor, splice, kopler, dan regenerator. Kabel optik adalah salah satu elemen terpenting dalam link serat optik. Sebagai tambahan dalam melindungi serat gelas selama instalasi dan layanan, kabel berisi kawat tembagai untuk memberi daya pada amplifier atau regenerator sinyal. Seperti pada kabel tembaga, kabel serat optik dapat diinstal baik di udara, dalam duct, di bawah laut, atau dikubur langsung dalam tanah. Panjang segmen kabel terpendek, cenderung digunakan dalam duct. Untuk segmen yang lebih panjang digunakan dalam kabel udara, kubur langsung atau aplikasi bawah laut. Setelah kabel diinstal, sumber cahaya yang secara dimensi kompatibel dengan inti serat digunakan untuk memberikan daya optik ke dalam serat. Untuk itu dapat digunakan LED atau LASER. Input sinyal elektrik dapat berupa sinyal analog ataupun sinyal digital. Untuk sistem kecepatan tinggi ( > 1 Gbps), modulasi langsung dapat menyebabkan distorsi sinyal, untuk itu digunakan modulator eksternal. Di dalam serat optik sinyal akan mengalami redaman, dan dispersi. Desain penerima optik lebih kompleks dibandingkan pengirim optik. Figure of merit dari penerima optik adalah daya optik minimum yang dibutuhkan untuk mendapatkan probabilitas error yang cukup untuk sistem digital atau Signal to Noise ratio (SNR) yang cukup besar bagi sistem analog. Gambar (6) hanya menggambarkan link optik secara point-to-point. Sistem komunikasi serat optik yang lebih kompleks adalah jaringan komunikasi serat optik.

8



Aerial mounted cable Fiber cable dalam gedung manhole

Directly buried

Fiber in the duct

regenerator

regenerator

Undersea optical cable

Gambar 7 Instalasi Kabel Optik

Gambar 8 adalah salah satu contoh konfigurasi jaringan optic untuk Wide Area Network (WAN), regional network, dan local network dengan node yang berbeda-beda.

Remote Switch Metro DWDM

E1

E3

64K

STM-64/STM-16 DWDM

Access Network

STM-1/4 /16

DCS Central Office

Switch

E1 STM-1 E3

Remote Switch 64K

10/100 Mbps E1

Gambar 8 Contoh Jaringan Serat Optik 9



B. TEORI CAHAYA Secara umum, cahaya bisa dipandang dengan 3 pendekatan, yakni: melihat cahaya sebagai sebuah ray atau geometrical optic, melihat cahaya sebagai sebuah electromagnetic wave, dan melihat cahaya dengan sebuah pendekatan teori kuantum. 1. Cahaya Sebagai Gelombang Elektromagnetik Maxwell menyatakan bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik terdiri dari distribusi medan elektrik dan medan magnetik yang bergerak saling tegak lurus. Dalam gambar 9 diilustrasikan bentuk gelombang elektromagnetik yang merambat dalam suatu medium. y e-αz

x

ρ E

ρ H

z

Gambar 9 Ilustrasi Perambatan Gelombang Elektromagnetik

ρ Gelombang elektromagnetik terdiri dari medan elektrik, E , dan medan ρ magnetik, H . ρ ρ E (z , t ) = E0 e −αz cos(2πft − β z )a x ρ ρ H (z , t ) = H 0 e −αz cos(2πft − β z − θ )a y Persamaan di atas merupakan gelombang elektromagnetik yang merambat ke arah z positif, merambat dalam medium konduktif. Beberapa karakteristik gelombang elektromagnetik: a. Gelombang elektromagnetik adalah transversal, artinya medan listrik dan medan magnetik bergetar tegak lurus terhadap arah perambatan b. Kecepatan fasa gelombang elektromagnetik di dalam vakum (udara) adalah c = 3 x 108 m/s. c. Gelombang elektromagnetik di udara tidak mengalami redaman α=0

10



Gambar 10 Ilustrasi Perambatan Gelombang Elektromagnetik Dalam Vakum

d. Parameter-parameter gelombang dinyatakan dengan: λ = panjang gelombang (m) α = konstanta redaman (Np/m) β = konstanta propagasi (rad/m) f = frekuensi gelombang (Hz) e. Gelombang elektromagnetik yang merambat dalam suatu medium konduktif akan mempunyai karakteristik sbb: vf < c λ < λ di udara f tetap α≠0 f. Karakteristik penting dari gelombang elektromagnetik adalah polarisasi, yaitu: pola pergerakan medan elektrik yang diamati dari arah perambatan. Polarisasi gelombang elektromagnetik ada 3 jenis, yakni: polarisasi linier, polarisasi eliptik, dan polarisasi sirkular.

Gambar 11 Polarisasi Linier

11



Gambar 12 Polarisasi Eliptik

Gambar 13 Polarisasi sirkular

2. Tinjauan Geometrikal Optik Cahaya Parameter optik sebuah material adalah indeks bias. Di udara kecepatan fasa cahaya adalah 3 x 108 m/s. Kecepatan fasa berkaitan dengan frekuensi dan panjang gelombang, c = f λ. Indeks bias didefinisikan sbb: c n= v ph Nilai n adalah 1.00 untuk udara, 1.33 untuk air, 1.50 untuk gelas, dan 2.42 untuk berlian.

12



Dengan melihat cahaya sebagai sinar, maka konsep pantulan dan pembiasan dapat diinterpretasikan dengan mudah. Ketika sebuah sinar memasuki perbatasan dua media yang berbeda, sebagian sinar dipantulkan kembali. Cahaya datang

Garis normal θr

θi n1

Cahaya pantul

θi = θr

n2

θt

Cahaya terus

Gambar 14 Ilustrasi Cahaya Yang Melewati 2 Medium Yang Berbeda

Prinsip pantulan dan pembiasan dijelaskan oleh Snell dalam hukumnya.

n1 sin θ i = n2 sin θ t

Hukum pantulan Snell, 1) sudut datang sama dengan sudut pantul, θ i = θ r 2) sinar datang, garis normal, dan sinar pantul terletak pada bidang yang sama, yang tegak lurus terhadap permukaan batas, yang disebut sebagai plane of incidence. Hukum pembiasan Snell: 1) Cahaya merambat dari medium 1 (n1) ke medium 2 (n2) dengan n2 > n1, maka cahaya akan dibiaskan mendekati garis normal

n1

n2 Gambar 15 Cahaya Yang Dibiaskan Mendekati Garis Normal

2) Cahaya merambat dari medium 2 (n1) ke medium 1 (n1) dengan n2 > n1, maka cahaya akan dibiaskan menjauhi garis normal

13



n1

n2

Gambar 16 Cahaya Yang Dibiaskan Menjauhi Garis Normal

Total Internal Reflection (TIR) 1

Berikut ini proses terjadinya TIR (Total Internal Reflection)

Cahaya datang dari medium dengan indeks bias yang lebih tinggi

θ1 2 3 φ1 θi

Sudut pantul = 90o

φ1

Sudut datang semakin besar, cahaya yang terus makin menjauhi normal

θi = θc Kondisi ini sudut datang disebut sudut kritis

4 φ1 θI > θc Bila sudut datang > sudut kritis terjadi TIR

Gambar 17 Ilustrasi Terjadinya Pantulan Sempurna

Besarnya sudut kritis diturunkan dari hukum Snell adalah: n sin φc = 2 n1 Sebagai tambahan, jika cahaya terpantul secara total, fasa akan berubah δ terjadi pada gelombang pantul. Perubahan fasa ini bergantung pada sudut φ1 < π/2 - θc tan tan

n 2 cos 2 φ1 − 1 δN = 2 n sin φ1

δp 2

=

n n 2 cos 2 φ1 − 1 sin φ1

14



Di sini, δN dan δP adalah perubahan fasa componen medan elektrik normal dan paralel terhadap plane of incidence. n = n1/n2. 3. Tinjauan Teori Kuantum Cahaya Teori gelombang untuk cahaya cukup untuk menjelaskan semua fenomena yang melibatkan transmisi cahaya. Akan tetapi, dalam menjelaskan hubungan cahaya dan materi, seperti dispersi, emisi dan absorpsi cahaya, teori gelombang dan teori partikel tidak cukup. Teori kuantum mengindikasikan bahwa radiasi optik mempunyai karakteristik partikel sebagaimana karakteristik gelombang. Energi cahaya selalu mengeluarkan atau menyerap foton atau quanta. Energi foton bergantung pada frekuensi f. Hubungan energi dan frekuensi adalah sbb: E = hf di mana h adalah konstanta Planck, besarnya = 6.625 x 10-34 J.s. Ketika cahaya jatuh pada sebuah atom, sebuah foton dapat mentransfer energinya ke sebuah electrón dalam atom tsb, sehingga membuatnya meloncat ke level energi yang lebih tinggi. Dalam proses ini sebagian atau seluruh energi foton diberikan pada elektron. Energi yang diserap electrón harus sama besar dengan energi yang dibutuhkan elektron untuk melompat ke level energi yang lebih tinggi. Sebalikya elektron yang telah tereksitasi dapat turun ke level energi yang lebih rendah dengan mengeluarkan energi yang sama dengan energi yang digunakan untuk eksitasi. C. SERAT OPTIK 1. Gambaran Umum Serat Optik Serat optik adalah suatu bumbung gelombang yang berisi dielektrik dengan indeks bias tertentu yang digunakan untuk merambatkan energi elektro magnetik pada frekuensi antara 300 – 600 Tera Hertz (frekuensi optik). Serat optik terdiri dari core (inti) dan cladding (selubung inti).

coat

Dari plastik & diberi warna, bisa > 1 lapisan

cladding core

Dari gelas atau plastik Gambar 18 Struktur Serat Optik

15



Fungsi inti adalah sebagai penyalur gelombang cahaya, dan cladding berfungsi untuk memperkecil rugi-rugi permukaan serta mengarahkan gelombang cahaya tersebut. Beberapa tipe Serat optik adalah sbb : 1. Serat optik singlemode step-index.

Core

8-12µm

Cladding n1

n2

Profil Indeks bias

Gambar 19 Karakteristik Serat Optik Singlemode Step Index

2. Serat optik multimode step-index.

50-200µm

Core

125400µm

Cladding n1 n2 Profil Indeks Gambar 20 Karakteristik Serat Optik Multimode Step Index

3. Serat optik multimode graded-index.

Core

12550-100µm 140µm

Cladding n1

n2

Profil Indeks bias

Gambar 21 Karakteristik Serat Optik Multimode Graded Index

16


•


Numerical Aperture (NA)

n2

θ0

θ1

φ n1

Gambar 22 Ilustrasi Numerical Aperture

Dalam inti : Pada saat φ = φc cahaya sejajar sumbu serat optik, dan pada saat φ > φc terjadi pantulan. Sehingga sin φc = n2/n1. Perhatikan segitiga ABC : θI = 90 - φ → sin θI = sin (90 - φ) → sin θI = cos φ. Dengan demikian pada saat φ = φc n1 2 2 n1 − n2 θc cos φ c = n1 n2 Dihubungkan dengan sudut masuk luar n0 sin θ0 = n1 sin θ1 → sin θ0 = (n1 / n2) cos φ pada saat θ0 maksimum, sudut φ adalah sudut kritis (φc) sehingga :  n 2 −n 2  1 2  −1  θ 0 maks = sin   n0   dan NA adalah sin (θ0 maks) atau bila n0 adalah nudara maka n0 = 1 dan NA menjadi : sin θ0 = √(n12 – n22). Numerical Aperture pada serat optik Graded Index berbeda karena indeks bias inti serat optik GI merupakan fungsi jari-jari, n1 = n(r). NA(r) = √(n(r)2 – n22), untuk 0 ≤ r ≤ a r n(r ) = n1 1 − 2∆  a n1 − n 2 2

∆=

α

2

2

2n1 di mana : r adalah jarak radial dari sumbu serat, a adalah jari-jari inti dan α adalah konstanta profil indeks bias. Bila cahaya melintasi sumbu inti (r = 0) maka NA(0) = √(n(0)2 – n22) = √(n12 – n22) atau NA(0) = n1 √(2∆). NA lokal : NA(r) = NA(0) √(1 – (r/a)α)

17



2. Material Serat Optik Dalam memilih material untuk serat optik, kriteria yang harus dipenuhi ada beberapa, diantaranya : 1. Memungkinkan untuk membuat serat yang panjang, tipis, dan fleksibel. 2. Material harus transparan pada panjang gelombang optik tertentu untuk membimbing cahaya secara efisien. 3. Secara fisik material harus mempunyai perbedaan indeks bias antara intiselubung. Material yang cocok dengan kriteria di atas adalah plastik dan gelas.

Gambar 22. Pengaruh Berbagai Jenis Dopant Pada Indeks Bias

Serat optik ada tiga jenis bila dikelompokkan berdasarkan materi pembentuknya : • Inti dan selubung terbuat dari gelas. Bahan dasar serat gelas adalah silika (SiO2) dengan indeks bias = 1,458 pada panjang gelombang 850 nm. Indeks bias dapat dimodifikasi dengan menambahkan dopant pada silika berupa : GeO2 , P2O5 dll. Keunggulan serat gelas terletak pada absorbsi-nya yang sangat rendah.

Akan tetapi kelemahannya terutama pada fabrikasinya. • Inti terbuat dari gelas, dan Selubung terbuat dari plastik. Bahan untuk inti adalah quartz, sedangkan bahan untuk selubung adalah: (1) resin silikon, dengan indeks bias = 1,405 pada panjang gelombang = 850 nm. (2) bahan teflon FEP pun dapat digunakan dengan indeks bias = 1,338. Kegunaan serat optik jenis ini adalah untuk jarak yang agak pendek (~ 100 m) karena ia lebih murah dan atenuasinya masih dalam batas toleransi untuk jarak agak pendek. Diameter inti 150 –600 µm. Perbedaan inti-selubung lebih besar dari jenis pertama. • Inti dan selubung terbuat dari plastik Kegunaan serat optik jenis ini adalah untuk jarak yang pendek maksimal 100 m. NA-nya dapat mencapai 0,6. Sudut penerimaan sampai 700. Diameter inti : 110 – 1400 µm. Contoh : (1) Inti polysterene (n1 = 1,6) dan selubung methyl methacrylate (n2 = 1,49). NA = 0,6. (2) Inti polymethyl methacrylate (n1 = 1,49) dan selubung copolymer (n2 = 1,4). NA=0,5. Fabrikasi serat optik mempunyai dua teknik dasar, yaitu : a. Vapor phase oxidation processes; merupakan proses pelapisan (deposisi) pada preform (batang silinder dengan distribusi indeks bias yang sama dengan serat optik yang akan dibuat). Preform selanjutnya dipanaskan dan ditarik menjadi serat optik.

18



b. Direct-melt methods; yaitu metoda yang mengikuti cara-cara membuat gelas secara tradisional yaitu serat optik dibuat dari keadaan meleleh komponenkomponen yang sudah gelas silikat yang telah dimurnikan. 3. Karakteristik Transmisi Serat Optik 3.1. Redaman/Atenuasi Dalam desain sistem komunikasi serat optik, redaman mempunyai peranan yang sangat penting. Redaman menentukan jarak transmisi maksimum antara transmitter dan receiver, juga akan menentukan banyaknya repeater dan margin daya yang dibutuhkan dalam sebuah link. Redaman (α) sinyal atau rugi-rugi serat didefinisikan sebagai perbandingan antara daya output optik (Pout) terhadap daya input optik (Pin) sepanjang serat L. Redaman dalam serat optik untuk berbagai panjang gelombang tidak selalu sama karena redaman ini merupakan fungsi panjang gelombang (α(λ)).

α=

10  Pin log L  Pout

 dB  m 

Mekanisme redaman dalam serat optik ada tiga, yaitu : • Absorpsi/penyerapan Redaman ini disebabkan oleh 3 mekanisme : a. Absorpsi oleh kerusakan atomik dalam komposisi gelas. Kerusakan ini merupakan ketidaksempurnaan struktur atomik bahan serat, misalnya molekul yang hilang, kerusakan oksigen dalam struktur gelas. Biasanya redaman absorpsi jenis ini cukup kecil bila dibandingkan dengan jenis lain tetapi akan sangat berarti apabila tercemari oleh adanya ledakan nuklir. b. Extrinsic absorption oleh atom pengotoran dalam bahan gelas. Hal ini disebabkan oleh adanya pencampuran silika dengan bahan doping dan uap oksihidrogen selama pembuatan serat. Berikut kurva redaman terhadap panjang gelombang serat silika diproses UBAD dengan OH yang sangat rendah. c. Intrinsic absorption oleh atom unsur pokok bahan serat. Hal ini berhubungan dengan bahan serat (misalnya SiO2 murni) dan faktor-faktor prinsip yang menentukan transparency window bahan pada daerah spektrum tertentu. Absorpsi terjadi pada saat foton berinteraksi dengan elektron di pita valensi dan mendorong ke level energi yang lebih tinggi. • Scattering/hamburan Redaman ini timbul dari variasi mikroskopik dalam densitas bahan, dari fluktuasi komposisional dan dari ketidakhomogenan struktur dari kerusakan Gambar 23 Redaman Sebagai Fungsi Panjang Gelombang 19



yang terjadi selama manufaktur. 2 8π 3 α scat = 4 n 2 − 1 k B T f β T Np 3λ di mana : βT = Kompresibilitas isotermal bahan dan Tf adalah temperatur fiktif yaitu temperatur pada saat membeku setelah ditarik. Pendekatan rumus di atas adalah sbb : 8π 3 α scat = 4 n 8 p 2 k B T f β T Np 3λ dengan p adalah koefisien fotoelastik. • Bending/pembengkokan Redaman akibat pembengkokan ada dua jenis, yaitu : macrobending dan microbending. Macrobending adalah pembengkokan serat optik dengan radius yang panjang bila dibandingkan dengan radius serat optik. Redaman ini dapat diketahui dengan menganalisis Gambar 24 Proses Hilangnya Sebagai distribusi modal pada serat optik. Daya Cahaya Akibat Bengkokan

(

)

Pada saat serat optik melengkung, medan pada sisi yang jauh harus bergerak lebih cepat untuk mengimbangi kecepatan medan di inti. Pada saat kritis dengan jarak xc dari pusat serat, medan harus bergerak lebih cepat. Karena tidak bisa, maka energi teradiasi. Banyaknya modal efektif yang masih dapat terbimbing adalah Meff sbb : 2     α + 2  2a  3  3     + M eff = M ∞ 1 − 2α∆  R  2n 2 kR       α M∞ = (n1 ka )2 ∆ α +2 di mana M∞ adalah jumlah total mode yang ada pada serat optik yang tidak melengkung. k = 2π/λ, R adalah radius pembengkokan, α adalah profil graded index, ∆ adalah perbedaan indeks bias inti-selubung, dan a adalah radius serat optik. Microbending adalah pembengkokan-pembengkokan kecil pada serat optik akibat ketidakseragaman dalam pembentukan serat atau akibat adanya tekanan yang tidak seragam pada saat pengkabelan. Salah satu cara untuk menguranginya adalah dengan menggunakan jacket yang tahan terhadap tekanan.

20



Rugi-rugi Optik

Coupling loss with emitting element

Pressure from the side (Lateral pressure) Splicing loss Rayleigh scattering

Daya tr

Daya kirim Absorbtion loss Scattering due to structure disuniformity

Fresnel reflection

Fresnel reflection

Micro bending loss

Coupling loss with receiving element

Radiation loss due to bends

Gambar 25 Rugi-Rugi Yang Terjadi Pada Serat Optik Karakteristik Redaman Optik Mewakili Serat Optik Silika 100

Optical loss (dB/Km)

1977

(1.24 um)

50

(1.38 um)

(0.94 um)

1978

Absorbtion due to OH ion 5

Ray leig

1 “1st window”

0.5

hs cat teri ng

1984

Infrared absorption

1979

los s

Ultr a abs violet orp tion loss

“3rd window”

“2nd window”

0.1 0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

Light wavelength (um)

Gambar 26 Karakteristik Serat Optik Gelas Untuk Berbagai Macam Panjang Gelombang

3.2. Dispersi Ada tiga macam dispersi pada serat, yang disebabkan oleh tiga mekanisme yang berbeda, yaitu : 3.2.1. Dispersi Antar Mode (intermodal dispersion) Cahaya dari sumber masuk ke dalam serat optik multimode dirambatkan dalam beberapa mode. Setiap mode menempuh alur yang berbeda-beda, ada yang merambat sejajar sumbu inti dan ada pula yang merambat zigzag. Dengan

21



demikian Jarak yang ditempuh oleh tiap mode akan berbeda-beda. Jarak terpendek adalah yang sejajar dengan sumbu inti. Karena kecepatan tiap mode sama, maka tiap mode akan mempunyai waktu tempuh yang berbeda. φ2

M2

φ1

M1 Vg1

Vg2

Gambar 27 Perambatan Gelombang Pada Multi mode

Zt = z/sin φ ; Z adalah panjang serat. Jika φ = φmaks = 90o adalah mode terendah, dan φ = φmin = φc adalah mode tertinggi. Maka Zt maks = z/sin φc = z n1/n2 sedangkan Zt min = z/sin 90o = z. ∆Z = Zt maks – Zt min = Z(n1/n2 – 1) atau ∆ ∆Z = Z 1− ∆ Jadi selisih maksimum keterlambatan waktu antara mode terendah dan tertinggi adalah : ∆Z n1 Z ∆ ∆t = = vp c 1− ∆ Khusus untuk Graded Index : n1 Z∆2 ∆t GI = 8c Dispersi intermodal disebut juga pelebaran pulsa. Dispersi intermodal bergantung pada panjang gelombang, efeknya pada distorsi sinyal meningkat sebanding dengan lebar spektrum dari sumber optik. Dispersi Intermodal

Bit rate rendah

Tiap pulsa masih dapat dibedakan

threshold

Dianggap satu pulsa

Bit rate tinggi

Dispersi Material Range spektrum sempit Range spektrum lebar

Dispersi spektrum kecil Panjang gelombang berbeda tiba pada waktu berbeda Lebar input

Gambar 28 Pengaruh dispersi pada sinyal

3.2.2. Dispersi bahan/kromatis (material/chromatic dispersion) Dispersi material terjadi karena indeks bias bervariasi sebagai fungsi panjang gelombang optik.

22



20 10 0

material dispersion given

waveguide dispersion unshifted

−10

waveguide dispersion shifted

−20 1100

waveguide dispersion controllable

Dispersion (ps/nm km)

Dispersi yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan sbb :  Z d 2n  ∆t =  − λ 0 2 λ3dB L ; dλ   c atau dengan menghitung koefisien dispersi (ps/nm.km) sbb : Z d 2n ∆t Dm = − λ 0 2 = c λ3dB L dλ

1200

1300 1400

Wavelength (nm)

1500

1600

Dispersion (psnm km)

Gambar 29 Karakteristik Dispersi Serat Single Mode

20 10

dispersion unshifted

0 −10

dispersion shifted non-zero dispersion

−20 1100

non-zero dispersion

1200

1300 1400

1500

1600

Wavelength λ (nm)

Gambar 30 Karakteristik Dispersi Berbagai Jenis Serat Optik Singlemode

Berikut ini adalah toleransi maksimum penerima optik terhadap adanya dispersi kromatis.

23



Gambar 31 Pengaruh Dispersi Pada Bit Rate Transmisi

3.2.3. Dispersi bumbung gelombang (waveguide dispersion) Dispersi ini terjadi akibat dari karakteristik perambatan mode sebagai fungsi perbandingan antara jari-jari inti serat dan panjang gelombang. L ∆t = (n1 − n2 )Dw ∆λ cλ 0 4(1 − ln V ) V2 Dw adalah koefisien dispersi (tanpa dimensi). Dw =

3.2.4. Dispersi Mode Polarisasi Penyebab utamanya adalah ketidaksimetrisan bentuk serat optik akibat adanya tekanan saat pengkabelan, ataupun saat instalasi. Dispersi ini pun akan meningkat dengan bertambahnya usia kabel optik.

T0

T

t ∆τ fast axis

z, t slow axis

∆τ

24



∆τ t fast axis

z, t slow axis

∆τ

Gambar 32 Dispersi Mode Polarisasi

Dispersi total (akibat berbagai sebab di atas) adalah : ∆t total = ∆t intermodal + ∆t bahan + ∆t wg 2

2

2

Pada serat optik mode tunggal yang masih tersisa adalah dispersi material dan dispersi pemandu gelombang. Dispersi intermodal tidak terdapat di serat optik single mode karena mode yang berjalan hanya satu mode yaitu yang sejajar dengan sumbu inti. Modifikasi serat optik single mode untuk mengatur dispersi adalah sbb : • Serat optik Single mode 1300 nm optimized; dalam serat optik ini dispersi material dibuat = 0, dan dispersi pemandu gelombang dibuat sekecilkecilnya. • Matched-selubung; mempunyai indeks bias uniform pada selubung. MFD : 9,5µm dan pebedaan indeks bias inti-selubung = 0.37 %. • Depressed-selubung; bagian selubung yang terdekat dengan inti mempunyai indeks yang lebih rendah daripada bagian selubung terluar. MFD 9µm. • Serat optik Single mode Dispersion-shifted; panjang gelombang = 1550 nm menghasilkan atenuasi minimum namun dispersi material tidak sama dengan 0. Prinsip dispersion-shifted adalah membuat dispersi pemandu gelombang dibuat sama tapi berlawanan tanda dengan dispersi material. • Serat optik Single mode Dispersion-flattened; dalam modifikasi ini harga minimum dispersi diusahakan merata pada panjang gelombang antara 1300 nm sampai 1550 nm. Karakteristik dispersi ini menentukan batas kapasitas informasi serat optik. Sebuah ukuran kapasitas informasi dari sebuah bumbung gelombang optik biasanya dinyatakan sebagai bandwidth distance product (perkalian antara jarak dan lebar pita) dalam MHz.km. Untuk step index bandwidth distance product-nya 20 MHz.km. Sedangkan serat optik graded index dapat mencapai 2,5 GHz.km. D. KABEL OPTIK Berbeda dengan kabel metalik, kabel serat optik ukurannya kecil, + 3 cm, dan lebih ringan sehingga instalasi kabel serat optik dapat dilakukan melalui beberapa span secara sekaligus. Panjang kabel serat optik dalam satu haspel biasanya mencapai 2 s/d 4 km. 25



Konstruksi kabel optik sangat dipengaruhi oleh peruntukkannya : a. Kabel duct b. Kabel tanah c. Kabel atas tanah d. Kabel rumah Duct Cable

Direct Buried Cable Outer Sheath Corrugated Steel Inner Sheath

Aerial Cable Steel Messengger Outer Sheath Slotted Core Optical Fiber

Submarine Cable Optical Fiber

Indoor Cable

Slotted Core Strength Member Buffered Fiber Polyaramid

Steel Wire Copper Sheath Outer Sheath

Outer Jacket

Gambar 33 Konstruksi Kabel Fiber Optik Untuk Bermacam Aplikasi

Pada saat ini, untuk mengatasi keterbatasan kapasitas kabel tembaga, maka pembangunan junction menggunakan kabel serat optik jenis single mode. Ada dua jenis kabel optik, yaitu loose tube dan slotted: Pipa Longgar (Loose Tube). Serat optik ditempatkan di dalam pipa longgar (loose tube) yang terbuat dari bahan PBTP (Polybutylene Terepthalete) dan berisi jelly. Saat ini sebuah kabel optik maksimum mempunyai kapasitas 8 loose tube, di mana setiap loose tube berisi 12 serat optik. Penampang kabel jenis Loose Tube di Gambar (34).

26



S-Z Stranded Loose Tube Central Strength Member Buffer Tube Optical Fiber Polyaramid Alluminium Tape Outer Sheath

Sloted Core Central Strength Member Sloted Core Optical Fiber Polyaramid

Central Loose Tube

Alluminium Tape Central Tube

Outer Sheath

Optical Fiber Strength Member Steel Tape Outer Sheath

Gambar 34 Kabel Fiber Optik Loose Tube, Sloted Core, Dan Central Tube

1. Fungsi Dan Bagian-Bagian Kabel Optik Jenis Loose Tube : a. Loose tube, berbentuk tabung longgar yang terbuat dari bahan PBTP (Polybuty leneterepthalete) yang berisi thixotropic gel dan serat optik ditempatkan didalamnya. Konstruksi loose tube yang berbentuk longgar tersebut mempunyai tujuan agar serat optik dapat bebas bergerak, tidak langsung mengalami tekanan atau gesekan yang dapat merusak serat pada saat instalasi kabel optik. Thixotropic gel adalah bahan semacam jelly yang berfungsi melindungi serat dari pengaruh mekanis dan juga untuk menahan air. Sebuah loose tube dapat bersisi 2 sampai dengan 12 serat optik. Sebuah kabel optik dapat bersisi 6 sampai dengan 8 loose tube. b. HDPE Sheath atau High Density Polyethylene Sheath yaitu bahan sejenis polyethylene keras yang digunakan sebagai kulit kabel optik berfungsi sebagai bantalan untuk melindungi serat optik dari pengaruh mekanis pada saat instalasi. c. Alumunium tape atau lapisan alumunium ditempatkan diantara kulit kabel dan water blocking berfungsi sebagai konduktivitas elektris dan melindungi kabel dari pengaruh mekanis. d. Flooding gel adalah bahan campuran petroleum, synthetic dan silicon yang mempunyai sifat anti air. Flooding gel merupakan bahan pengisi yang digunakan pada kabel optik agar kabel menjadi padat. e. PE Sheath adalah bahan polyethylene yang menutupi bagian central strength member. f. Central strength member adalah bagian penguat yang terletak ditengahtengah kabel optik. f Central Strength Member dapat merupakan: pilinan kawat baja, atau Solid Steel Core atau Glass Reinforced Plastic.

27



Central Strength member mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi yang diperlukan pada saat instalasi. g. Peripheral Strain Elements terbuat dari bahan polyramid yang merupakan elemen pelengkap optik yang diperlukan untuk menambah kekuatan kabel optik. Polyramid mempunyai kekuatan tarik tinggi. 2. Alur (Slot) Serat optik ditempatkan pada alur (slot) di dalam silinder yang terbuat dari bahan PE (Polyethyiene). Pada saat ini di Jepang telah dibuat kabel jenis slot dengan kapasitas 1.000 serat dan 3.000 serat. Contoh diameter dan berat kabel optik jenis slot produk Jepang dan Penampang kabel optik jenis Slot terdapat di tabel x dan Gambar (35).

Gambar 35 Penampang Kabel Jenis Slot Tabel 4 Diameter dan Berat Kabel Optik Slot (Di Jepang)

Tipe Kabel 400-fiber cable 600-fiber cable 800-fiber cable 1.000-fiber cable

Diameter (mm) 24 (25) 24 (25) 30 (31) 30 (31)

Berat 0.57 (0.65) 0.57 (0.65) 0.85 (1.02) 0.85 (1.02)

2.1. Fungsi dan Bagian-Bagian Kabel Optik Jenis Slot : a. Kulit kabel, terbuat dari bahan sejenis polyethylene keras, berfungsi sebagai bantalan untuk melindungi serat optik dari pengaruh mekanis saat instalasi. b. Aluran (slot) terbuat dari bahan polyethylene berfungsi untuk menempatkan sejumlah serat. Untuk kabel optik jenis slot dengan kapasitas 1000 serat, diperlukan 13 aluran (slot) dan 1 slot berisi 10 fiber ribbons. 1 fiber ribon berisi 8 serat.

28



c. Central strength member adalah bagianpenguat yang terletak ditengahtengah kabel optik. Central strength member terbuat dari pilinan kawat baja yang mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi yang diperlukan pada saat instalasi. 3. Spefisikasi Kabel Optik Karakteristik Mekanis : 1. Fibre Bending (tekukan Serat) Tekukan serat yang berlebihan (terlalu kecil) dapat mengakibatkan bertambahnya optical loss. 2. Cable Bending (tekukan Kabel) Tekukan kabel pada saat instalasi harus di jaga agar tidak terlalu kecil, karena hal ini dapat memerusak serat sehingga menambah optical loss. 3. Tensile Strength Tensile strength yang berlebihan dapat merusakkan kabel atau serat. 4. Crush Crush atau tekanan yang berlebihan dapat mengakibatkan serat retak / patah, sehingga dapat menaikkan optical loss 5. Impact Impact adalah beban dengan berat tertentu yang dijatuhkan dan mengenai kabel optik. Berat beban yang berlebihan dapat mengakibatkan serat retak / patah, sehingga dapat menaikkan optical loss. 6. Cable Torsion Torsi yang diberikan kepada kabel dapat merusak selubung kabel dan serat 4. Kode warna Untuk memudahkan instalasi, coating masing-masing serat diberi warna. Demikian pula dengan selongsong kabel baik pada jenis loose tube maupun pada slotted cable. Kode warna tertera pada gambar (36).

Kode warna serat 1 Biru

7 Merah

2 3 Oranye Hijau

8 Hitam

4 Coklat

9 Kuning

5 AbuAbu-abu

10 Ungu

11 Pink

6 Putih

12 Turquoise

Gambar 36 Kode Warna Serat

29



Tabel 5 Tipikal Karakteristik Kabel Serat Optik

Number 1 2 3 4 5 6 7 8

Characteristic Maximum Attenuation at 1310 nm Maximum Attenuation at 1550 nm Maximum chromatic dispersion at 1310 nm Maximum chromatic dispersion at 1550 nm Min. Bending radius at full tensile strength Maximum cut-off wavelength at 1310 nm (λ cc ) Zero Dispersion Wavelength (λ 0)

Value 0.4 dB/Km 0.3 dB/Km* 3.5 ps/ (nm.km) 20 ps/ (nm.km) 20 x cable OD 1270 nm 1300 - 1324 nm

Slope at Zero Dispersion Wavelength (S0)

≤ 0.093 ps/ (nm² km)

Tabel 6 Contoh Karateristik Serat Single Mode

Number 1 2 3 4 5

E.

Characteristic Value Single mode Fibre type Mode Field diameter 7.0 - 8.3 ± 0.5 µm (1550 nm) Mode field concentricity error Not exceed 1 µm Cladding diameter 125 ± 2 µm Cladding non circularity < 2%

KOMPONEN SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK

1. Sumber Optik Ada dua jenis sumber optik yang sering digunakan, yakni LED (Light Emitting Diode) dan LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Beberapa karakteristik yang harus dipenuhi oleh sumber optik adalah sbb : • Ukuran dan konfigurasi kompatibel dengan cahaya yang dimasukkan ke dalam serat. • Mempunyai akurasi yang tinggi dalam mengkonversi sinyal listrik masukan untuk mengurangi distorsi dan derau. • Cahaya yang dihasilkan berada pada panjang gelombang di mana serat mempunyai redaman dan dispersi rendah, dan di mana detektornya dapat bekerja secara efisien. • Kemudahan dalam memodulasi sinyal. • Cahaya yang dihasilkan harus dapat di-couple ke dalam serat dengan efisien agar menghasilkan daya optik yang cukup. • Menghasilkan cahaya dengan lebar pita frekuensi yang cukup sempit untuk meminimumkan dispersi. • Cukup stabil terhadap pengaruh luar. • Mempunyai keandalan tinggi dan harga yang cukup murah agar dapat menandingi teknik transmisi konvensional. Bahan sumber optik mempunyai kriteria antara lain merupakan formasi p-n junction, efisien dalam transisi radioaktif dan panjang gelombang yang

30



dihasilkan digunakan sepenuhnya. Bahan yang cocok dengan kriteria ini adalah golongan III dan golongan IV dalam sistem periodik. Sebelum memasuki pembahasan mengenai LED dan LASER, peninjauan mengenai semikonduktor perlu dilakukan. 1.1. Pita Energi Dalam benda padat, atom-atom berada dalam jarak yang berdekatan. Dengan demikian, karena elektron merupakan bagian dari atom, maka elektron pun berada dalam kondisi yang berdekatan. Prinsip Pauli menyatakan bahwa dua elektron tidak boleh mempunyai keadaan yang identik. Atom dalam pendekatan modern digambarkan dengan pita-pita energi yang diskrit. Pita energi

Energi gap

3 Atom yang sangat berdekatan

Zat Padat

Gambar 37 Pita- Pita Energi Diskrit Suatu Atom

Untuk menentukan sifat elektrik bahan, apakah suatu benda termasuk isolator atau konduktor yang baik, ditentukan oleh 2 pita energi teratas yaitu : pita konduksi dan pita valensi. Selisih antara pita konduksi dan pita valensi adalah Egap (band_gap energy). Egap = h f = h c/λ = 6,625 . 10-34 . 3 . 108 / 1,6 . 10-19 λ = 1,24/λ eV (λ dalam µm)

Pita konduksi Egap ~ 1 eV

Egap ~ 4 eV

Pita Valensi

Semikonduktor

Isolator

Logam

Elektron Hole

Gambar 38 Karakteristik Energi Berbagai Tipe Bahan

Energi thermal rata-rata elektron : kT ~ 1/40 eV Contoh bahan-bahan sumber optik Tabel 7 Bahan-Bahan Sumber Optik

Bahan Aluminium phosphide Aluminium arsenide

Singkatan AlP AlAs

Bandgap energi (eV) 3,0 2,3

31


Gallium phospide Gallium arsenide Aluminium antimonide Indium phospide Silicon Germanium Gallium Antimonide


GaP GaAs AlSb InP Si Ge GaSb

2,25 1,34 1,52 1,27 1,1 0,72 0,7

Semikonduktor, merupakan bahan yang mempunyai karakteristik khusus sehingga ia sangat baik digunakan sebagai sumber optik. Ada dua tipe semikonduktor, yaitu : semikonduktor intrinsik dan semikonduktor ekstrinsik. Semikonduktor intrinsik merupakan semikonduktor tanpa pengotoran (impurities), sehingga konsentrasi elektron (n) = konsentrasi hole (p) = nI. Untuk silikon pada temperatur kamar, nI ~ 1,6 x 1016 m-3 (bandingkan dengan logam yang mempunyai 1028 m-3 elektron bebas). Semikonduktor ekstrinsik merupakan semikonduktor yang telah ditambah impurities, sehingga hubungan hole dan elektron memenuhi persamaan sbb : np = ni2. Ada dua tipe : (1) Tipe n : pembawa muatan mayoritas elektron. Contoh : silikon (valensi 4) yang diberi atom fosfor (valensi 5). ED

Pita konduksi Ec Ed Pita Valensi

Ec = energi terendah pada pita konduksi Ed = tingkat energi donor ED = Ec – Ed = energi untuk mengeksitasi elektron.

(2) Tipe p : pembawa muatan mayoritas hole. Contoh : silikon yang diberi boron (valensi 3) Pita konduksi EA

Ea

Ev = energi tertinggi pada pita valensi Ea = tingkat energi akseptor EA = Ea – Ev = energi untuk membebaskan hole.

Ev Pita Valensi

1.2. LED Bagian utama dari LED adalah p-n junction yang disebut sebagai daerah aktif. LED memerlukan bias maju agar dapat beroperasi. Proses emisi cahaya pada LED adalah sbb : bila p-n junction mendapatkan bias maju maka elektron dan hole diinjeksikan ke daerah p dan n. Masing-masingnya sebagai pembawa minoritas akan dapat bergabung kembali (rekombinasi) dengan melepaskan : energi radiasi berupa foton memberikan cahaya keluaran dan energi non radiasi berupa foton didisipasikan sebagai panas. Hasil cahaya keluaran inkoheren dengan : spektrum lebar dan emisi tidak terarah. Jenis LED yang digunakan : a. Surface Emitter (dioda burrus) LED Karakteristiknya : tipe high radiance, radiasi keluaran dengan sudut pancar 180o, bersifat lambertian source, memerlukan bias maju, emisi cahaya melalui permukaan, daerah aktif berbentuk lingkaran dengan diameter 50

32



µm, kemasan pigtail dengan serat optik langsung pada daerah aktif sepanjang 30 cm. b. Edged Emitter LED. Karakteristiknya : radiasi keluaran lebih terarah, daerah aktif berbentuk pipih segi empat (stripe), spektrum pancaran berbentuk ellips, emisi cahaya ke arah samping atau ujung, memerlukan bias maju, lebar spektrum keluaran sudut paralel : 120o dan sudut yang tegak lurus = 25o – 35o. Panjang gelombang emisi puncak ditentukan oleh bahan yang digunakan dengan dopan yang ditambahkannya. Dengan mengatur komposisi bahan dapat merubah harga Eg. Tabel 8 Energi Gap Berbagai Bahan LED

Bahan LED GaAs AlGaAs InGaAs InGaAsP

Panjang gelombang (µm) 0,9 0,8-0,9 1,0-1,3 0,9-1,7

Energi band gap (Eg) 1,4 1,4-1,55 0,95-1,24 0,73-1,35

Terlihat bahwa menambah Al akan menurunkan panjang gelombang. Sedangkan menambah In dan P akan memperbesar panjang gelombang. Karakteristik penting LED adalah : (1) kurva daya optik keluaran terhadap arus pacu (2) kecepatan respon atau rise time, dan (3) BW listrik = 0,35 GHz/tr ns. Biasanya harga rise time LED = 5 s.d. 250 ns. 1.3. LASER Laser merupakan sumber optik yang koheren. Bahan dasarnya berupa gas, cairan, kristal dan semikonduktor. Pengoperasian laser harus menggunakan arus bias yang besar di atas arus threshold. Proses pembentukan laser : 1. Absorpsi foton; proses perpindahan elektron dari energi valensi ke energi konduksi. 2. Emisi Spontan; proses di mana elektron dalam keadaan tereksitasi di energi konduksi kembali ke energi dasar dengan melepas foton. 3. Emisi terangsang (stimulated); proses saat keadaan inversi populasi elektron tereksitasi yang mendapat rangsangan (pacu) akan serentak melepaskan foton dalam jumlah banyak. Panjang gelombang emisi keluaran : 2nL λ= q λ adalah panjang gelombang cahaya keluaran, n adalah indeks bias daerah aktif, L adalah panjang rongga resonansi optik dan q adalah jumlah mode yang berosilasi. Jarak antar komponen cahaya keluaran : λ2 ∆λ = (2 L )n

33



Komunikasi jarak jauh memerlukan laser Perkembangan lases monomode adalah sbb : - DFB : Distributed Feedback Laser - DBR : Distributed Bragg Reflector Laser - DR : Distributed Reflector Laser - SEL : Surface Emitting Laser.

monomode

(single

mode).

Keluaran Laser bersifat : mendekati monokromatik (hanya mempunyai 1 panjang gelombang), koheren (panjang gelombang berada dalam 1 fasa), dan sangat terarah (diagram arahnya sangat konvergen). Karakteristik dioda laser adalah sbb : • daya optik keluarannya besar. • ada penguatan optik. • harus bekerja di atas arus threshold. • memiliki rongga resonan optik (Fabry Perrot Resonator). • Disipasi panas besar, sehingga diperlukan stabilitasi temperatur. • Arus threshold dipengaruhi temperatur. 1.4. Perbandingan LED dan LASER: Tabel 9 Perbandingan LED dan Laser

Karakteristik Spektrum keluaran Daya Optik keluaran Kestabilan operasi terhadap temperatur Penguatan cahaya Arah pancaran cahaya Arus pacu Rongga resonansi opti Disipasi panas Harga Kemudahan penggunaan NA Kecepatan (rise time)

LED Tidak koheren Lebih rendah (0,4-4,0 mW) Lebih stabil

LASER DIODE Koheren Lebih tinggi (1,5-8,0 mW) Kurang stabil

Tidak ada Kurang terarah Kecil Tidak ada Kecil Lebih murah Lebih mudah Lebih tinggi Lebih lambat (2 – 10 ns)

Ada Sangat terarah Besar Ada Besar Lebih mahal Lebih sulit Lebih rendah Lebih cepat (0,3 – 0,7 ns) Cukup lama Ya 800-850, 1300, 1500 nm 1-2 (λ = 800-850 nm) 2-5 (λ = 1300 nm) 2-10 (λ = 1500 nm) 0,4 – 3,0 mW 2 – 3 GHz elektrostatik

Lifetime Kompatibilitas dengan SMF Panjang gelombang Lebar pita (nm)

Lebih lama Tidak 800-850, 1300 nm 30-60 (λ = 800-850 nm) 50-150 (λ=1300)

Daya ke serat Frekuensi modulasi Kepekaan

0,03 – 0,15 mW 0,08 - 0,3 Ghz -

34



2. Power Launching Dan Coupling Power launching adalah memasukkan daya 50o dari sumber optik ke dalam serat optik. Optical source

Cos180θ

• 0o

Cos θ 50o

Serat Step Index PLED,step = Ps (NA)2 rs ≤ a PLED,step = (a/rs)2 Ps (NA)2 rs > a di mana Ps = π2 rs2 B0 ; rs adalah jari-jari daerah aktif (cm); B0 adalah daya optik yang diradiasikan normal terhadap permukaannya (radiating surface – dalam W/cm2.sr); NA adalah numerical aperture serat optik dan a

adalah jari-jari inti serat. •

Serat Graded Index α  2  rs   2  PLED ,GI = 2 Ps n1 ∆ 1 −    α +2 a     α  2  rs   2  2 2 PLED ,GI = 2π a B0 n1 ∆ 1 −    α +2 a    

rs ≤ a rs > a

Rumus-rumus tersebut dipergunakan apabila terjadi kopling sempurna (n = n1). Bila indeks bias medium yang memisahkan antara sumber dan serat berbeda (n ≠ n1) maka akan terjadi pemantulan sebagian. Daya yang terkopel ke serat akan dikurangi oleh faktor koefisien refleksi Fresnell (R). 2

n −n  R =  1 n + n  1  Pcoupled = (1-R) Pemitted Lensa dapat dipergunakan sebagai alat bantu dalam me-launching daya dari sumber ke serat sbb : selubung inti Daerah aktif

LED

selubung inti

selubung

Ujung serat dibulatkan

Penggunaan lensa bola kecil

Ujung serat diruncingkan

inti

35



Gambar 39 Berbagai Teknik Untuk Meningkatkan Efisiensi Kopling Daya Optik

Untuk lensa bola kecil : n n' n'−n + = s s' r di mana n adalah indeks bias bahan, n’ adalah indeks bias sekitar, dan r adalah Gambar 40 Penggunaan Lensa Bola Kecil

jari-jari permukaan.

3. Penyambungan Serat Optik Teknik penyambungan serat optik dengan serat optik ada 2, yaitu : penyambungan permanen yang disebut splice dan penyambungan tak permanen dengan menggunakan connector. 3.1. Rugi-Rugi Penyambungan Antara Serat Optik 3.1.1. Ketidaktepatan mekanik • Pemisahan longitudinal Untuk serat optik step-index, daya cahaya terbagi merata pada penampang melintang berkas yang keluar

x Gambar 41 Pemisahan Longitudinal

Rugi sambungan dalam dB :  a Ls = −10 log  a + s tan ϕ max

  

2

36


•


Pergeseran lateral Untuk serat step index

a

2 d d  d2 Fraksi daya cahaya = arccos − 1 − 2 2a πa  4a π Rugi-rugi dalam sambungan adalah : Ls = -10 log (Fraksi daya cahaya)

  

1

2

d Gambar 42 Model Pergeseran Lateral

•

Pembentukan sudut Untuk serat optik step index, rugi sambungan :

γ

G Gambar 43 Pembentukan Sudut

3.1.2. Perbedaan Karakteristik Serat Optik Jika dimisalkan E adalah serat pengirim dan R adalah serat penerima, maka : • Perbedaan jari-jari inti (aE ≠ aR, NAE = NAR dan αE = αR) 2   aR  − 10 log  a R < a E Ls (a ) =   aE   aR ≥ aE 0 • Perbedaan Numerical Aperture (aE = aR, NAE ≠ NAR dan αE = αR) 2   NAR (0)   NAR (0) < NAE (0) − 10 log Ls (NA) =   NAE (0)   NAR (0) ≥ NAE (0) 0

37



Receiving cone

Transmitting cone

Gambar 44 Perbedaan Numerical Aperture

•

Perbedaan profil indeks bias (aE = aR, NAE = NAR dan αE ≠ αR)   α R (α E + 2 )   α R < α E − 10 log Ls (α ) =  ( ) + α α 2  E R   αR ≥ αE 0

jika αR < αE, jumlah mode yang diteruskan R kurang dari yang ada pada E jika αR > αE, semua mode dari E dapat ditampung R. 3.2. Teknik-Teknik Splicing (Penyambungan) 3.2.1. Peleburan (fusion splice).

Gambar 45 Teknik Fusion Splice

38


Teknik Splice dengan Fusion Splicer


3

1

2 4

Gambar 46 Langkah-Langkah Fusion Splice

Penyambungan sambungan teknik lebur (fusion) bersifat permanen, artinya tidak dapat dibongkar pasang. Redaman yang dihasilkan menghasilkan redaman paling kecil di antara teknik sambung lain. 3.2.2. Mechanical Splice.

Gambar 47 Splice Mekanik

Gambar 48 Penggunaan Tabung Plastik Pada Splice Mekanik

39



Mechanical Splicing

Gambar 49 Langkah-Langkah Splice Mekanik

Penyambungan menggunakan mechanical splice ini bersifat semi permanen dan besar redaman yang dihasilkan bersifat sedang. 3.3. Konektor Penyambunagn serat optik menggunakan konektor bersifat tidak permanen, artinya dapat dibongkar pasang. Konektor biasanya digunakan untuk kontak dengan terminal perangkat aktif. Syarat-syarat konektor yang baik adalah : a. Kehilangan daya cukup rendah. Konektor yang dibentuk harus menjamin dari kesalahan penyambungan dan dapat meminimumkan kesalahan secara langsung. b. Kemampuan pengulangan. Efisiensi kopling tidak berubah jika tidak ada penyesuaian ulang. c. Dapat diprediksi, artinya konektor memiliki efisiensi yang sama jika beberapa konektor sejenis dikombinasi. d. Umurnya panjang. Tidak ada penurunan efisiensi dalam waktu yang lama. e. Kuat. Bahan konektor kuat terhadap tekanan. f. Kompatibel dengan lingkungan. Penyambungan dapat dilakukan pada variasi temperatur, tekanan tinggi, getaran, kelembaban dan kotoran. g. Mudah mendapatkannya. Umum digunakan. h. Mudah menggunakannya. Pemasangan dan penyesuaiannya mudah. i. Ekonomis. Konektor yang presisi adalah mahal. Konektor murah, biasanya plastik tetapi kualitasnya rendah.

40



FSMA Connectors

ST-Style Connectors

FSD Connectors

SC connector

FC & D4 connector

ESCON connector

Gambar 50 Berbagai Tipe Konektor

Contoh-contoh tipe konektor : straight-sleeve connector, kevlar-braid, taperedsleeve connector, ST connector, Overlap connector, SMA connector, FC/PC connector, FDDI connector, SC connector, ESCON connector. 3.4. Detektor Detektor berfungsi untuk mendeteksi cahaya yang datang dan mengubahnya ke besaran listrik. Syarat-syarat yang harus dimiliki oleh sebuah detektor optik adalah sbb : 1. Mempunyai sensitivitas tinggi. 2. Responnya cepat. 3. Derau yang dihasilkan kecil. 4. Tersedia cukup bandwidth untuk menyalurkan data rate yang diinginkan. 5. Tidak sensitif terhadap perubahan suhu. 6. Secara fisik kompatibel dengan dimensi kabel. 7. Mempunyai waktu operasi yang lama. Dari bahan semikonduktor, ada 2 tipe detektor optik : (1) dioda PIN (P intrinsic N), dan (2) dioda APD (Avalanche Photo Diode). 3.4.1. Detektor optik Dioda PIN hf

V

p

i

n

−

i

RL

V

+

Gambar 51 Skema Detektor Optik

41



Prinsip kerja dioda PIN : - Mengubah energi optik (foton) yang diterima menjadi arus keluaran berdasarkan photo voltaic effect. - Memerlukan bias mundur (reverse bias).

Pita konduksi

Energi Elektron

elektron bebas terbentuk

hf

Eg Hole bebas terbentuk junction

Pita Valensi

Gambar 52 Mekanisme Deteksi Cahaya Dilihat Dari Energi Elektron

Bila foton yang datang ≥ band gap energy bahan semikonduktor, foton memberika energinya dan membangkitkan elektron dari pita valensi dan pita konduksi. Proses ini membangkitkan pasangan elektron-hole bebas yang disebut photo carrier. Photo carrier ini dihasilkan pada daerah deplesi. Medan listrik yang tinggi timbul de daerah deplesi menyebabkan carrier terpisah dan dikumpulkan melintasi reverse biased junction. Hal ini menimbulkan arus yang mengalir pada sirkuit eksternal. Arus ini disebut photo current (Ip). Karakteristik detektor optik dioda pin : a. Responsitivity (R). I p ηe R= = P0 hf di mana : Ip adalah arus photo detector, P0 adalah daya optik diterima, η adalah efisiensi kuantum, e adalah muatan elektron, h adalah konstanta Planck, dan f adalah frekuensi. b. Efisiensi kuantum (η). Efisiensi Kuantum adalah perbandingan antara pasangan elektron-hole primer terhadap foton yang datang pada diode. R η = 1,24 λ R dalam A/W, dan λ adalah panjang gelombang dalam µm. c. Kecepatan respon (rise time). Ditentukan oleh karakteristik rise time detektor tersebut.

42



d. Daya optik minimum (MRP : Minimum Required Power). Merupakan daya minimum diperlukan pada BER (Bit Error Rate) tertentu. 3.4.2. Detektor Optik Dioda APD Prinsip kerja dioda APD : APD bekerja pada reverse bias yang besar pada medan listrik yang tinggi terjda avalanche effect yang menghasilkan impact ionization berantai dan terjadi multiplikasi avalanche sehingga terjadi penguatan atau multiplikasi arus.

Cahaya datang pada p+, kemudian diserap oleh bahan π yang bertindak sebagai daerah penumpul untuk carrier cahaya yang dibangkitkan. Pada waktu foton memberikan energinya, pasangan elektron-hole dibangkitkan, yang kemudian dipisahkan oleh medan listrik pada daerah π. Elektron tadi berjalan pada daerah π menuju pn+ junction di mana terjadi medan listrik yang tinggi. Di sini carrier multiplication terjadi. Multiplikasi M photodiode ditentukan : M = IM/Ip di mana IM adalah nilai rata-rata total arus output yang dimultiplikasi, dan Ip adalah arus photo yang tidak dimultiplikasi. Karakteristik dioda APD : Responsivity = RAPD = RPIN M di mana M adalah faktor multiplikasi APD dan berharga antara 10 – 250. Panjang gelombang operasi : λ = 1,24/Eg(eV) µm. TIPE

SOURCE

LED LASER

0.6

0.7

PANJANG GELOMBANG (um) 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 GaAs AlGaAs

1.5

1.6

InGaAs InGaAsP

FIBER

SI GRIN SMF

3 dB/km PCS, 10 dB/km

GLASS

DISPERSI MINIMUM < 1 dB/km

Plastic, 500 dB/km

DETECTOR

PIN APD

Silicon Germanium InGaAs

Gambar 53 Operasi Berbagai Tipe Sumber, Serat Dan Detektor Optik

43



F. SISTEM TRANSMISI DIGITAL 1. Pendahuluan Dalam pembahasan sebelumnya, dibahas karakteristik-karakteristik fundamental dari masing-masing komponen sistem komunikasi serat optik, mulai dari serat optik sebagai medium transmisi, sumber optik, photodetector dan penerima optik, serta konektor dan sambungan optik. Dalam bab ini akan dibahas bagaimana tiap-tiap bagian ini digabungkan untuk membentuk sebuah link transmisi serat optik. Arsitektur yang dibentuk, dapat berupa link point to point, jaringan distribusi atau broadcast, dan jaringan LAN (local area network). Tabel 10 Perbandingan Tipe Transmisi

Point to Point

Jaringan Broadcast

Jaringan LAN

Paling sederhana Short atau long haul Butuh repeater untuk long haul Butuh kompensasi dispersi untuk long haul

Distribusi ke grup pelanggan ISDN & HDTV Topologi Hub/Bus Redaman sinyal eksponensial pada topologi Bus

Topologi Bus : ethernet Topologi Ring : FDDI Topologi Star : dibatasi oleh redaman sinyal

2. Link Point To Point Link transmisi paling sederhana adalah sebuah link point to point yang mempunyai sebuah transmitter di salah satu ujung dan sebuah receiver di ujung yang lain. Sumber Informasi

Tx Optik

Rx Optik

User

Serat optik Gambar 54 Struktur Link Point to Point

Gambar 55 Hubungan Jarak dan Bit Rate

44



Tipe link seperti ini mengakomodasi kebutuhan terendah pada teknologi serat optik yang kemudian merupakan dasar dalam menganalisis arsitektur yang lebih kompleks. Syarat kunci yang dibutuhkan oleh sistem yang dibutuhkan dalam menganalisis sebuah link adalah : 1. Jarak transmisi yang mungkin 2. Kecepatan data (data rate) atau Bandwidth kanal 3. Bit Error Rate (BER) Terlihat pada gambar di atas hubungan antara kecepatan bit dengan jarak pada berbagai sistem berbasis serat optik. Untuk memenuhi persyaratan ini desainer harus memilih komponen-komponen dengan karakteristik yang tepat. Tabel 11 Petunjuk Pemilihan Komponen Link Optik

No

Komponen

1

Serat Optik

Jenis Single Mode (SM) Multi Mode (MM)

LED 2

Sumber optik LASER pin

4

Detektor optik

Avalanched Photo Diode (APD)

Karakteristik Ukuran core Profil indeks bias core Bandwidth atau Dispersi Redaman NA atau Mode-field Diameter Panjang gelombang emisi Lebar spektral keluaran Daya keluaran Daerah radiasi efektif Pola emisi Jumlah mode emisi Responsivitas Panjang gelombang operasi Kecepatan respon Sensitivitas

Dua analisis yang biasa dilakukan untuk meyakinkan bahwa performansi sistem yang diinginkan dapat dicapai adalah : Link Power Budget dan Rise-time Budget. Dalam link power budget ditentukan margin daya antara keluaran transmitter optik dan sensitivitas penerima minimum yang dibutuhkan untuk mendapatkan BER tertentu. Margintersebut dialokasikan pada konektor, splice, dan loss/redaman serat, ditambah dengan margin-margin tambahan akibat degradasi komponen atau pengaruh suhu. Jika komponen-komponen yang dipilih tidak memungkinkan diperoleh jarak transmisi, komponen-komponen tersebut harus diganti atau digunakan repeater. 3. Pertimbangan Sistem Penentuan fotodetektor harus dipilih berdasarkan parameter: # Daya terima optik minimum yang sesuai dengan BER yang diinginkan # kompleksitas Penentuan sumber optik ditentukan oleh parameter : # Dispersi sinyal # Data rate # Jarak transmisi # Biaya 45



Link Power Budget

$

T

Jarak tidak terlalu jauh, gunakan 800 - 900 nm Jarak jauh, gunakan panjang gelombang 1300 atau 1550 nm

Panjang gelombang Operasi

$

Pilih komponen Tx & Rx yang sesuai

Pilih komponen Tx seperti sumber optik dan rangkaian drivernya serta pilih Rx dengan amplifier dan equalizernya

Menghitung Kinerja BER, Biaya, BWdistance product

Tentukan kinerja photodetector dan serat optik kemudian cari sumber optik yang sesuai

terpenuhi kinerja ?

Y Selesai

Gambar 56 Diagram Alir Desain Link Point To Point

Penentuan Serat optik dipilih berdasarkan parameter : # dispersi # mode yang sesuai sumber # redaman 3.1. Link Power Budget Splice (αsp) Rx (detektor Optik)

Tx (sumber optik)

Kota A

Konektor (αc)

Serat optik (αf)

Kota B

Jarak transmisi (L)

Gambar 57 Link Point To Point dan Parameter-parameternya

46



Daya optik yang diterima bergantung pada jumlah cahaya yang dikopel ke dalam serat optik dan redaman yang terjadi selama cahaya berada di serat, konektor dan splices. P loss = 10 log out (dB) Pin di mana Pin dan Pout adalah daya optik menembus dalam dan ke luar elemen meredam. Sebagai tambahan pada loss, biasanya ditambahkan margin untuk mengatasi masalah-masalah yang timbul pada link, seperti umur komponen, fluktuasi suhu dan redaman-redaman muncul dari komponen yang akan ditambahkan suatu hari. PT = Ps − PR = 2l c + α f L + margin sistem di mana PT adalah redaman daya optik total, Ps adalah daya optik yang keluar dari fiber flylead, dan PR adalah sensitivitas penerima, lc adalah redaman konektor, αf adalah redaman serat (dB/km), L adalah jarak transmisi, serta margin sistem diambil harga 6 dB. Dalam persamaan di atas diasumsikan bahwa konektor hanya dipakai di ujung link, tidak di tengah-tengah link.

Gambar 58 Contoh Karakteristik Detektor Optik

Contoh perhitungan: Dispesifikasikan data rate 20 Mbps dan BER 10-9. Untuk penerima dipilih pin photodiode silikon yang beroperasi pada 850 nm. Dalam gambar terlihat bahwa sinyal input penerima yang dibutuhkan adalah –42 dBm (42 dB di bawah 1mW). Pilih sebuah LED GaAlAs yang mampu mengkopel level daya optik rata-rata 50 µW (-13 dBm) ke dalam flylead serat dengan diameter core 50 µm. PT = Ps − PR

= −13 − (− 42 ) = 29 dB Asumsikan bahwa di masa depan terjadi redaman 1 dB ketika flylead serat dihubungkan ke kabel dan 1 dB lagi terjadi redaman konektor pada antarmuka

47



kabel ke photodetector. Dengan margin sistem 6 dB jarak transmisi untuk kabel dengan konstanta redaman αf dB/km dapat dihitung dari : 29 = 2(1 dB) + α f L + 6 dB Jika αf = 3,5 dB/km, maka jarak transmisi adalah 6 km. Representasi grafis sebuah perhitungan redaman link untuk sebuah sistem LED/pin 800nm yang beroperasi 20 Mbps, dapat dilihat pada Gambar 59.

-10 Daya terkopel-flylead dari LED Loss konektor Level daya (dBm)

Daya terkopel-kabel -20

-30

-40

loss kabel (dan splice) 3,5 dB/km

loss dialokasikan untuk kabel dan splice

jarak transmisi yang mungkin di dapat

D

margin 6 dB

Loss konektor Sensitivitas penerima pin -50

Gambar 59 Link Budget

3.2. Rise-Time Budget Analisis rise-time budget sangat tepat untuk menentukan batas dispersi sebuah link serat optik, khusus dalam sistem digital. Rise time link total tsys adalah jumlah rms rise time dari tiap kontributor tI pada degradasi rise-time pulsa: t sys

N  =  ∑ t i 2   i =1 

1

2

+5 V Input

0V ON

Respon divais Terhadap input

Off Rise time

fall time

Divais tidak Bisa langsung ON, tapi butuh waktu

Gambar 60 Rise Time

Ada 4 elemen dasar yang membatasi kecepatan sistem adalah rise-time transmitter tTX, rise time dispersi material (bahan) serat optik tmat, rise time dispersi intermodal tmod dan rise-time penerima tRX. 48



Secara umum, degradasi waktu transisi total sebuah link digital tidak melebihi 70 % dari sebuah perioda bit NRZ (Non-Return to Zero) atau 35 % sebuah perioda bit RZ (Return to Zero).

(

# #

)

1

t sys = t TX + t mat + t mod + t RX 2 tTX adalah rise-time transmitter, yaitu bergantung dari sumber cahaya dan rangkaian drive-nya. tRX adalah rise-time receiver dihasilkan oleh respon fotodetector dan bandwidth 3 dB penerima. 350 t RX = ndetik ; BRX adalah bandwidth listrik 3 dB penerima (MHz). B RX ! tmat adalah dispersi material. Untuk sumber laser, dispersi ini dapat diabaikan. 2 2 2 2 ! t mat = D mat σ λ L ; Dmat adalah faktor dispersi material serat (ns/nm.km), σλ adalah lebar spektral sumber optik (nm) dan L adalah panjang serat (km). ! tmod adalah rise-time dispersi modal. 440 Lq ! t mod = ; B0 adalah Bandwidth pada panjang kabel optik 1 km, q B0 adalah parameter panjang serat yang bernilai antara 0,5 sampai 1. 2

2

2

2

Transmitter

Receiver tmat

tmod

tTX

tRX

Gambar 61 Link Point To Point Dan Parameter Rise Time

Contoh perhitungan: Asumsikan bahwa LED beserta rangkaian drive-nya mempunyai rise time 15 ns. Dengan lebar spektral 40 nm dan link sepanjang 6 km diperoleh degradasi rise-time akibat dispersi material 21 ns. Diasumsikan penerima mempunyai bandwidth 25 MHz, maka diperoleh degradasi rise-time sebesar 14 ns. Jika serat dipilih mempunyai parameter bandwidth-length-product sebesar 400 MHz.km dengan q = 0,7; maka dispersi modal adalah 3,9 ns. Sehingga akan diperoleh degradasi rise-time total adalah :

( = [(15)

t sys = t TX + t mat + t mod + t RX 2

2

2

2

)

1

2

+ (21) + (3,9) + (14) 2

2

2

2

]

1

2

= 30 ns Nilai ini masih di bawah nilai maksimum yang diperbolehkan, yaitu : 70% dari perioda bit NRZ. Dalam soal Bit Rate = 20 Mbps, sehingga perioda bit = 50 ns dan 70%-nya adalah 35 ns.

49



4. Line Coding Dalam desain link serat optik, penting untuk mempertimbangkan format sinyal optik yang ditransmisikan, karena dalam link data serat optik digital rangkaian keputusan di penerima harus dapat mengekstrak informasi waktu dari sinyal optik yang datang. Tujuan informasi waktu (pewaktuan) adalah agar sampling sinyal tepat, mempertahankan spasi pulsa dan mengindikasikan awal dan akhir tiap interval pewaktuan. Line coding adalah proses pengkodean sinyal yang menggunakan sekelompok aturan dalam simbol sinyal. 0

1 0 1 0 1 1

0 0 1

0

Baseband (NRZ-L) data

Sinyal clock

data Unipolar RZ

biphase atau data Manchester transisi

Gambar 62 Berbagai Jenis Line Coding

Kode biner merupakan salah satu line coding yang paling banyak digunakan karena merupakan kode yang bermanfaat dalam komunikasi optik. Tiga tipe dasar line code biner 2 level adalah NRZ (non-return to zero), RZ (return to zero), dan PE (phased encoded). Salah satu fungsi sebuah line code adalah memberikan redundansi pada aliran data untuk meminimalisir kesalahan yang dihasilkan dari efek interferensi kanal. G. JARINGAN LOKAL AKSES FIBER (JARLOKAF) 1. Pendahuluan Gagasan untuk menggunakan serat optik untuk menghubungkan perangkat premise pelanggan dengan fasilitas penyedia telah ada selama beberapa dekade. Supaya konsep ini menjadi kenyataan, terdapat beberapa masalah yang harus ditangani, termasuk di bawah ini: • Ketersediaan perangkat multiplexing yang murah. • Produksi kabel optik dalam jumlah yang cukup sehingga bisa menawarkan pelayanan yang baik. • Kesiapan penyedia layanan untuk menawarkan layanannya. Selain itu, suatu pasar harus dikembangkan untuk menggunakan kapasitas bandwidth serat optik.

50



Terdapat pendapat umum bahwa serat adalah barang langka. Tetapi, kekurangan serat optik bukanlah masalah utama dalam pasar masa kini. Bahkan serat optik saat ini merupakan sumber daya akses yang siap digunakan terutama di kota-kota besar. Diperkirakan bahwa pada tahun 1999 sekitar 65 juta km serat optik dipasang di Amerika Serikat. Hal ini menunjukkan pangsa pasar yang besar untuk layanan kecepatan tinggi menggunakan serat optik. Infrastruktur serat optik terbukti menjadi bagian penting dari dunia telekomunikasi saat ini. Dorongan untuk interkonektivitas dan pertumbuhan eksponensial dalam lalu lintas data sebagai hasil dari aplikasi bisnis menyebabkan digunakannya jaringan optik karena bisa menghubungkan pengguna akhir dan penyedia layanan dengan jalan raya informasi. Suatu teknologi diperlukan sehingga bisa menambah daya guna jaringan yang ada dan meningkatkan viabilitas aplikasi jaringan yang baru. Kesenjangan bandwidth bisa dijembatani dengan solusi jaringan optik. Platform jaringan optik menyediakan solusi dengan cara membuka hambatan pada bandwidth bottleneck di antara customer premises equipment (CPE) dan central office (CO) atau point of presence (PoP) menggunakan serat optik. 2. Definisi Jaringan akses adalah bagian dari public switched network yang menghubungkan titik akses dengan pelanggan. Lebih sederhana lagi, jaringan akses adalah penghubung akhir dalam suatu jaringan antara customer premise dan titik penghubung pertama ke infrastruktur jaringan, PoP atau CO. Jaringan akses selama ini didominasi oleh kabel tembaga twisted-pair. Jaringan akses selama ini dianggap sebagai bottleneck dalam penyediaan layanan data. Hal ini terutama karena bandwidth yang tersedia telah tertinggal dibandingkan dengan bandwidth pada LAN atau WAN di mana faktor konsentrasi dan skala ekonomi menyebabkan digunakannya serat optik. JARINGAN TRANSMISI

JARINGAN AKSES

JARINGAN AKSES

User

User

Comm. Tower Multiplexer

Comm. Tower Multiplexer

Sentral/ Switching

Sentral/ Switching

Gambar 63 Jaringan Akses

51



• Berbagai teknologi jaringan akses Satellite

Public switch

Subscriber Concentration Distribution point

Copper (n pairs) Coax. Fiber

pair per Cop

Fiber Coax.

CP / DP

Microwave

Fixed

Radio

RBS Radio base station

Distribution Network

Access Network

Gambar 64 Berbagai Teknologi Jaringan Akses

Optical Access Network adalah bagian dari jaringan akses yang diimplementasikan menggunakan serat optik. Akses optik menawarkan janji peningkatan bandwidth jaringan akses sampai beberapa Gbps dan bisa bertambah sesuai dengan perkembangan teknologi. Optical Access Network dalam bahasa Indonesia disebut Jaringan Lokal Akses Fiber (JARLOKAF) yang disebut juga Fiber in The Loop (FTTL). 3. Sistem Jarlokaf Sistem JARLOKAF setidaknya memiliki 2 buah perangkat opto elektronik, yaitu satu perangkat opto elektronik di sisi sentral dan satu perangkat opto elektronik di sisi pelanggan. Lokasi perangkat opto elektronik di sisi pelanggan selanjutnya disebut Titik Konversi Optik (TKO). Secara praktis TKO berarti batas terakhir kabel optik ke arah pelanggan yang berfungsi sebagai lokasi konversi sinyal optik ke sinyal elektronik. Terminal pelanggan biasanya dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga. Daerah di mana para pelanggan terhubung ke suatu TKO disebut Daerah Akses Fiber. Pada jaringan lokal tembaga dikenal tiga buah daerah cakupan yaitu daerah cakupan sentral, daerah cakupan Rumah Kabel (RK) dan daerah cakupan Kotak Pembagi (KP), sedangkan Daerah Akses Fiber sebanding dengan daerah cakupan RK atau daerah cakupan KP pada lokasi yang sudah ada jaringan kabel tembaganya. 4. Aplikasi Jarlokaf 4.1. Fiber To The Building (FTTB) TKO terletak di dalam gedung dan biasanya terletak pada ruang telekomunikasi basement. Terminal pelanggan dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga indoor. FTTB dapat dianalogikan dengan Daerah Catu Langsung (DCL) pada jaringan akses tembaga

52



Modus Aplikasi FTTB (1) LE

2f

CT

RT

Basement

Konfigurasi (1) DLC 2f/4f

2f/4f ADM

LE ADM

ADM

PM

2f/4f

2f/4f ADM

Konfigurasi (2) SDH ring

Modus Aplikasi FTTB (2) LE 2f

OLT

ONU

PS

Konfigurasi (3) PON 2f 2f 2f

ONU

2f

ONU

LE OLT

2f

ONU

ONU

4f PS

Konfigurasi (4) PON

Modus Aplikasi FTTB (3) 2f 2f LE

ONU

2f

ONU

2f

ONU

ONU

path protection OLT

4f

PS

Konfigurasi (5) PON ONU

2/4f

ADM

LE

2f

2f

2f

2f

ONU

2/4f ONU

ONU

ADM 2/4f

ADM

2/4f

ADM

OLT

PS

2f

PS

Konfigurasi (6) PON/SDH

Gambar 65 Modus Aplikasi FTTB Berbagai Konfigurasi

53



4.2. Fiber To The Zone (FTTZ) TKO terletak di suatu tempat di luar bangunan, baik di dalam kabinet maupun manhole. Terminal pelanggan dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga hingga beberapa kilometer. FTTZ dapat dianalogikan sebagai pengganti RK.

Modus Aplikasi FTTZ

LE

terminal pelanggan

2f

CT CT

RT RT DP

Konfigurasi DLC

I. Gambar 66 Modus Aplikasi FTTZ

4.3. Fiber To The Curb (FTTC) TKO terletak di suatu tempat di luar bangunan, baik di dalam kabinet, di atas tiang maupun manhole. Terminal pelanggan dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga hingga beberapa ratus meter. FTTC dapat dianalogikan sebagai pengganti KP. Modus Aplikasi FTTC curb LE

2f

2f

OLT OLT

ONU ONU

terminal pelanggan

PS

2f

curb

LE 2f

OLT 2f

ONU ONU

terminal pelanggan

PS

Gambar 67 Modus Aplikasi FTTC

4.4. Fiber To The Home (FTTH) TKO terletak di rumah pelanggan. Terminal pelanggan dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga indoor atau IKR hingga beberapa puluh meter. FTTH dapat dianalogikan sebagai pengganti Terminal Blok (TB).

54



Modus Aplikasi FTTH LE

OLT OLT

2f

2f

ONU

PS

2f

LE

2f

OLT OLT 2f

ONU

PS

Gambar 68 Modus Aplikasi FTTH

5. Konfigurasi Sistem Beberapa konfigurasi dapat digunakan untuk menghubungkan perangkat opto elektronik di sisi sentral dengan perangkat opto elektronik di sisi pelanggan (TKO). Sudut pandang dalam menentukan konfigurasi adalah berdasarkan topologi jaringan yang menghubungkan sentral lokal dengan lokasi pelanggan. Konfigurasi pelanggan yang dapat digunakan dalam sistem JARLOKAF meliputi konfigurasi di bawah ini. 5.1. Konfigurasi Single Star Konfigurasi JARLOKAF single star adalah JARLOKAF yang memiliki 1 buah titik star kabel yaitu pada perangkat opto elektronik di sisi sentral. Keuntungan konfigurasi ini adalah kapasitas bandwith yang tinggi, privacy, dan sederhana. Sedangkan kekurangannya adalah kurang sesuai untuk prlanggan yang distribusinya menyebar. Jenis teknologi JARLOKAF yang dapat menggunakan konfigurasi ini adalah DLC (Digital Loop Carrier). LE

FDF CT1 RT CTn

Gambar 69 Konfigurasi Single Star

5.2. Multiple Star Multiple Star adalah konfigurasi JARLOKAF yang memiliki lebih dari satu buah titik star kabel serat optik. Misalnya pada konfigurasi Double Star dengan teknologi PON, titik star pertama terletak di perangkat opto elektronik di sisi sentral dan titik star kedua di Passive Splitter. Keuntungan konfigurasi ini adalah bahwa kebutuhan kabel optik dari sentral lebih sedikit, dan investasi

55



awal lebih murah. Kekurangan konfigurasi ini adalah perangkat tambahan pada titik star kedua baik komponen pasif maupun perangkat opto elektronik, sehingga membatasi privacy dan membutuhkan perawatan tambahan. Jenis teknologi yang menggunakan konfigurasi ini antara lain adalah OAN (Optical Access Network) berdasarkan teknologi PON (Passive Optical Network) ataupun AON (Active Optical Network). FDF

LE CT1

RT1

ONU

RT2

ONU CT2 PS OLT

Gambar 70 Konfigurasi Multiple Star

5.3. Triple Star Triple star adalah konfigurasi JARLOKAF yang memiliki 3 titik star. Contoh aplikasi pada teknologi DLC dengan FTTZ, titik star pertama terdapat pada perangkat opto elektronik di sentral, titik star kedua terdapat pada perangkat opto elektronik di RK, titik star ketiga terdapat pada perangkat opto elektronik di DP. Keunggulan konfigurasi ini adalah harga investasi yang lebih murah karena dapat menggunakan jaringan kabel tembaga dan serat optik. Kelemahannya adalah berkurangnya bandwith, privacy, dan bertambahnya O&M perangkat opto elektronik. 5.4. Kombinasi dengan Ring Konfigurasi digunakan untuk meningkatkan keandalan jaringan. Konfigurasi yang digunakan pada JARLOKAF dengan DLC adalah konfigurasi ring SDH. Konfigurasi ring SDH dengan prangkat ADM digunakan sebagai proteksi beberapa point sekaligus. Keunggulan konfigurasi ring SDH di samping meningkatkan kehandalan sistem juga dapat menghemat jumlah serat optik yang aktif.

56



ADM : Add Drop Multiplexer

Rt1

Rt2

FDF

LOCAL EXCHANGE CT

ONU

ONU

CT

PS

OLT

Gambar 71 Konfigurasi Ring

6. Teknologi Jarlokaf Teknologi yang dapat diterapkan dalam jaringan lokal akses fiber sampai saat ini antara lain Digital Loop Carrier (DLC), Passive Optical Network (PON), Synchronous Digital Hierarchy (SDH) dan Hybrid Fiber Coax (HFC). Namun yang akan dijelaskan hanya tiga yaitu DLC, PON dan SDH.

57



Tabel 12 Teknologi Jaringan Akses

No

Teknologi

Konfigurasi Dasar

Tipe Jenis Jasa

1 Digital Loop Point to Point Carrier (DLC) • DLC IS-A konvension al • Next IS-A dan Generation IS-B DLC 2 Passive Optical Point to Multipoint IS-A dan Network (PON) IS-B

Keterangan

Banyak digunakan di dunia Relatif baru

Mulai dioperasikan secara komersial th 74 Pencabangan DS Konfigurasi sinyal optik pasif sama, perangkat berbeda 3 Active Optical Point to multipoint IS-A dan Belum banyak Network (AON) melalui perangkat IS-B digunakan pencabangan aktif DLC LE

V5.x C

RT

T PON

PS

V5.x O L T

V5.x O L T

ONU ONU

AON

ASP

ONU ONU

Gambar 72 Berbagai Tipe Jaringan Lokal Akses Fiber

6.1. Digital Loop Carrier (DLC) Teknologi DLC merupakan hasil teknologi PCM-30 pada sistem jaringan pelanggan. Teknologi ini memiliki dua perangkat utama yaitu di sisi sentral (CT) dan di sisi pelanggan (RT). DLC merupakan perangkat yang memultiplexing 58



sinyal keluaran dari sentral dengan kecepatan 64 kbps menjadi sinyal dengan kecepatan 2 Mbps di sisi pelanggan. Jika dibentuk jaringan lokal tersendiri maka diperlukan dua DLC yang identik yaitu di bagian sisi sentral dan sisi pelanggan. Konfigurasi DLC terdiri dari: a. Pada sisi sentral (Exchange DLC Unit) terdiri dari: - Perangkat DLC mengandung konverter analog ke digital dan orde pertama multiplexer (PM). - Multiplexer orde tinggi (HOM) menyediakan antarmuka di sisi sentral yang berfungsi untuk multiplexing sinyal keluaran dari perangkat DLC (2 Mbps) dan mengubah sinyal elektrik menjadi sinyal optik. b. Pada sisi pelanggan (Remote DLC Unit) terdiri dari: - Perangkat DLC mengandung konverter analog ke digital dan orde pertama multiplexer (PM). - Multiplexer orde tinggi (HOM) menyediakan antarmuka di sisi pelanggan yang berfungsi mengubah sinyal optik menjadi sinyal elektrik oleh OLTE dan melakukan demultiplexing ke sinyal 2 Mbps. Antara RT-DLC ke pelanggan dihubungkan melalui kabel tembaga. Jarak antara CT-DLC ke RT-DLC adalah sampai 30 km untuk daya sedang. Untuk daya rendah 10 km dan untuk daya tinggi 60 km. CAS, V5.x

LE

CT

RT

Keterangan : LE = Local Exchange CT = Central Terminal RT = Remote Terminal

Gambar 73 Konfigurasi Umum DLC

Sistem DLC bisa digunakan untuk konfigurasi star karena memiliki hubungan kabel fiber optik dari sisi sentral ke sisi pelanggan sebagai hubungan ke setiap titik. Namun DLC dapat digunakan juga dengan konfigurasi ring, dengan menggunakan transmisi SDH.

59



ACCES LINK Network

Subscriber Optical Network

Ru

Exchange DLC Unit Channel Bank

A / D

VF

P M

Rw

HOM O L T E

M U X

2M

MDF SDF

Remote DLC Unit

Rw

2 Mbps DDF

HOM O L T E

optic

FDF

M U X

Ru

Channel Bank

P M

D / A

VF

2M

FDF

2 Mbps DDF

SDH Network

Ru : Antarmuka sisi jaringan & antarmuka sisi pelanggan Rw : Antarmuka antara HOM & jaringan optik MDF : Main Distribution Frame

SDF : Subcrober Distribution Frame FDF : Fiber Distribution Frame DDF : Digital Distribution Frame

Gambar 74 Konfigurasi DLC

Fungsi bagian Penyusun DLC (mengacu PPJT-KAF ver1.0) adalah sbb: • Jarlokaf dengan topologi point-to-point (Single star) • Terdiri dari dua perangkat utama: ✷ CT (Central Terminal) di sisi sentral, dan ✷ RT (Remote terminal) di sisi pelanggan • Fungsi CT adalah : ✷ Interfacing dengan sentral lokal ✷ Multiplexer/Demultiplexer ✷ Crossconnect dan Controller ✷ Interfacing dengan ODN (E/O Converter/OLTE) • Fungsi RT adalah : ✷ Interfacing dengan ODN (E/O Converter/OLTE) ✷ Multiplexer/Demultiplexer ✷ Interfacing dengan pelanggan • DLC pada umumnya digunakan untuk pelanggan yang terkonsentrasi atau untuk gedung bertingkat (high rise building) 6.2. Synchronous Digital Hierarchy (SDH) SDH merupakan hierarki pemultiplekan yang berbasis transmisi sinkron disalurkan melalui jaringan transmisi fisik. SDH pada kenyataannya merupakan kumpulan dari STM-n. STM-n (Synchronous Transport Module) terbentuk dari multiplexing sinkron DS-1, DS-2, DS-3, DS-4E, DS-3E, DS-2E dan DS-1E. Indikasi ini menunjukan kelipatan frame dasar dari STM-1. STM berisi informasi payload dan informasi Section Overhead (SOH) dalam struktur frame blok yang berulang setiap 125 µs. Laju bit dalam SDH telah direkomendasikan dalam CCITT G.707, yang paling utama antara lain : •

STM-1 dengan laju bit 155.520 Mbps

60



• STM-4 dengan laju bit 622.080 Mbps • STM-16 dengan laju bit 2488.320 Mbps Struktur multiplexing SDH dapat dilihat dalam gambar (75). Penggunaan teknologi SDH dirancang untuk mampu mengatasi perubahan layanan berbasis pita sempit menjadi layanan pita lebar. Selain itu penggunaannya dapat meningkatkan kehandalan jaringan dan mengurangi kebutuhan kabel serat optik karena biasanya digunakan pada area bisnis serta membutuhkan layanan dengan laju bit yang tinggi. Pada saat ini penggunaan SDH di jaringan lokal hanya direkomendasikan hingga level STM-16. 1.544 Mbps 6.312 Mbps

DS-1

C-11

DS-2

C-2

VC-11 VC-2

TU-11

(4) (1)

TU-2

TUG-2

(7) (7)

44.763 DS-3 Mbps

VC-32

C-3 VC-3

139.264 DS-4E Mbps

(1)

TU-3

TUG-3

AU-3 (3)

(3) VC-4

C-4

AU-4

AU-4 (1)

(n)

STM-n

155.5 X n Mbps

34.368 DS-3E Mbps (3)

8.448 DS-2E Mbps 2.048 DS-1 Mbps

C-12

VC-12

TU-12

Gambar 75 Struktur akhir multiplexing SDH

Frame STM-n merupakan hasil akhir dari prosedur multiplexing sinkronisasi dalam SDH. Struktur frame STM-n meliputi 9 x 270 kolom seperti pada gambar (76) di bawah ini. 270 x n byte 9 x n byte

3

261 x n byte

Regenerator Overhead (SOH)

1

AU Pointer

5

Multiplex Overhead (SOH)

STM - Payload

125 µ s Gambar 76 Struktur Frame STM-n

Terlihat bahwa ukurannya 9 x 270n byte diulang dengan tiap 125 µ s dalam laju bit menjadi 9 x 270n x 8 x 8000 = 155,52 Mbps dengan n = 1, 4, 16. Frame dasar SDH adalah STM-1, kapasitas yang lebih tinggi merupakan perkalian n kali dari STM-1. Dalam suatu STM-1 terdiri dari 63 saluran 2 Mbps. Sedangkan 61



dalam satu saluran 2 Mbps terdiri dari 30 saluran informasi (64 kbps) dan 2 saluran sinyal. Peralatan transmisi SDH saat ini telah menggantikan peralatan PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) pada jaringan transmisi, hal ini disebabkan oleh banyaknya keuntungan dari jaringan SDH. Sistem transmisi PDH merupakan sistem yang mentransmisikan sinyal mulai dari tingkat 1 dengan kecepatan bit 2 Mbps (teoritis 2,048 Mbps) sampai tingkat 4 (teoritis 139,264 Mbps) dan sebaliknya melalui proses multiplexing dan demultiplexing yang lengkap (bertingkat). PDH mempunyai tiga standar dunia untuk struktur multiplexing dan transmisi kecepatan bit yang berbeda satu sama lainnya, yaitu standar Eropa, Amerika Utara, dan Jepang. Karena adanya ketidakseragaman dan keterbatasan transmisinya, maka muncul dan berkembanglah sistem transmisi SDH yang mampu mentransmisikan sinyal dari 155 Mbps (teoritis 155,52 Mbps) sampai 2,5 Gbps (teoritis 2488,22 Mbps) tanpa harus melakukan proses multiplexing dan demultiplexing yang lengkap. Mempunyai sistem manajemen terpusat (misalnya untuk satu tingkat STM-n pada konfigurasi ring hanya memerlukan satu sistem manajemen). Penggunaan teknologi SDH di jaringan lokal dengan topologi ring dimaksudkan untuk meningkatkan kehandalan jaringan dan mengurangi kebutuhan kabel fiber optik. Mempunyai sistem proteksi yang lebih handal karena memiliki Self Healing Ring (SHR), bila terjadi gangguan maka dengan byte-byte kontrol yang dimilikinya dapat mengatasi secara otomatis dan cepat. SDH biasanya diterapkan bagi kelompok-kelompok pelanggan dengan permintaan yang tinggi serta membutuhkan jenis pelayanan dengan laju bit cepat. Sistem SDH juga dipersiapkan untuk menghadapi perubahan dari jaringan pita sempit menuju sistem jaringan pita lebar sehingga dapat mendukung teknologi Asynchronous Transfer Mode (ATM). 6.3. Passive Optical Network (PON) PON adalah bentuk khusus dari FTTC atau FTTH yang mengandung perangkat optik pasif dalam jaringan distribusi optik. Perangkat optik pasif yang dipakai adalah konektor, passive splitter dan kabel optik itu sendiri. Dengan passive splitter kabel optik dapat dipecah menjadi beberapa kabel optik lagi, dengan kualitas informasi yang sama tanpa adanya fungsi addressing dan filtering. Dalam PON terdapat tiga komponen utama yaitu Optical Line Terminal (OLT), Optical Distribution Network (ODN) dan Optical Network Unit (ONU). Berikut akan diberikan gambar tentang topologi PON. Optical Line Terminal (OLT)

Optical NetworkUnit (ONU) Passive Splitter

Gambar 77 Topologi Passive Optical Network (PON)

62



OLT berfungsi untuk melakukan konversi dari sinyal elektris menjadi sinyal optik dan sebaliknya. Dalam sebuah OLT bisa terdiri atas beberapa ODN. Sedangkan ONU berfungsi untuk mengubah sinyal optik menjadi sinyal elektris dan sebaliknya dari sinyal elektris menjadi sinyal optik. Di dalam perencanaan jaringan dengan PON yang utama adalah skenario penggelaran ONU. CAS, V5.x

ONU

PS / AS

subscriber

OLT ONU

LE FIBER subscriber

Keterangan : LE OLT ONU PON AON PS AS

= Local Exchange = Optical Line Terminal = Optical Network Unit = Passive Optical Network = Active Optical Network = Passive Splitter = Active Splitter

Gambar 78 Konfigurasi Umum PON/AON

Perencanaan PON terkait beberapa parameter antara lain catu daya perangkat, teknik transmisi dan passive splitter yang digunakan. Perbandingan Konfigurasi Umum PON/AON dan DLC

Konfigurasi Umum DLC atau PON/AON tanpa Interface V5.x LE

MDF VF

1 . . 30

DDF

a/b 1 . . 30

CB

1 . . 30

CB

RT

CT/OLT

E1 ODF OLTE

1 . . 30

Konfigurasi DLC

IDF VF

1 . . 30

1 . . 30

Konfigurasi PON

BRA

PRA

DDF 1

. . 14

CB

OLTE

ONU DDF

ODF

PS

ONU

63



Konfigurasi Umum DLC atau PON/AON dengan Interface V5.x LE

Konfigurasi DLC RT

CT/OLT

V5.1

E1

1

V5.1

E1

2

ODF OLTE

(NxE1)

Card Plg

DDF

Pack Ass/Deass

DDF

IDF

N x 30 Plg POTS Battery

Konfigurasi PON ONU

OLTE

(NxE1) ODF

N x 30 Plg POTS

PS

ONU V5.1

N

E1

Konfigurasi Umum DLC atau PON/AON tanpa Interface V5.2 LE

Konfigurasi DLC

3

None

3

E1 E1

8

None

8

Controller

V5.2

OLTE

2

Packed Ass/Deass

Secondary

RT ODF OLTE

2

E1

IDF

960 Plg POTS (k =4) Battery

Konfigurasi PON ONU OLTE

1

Multiplexer/Demultiplexer

Primary

1

Concentrator / Cross-connect

CT/OLT

Card Plg

DDF

DDF

ODF

PS

1440 Plg POTS (k = 6) ONU

E1

Gambar 79 Berbagai Konfigurasi Umum DLC

64


LE

MDF ab wire


CT/OLT ab wire ab wire

1 .. 30 1 .. 30

1 E1 2

Transmisi

Channel Bank

RT/ONU 1 E1 2

1 .. 30 1 .. 30

ab wire

1 .. 30

ab wire

1 .. 30

ab wire

ab wire

Transport

V5.1

1xE1

Interface ID 1

1

1xE1

Interface ID 2

2

1xE1

Interface ID 3

3

3 E1

1xE1

Interface ID n

n

n

1 2

Transport

Interface ID xxx

1

V5.2

2 4xE1

N = max 16

2

1 ab wire 2

3

3 N

1 E1

Transport

N

512 / 720 k=4 / k=6

Gambar 80 Perbandingan Berbagai Jenis Transmisi pada DLC

Fungsi Bagian Penyusun PON (mengacu PPJT-KAF ver1.0) adalah sbb: ❏ OLT (Optical Line Terminal) berfungsi untuk : - Interfacing dengan sentral lokal - Multiplexing/Demultiplexing - Cross-connect & Controller - Interfacing dengan ODN (E/O Converter/OLTE) ❏ ODN ( Optical Distribution Network) berfungsi untuk : - Transport dan distribusi data dari OLT ke ONU ❏ PS (Passive Splitter) berfungsi untuk : Mendistribusikan Daya Optik ke semua cabang - Ratio: 1 : 2 2 : 2 1:4 2:4 1:8 2:8 1 : 16 2 : 16 1 : 32 2 : 32 ❏ ONU (Optical Network Unit) berfungsi untuk : - Interfacing dengan ODN (E/O Converter/OLTE) - Multiplexing/Demultiplexing - Interfacing dengan terminal pelanggan 6.4. Persyaratan Teknis Jarlokaf Semua teknologi JARLOKAF menggunakan suatu teknik transmisi. Ada dua cara teknik transmisi yaitu dengan dua serat di mana satu serat untuk sinyal

65



kirim dan satu serat untuk sinyal terima serta cara kedua menggunakan satu serat untuk sinyal kirim dan satu serat untuk sinyal terima. Teknik transmisi dengan dua serat optik, teknik multiplexing dan akses yang digunakan adalah Time Division Multiplexed (TDM) untuk arah downstream dan Time Division Multiple Access (TDMA) untuk arah upstream. Sedangkan teknik transmisi dengan satu serat optik menggunakan Wavelength Division Multiplexing (WDM). Teknik transmisi yang digunakan oleh PT. Telkom pada sistem JARLOKAF adalah menggunakan dua fiber optik dengan panjang gelombang 1310 nm. Sedangkan fiber optik yang digunakan adalah jenis singlemode. Terdapat beberapa komponen yang dapat memberikan pengaruh terhadap redaman fiber optik secara keseluruhan. Komponen tersebut meliputi fiber optik, konektor, splice dan splitter. Persyaratan redaman masing-masing komponen tersebut adalah sebagai berikut: - fiber optik : 0,4 ± 0,05 dB/km - splice : 0,2 ± 0,15 dB/splice - konektor : 0,5 ± 0,2 dB/konektor - splitter : Tabel 13 Splitter

InteractiveService Rasio Redaman 1:2 2,7 - 4,1 dB 1:4 5,9 – 7,8 dB 1:8 8,1 – 11,4 dB 1:16 1:32

10,5 – 14,9 dB 13,1 – 18,6 dB

Distributive Service Rasio Redaman 1:2 2,8 - 4,0 dB 1:4 5,8 – 7,5 dB 1:8 8,8 – 11,0 dB 1:16 1:32

11,7 – 14,4 dB 14,6 – 18,0 dB

Persyaratan sinyal yang digunakan untuk melayani jasa pada Jarlokaf menggunakan CCS7. Jumlah kabel optik sesuai dengan spesifikasi PT.TELKOM terdiri dari kabel dengan jumlah core sebanyak 6, 12, 16, 18, 24, 36, 48, 60, 72, 84, 96. Pada JARLOKAF dengan sistem DLC antara CT – RT jumlah urat fiber optik yang disediakan sebanyak 4 core dengan perincian 2 core untuk pengirim dan penerima dan 2 core untuk cadangan. Jenis Jasa

Jenis Jasa

Narrowband

Broadband

Klasifikasi berdasarkan Lebar bandwidth

Retrieve

Interaktif (IS)

Interaktif Simetris

Distributif (DS)

Interaktif Asimetris

Klasifikasi berdasarkan Sifat interaksi komunikasi

Gambar 81 Layanan

66

PT. TELEKOMUNIKASI INDONESIA, Tbk. PL Dasar Sistem Komunikasi Optik

Recommend Documents