TUGAS AKHIR
ANALISIS KINERJA PENGUAT OPTIK RAMAN PADA
SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK DI PT. TELKOM, Tbk
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh :
NIM : 090422042
BLUCER LUNDU SIHOMBING
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
LEMBAR PENGESAHAN
TUGAS AKHIR
ANALISIS KINERJA PENGUAT OPTIK RAMAN PADA
SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK DI PT. TELKOM, Tbk
Disusun Oleh : Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
ANALISIS KINERJA PENGUAT OPTIK RAMAN PADA
SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK DI PT. TELKOM, Tbk
Oleh :
090422042
BLUCER LUNDU SIHOMBING
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PPSE FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Sidang pada Tanggal 17 Bulan Desember Tahun 2011 di depan penguji :
1. Ketua Penguji : Maksum Pinem, ST.MT 2. Anggota Penguji : Ali Hanafiah Rambe, ST.MT 3. Anggota Penguji : Ir. M. Zulfin, MT
ABSTRAK
Kinerja sistem komunikasi serat optik sangat dipengaruhi oleh faktor rugi -
rugi redaman (attenuation). Redaman pada sistem komunikasi serat optik
merupakan masalah yang harus diatasi karena dapat menurunkan level daya kirim
sinyal. Hal ini akan menyebabkan jarak jangkau pentransmisian yang dikirim
akan menurun. Pemasangan repeater atau amplifier pada saluran transmisi
merupakan solusi untuk perbaikan level daya kirim sinyal sehingga jarak transmisi
sinyal dapat diperpanjang. Salah satu contoh penguat optik yang digunakan adalah
tipe penguat Raman. Adapun parameter yang dibahas dari kinerja penguat optik
Raman adalah redaman, level margin, optical power budget dari perangkat
tersebut. Sedangkan untuk perhitungannya menggunakan metode link power
budget.
Dari hasil pembahasan Tugas Akhir ini, diperoleh bahwa nilai redaman dan
equipment power budget pada penguat optik Raman untuk link Bireun - Sigli yaitu
sebesar 28 dB dan untuk link Sigli - Banda Aceh sebesar 32.78 dB. Sedangkan
untuk nilai level margin link Bireun - Sigli yaitu sebesar 3.6 dB dan untuk link
Sigli - Banda Aceh sebesar -0.3 dB. Untuk nilai optical power budget link Bireun -
Sigli sebesar 24.4 dB dan untuk link Sigli - B. Aceh sebesar 32.4 dB. Untuk
masing - masing sublink membutuhkan 2 konektor dan jumlah sambungan tiap link
yaitu sebanyak 40 sambungan dan 39 sambungan. Untuk perhitungan jarak
transmisi maksimum dengan penggunaan repeater hanya diperlukan 1 penguat
saja yang berada di Sigli adalah 131.8 km dengan jarak tempuh sejauh 117.1 km
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas
segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis mampu untuk menyelesaikan
Tugas Akhir ini dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk
memperoleh gelar kesarjanaan pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
Adapun Tugas Akhir ini berjudul “Analisis Kinerja Penguat Optik
Raman Pada Sistem Komunikasi Serat Optik Di PT. Telkom, Tbk”. Penulis persembahkan kepada yang teristimewa Ayahanda M. Sihombing dan Ibunda J.
Hutapea yang telah membesarkan, mendidik serta banyak memberi dukungan,
semangat, dan doa kepada penulis. Kepada adik-adik yang penulis sayangi yaitu
Lenni Sihombing, Fitri Yanti Sihombing, dan Daniel Sihombing yang selalu
memberikan doa dan motivasi kepada penulis serta teman - teman semuanya yang
senantiasa mendoakan, mendukung, dan memberi semangat kepada penulis.
Selama penulisan Tugas Akhir ini hingga menyelesaikannya, penulis
banyak mendapat bantuan dan dukungan serta masukan dari banyak pihak. Pada
kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Rahmad Fauzi, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro
3. Bapak Maksum Pinem, ST. MT selaku dosen pembimbing Tugas Akhir yang
selalu dengan ikhlas dan penuh kesabaran memberikan bimbingan,
pengarahan, masukan serta semangat dalam penulisan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ir. Edy Warman selaku Dosen Wali selama penulis mengikuti
perkuliahan.
5. Bapak Sofyan selaku Asisten Manajer SKSO Divisi Arnet Sumbagut Medan.
6. Bapak Sijabat, Bapak Supriady, Bapak Maysalni dan Bapak Firman Nasution
selaku Staf SKSO Divisi Arnet Sumbagut Medan yang berkenan
membimbing penulis.
7. Seluruh staf karyawan PT. Telekomunikasi Indonesia Tbk, Kantor Divisi
Infratel Network Regional Sumatera Bagian Utara.
8. Seluruh staf karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara, terutama Bapak Martin, Bapak Ponijan, Ibu
Ummi, Ibu Ani, Ibu Ester, Bapak Divo dan Bapak Amri yang telah
memberikan banyak bantuan kepada penulis selama penulis kuliah juga
selama proses pendaftaran seminar dan sidang Tugas Akhir.
9. Sahabat terbaik penulis saudara Lijanri Baginda Sitanggang,Willy Sitanggang,
Feriz, Ornal Putra Purba, Roland Sihombing, Monica Saragih, Natalya
Simanjuntak, Neronzie Julardi terima kasih untuk dukungan dan semangatnya
selalu.
10.Teman seperjuangan angkatan 2009 dan 2010 Teknik Elektro, khususnya
konsentrasi Teknik Telekomunikasi yang memberikan masukkan dan
Berbagai usaha telah penulis lakukan demi selesainya Tugas Akhir ini
dengan baik, tetapi penulis masih menyadari akan kekurangan dan keterbatasan
penulis. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik dengan
tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang Tugas Akhir
ini.
Akhir kata penulis berharap agar Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi
pembaca dan penulis.
Medan, Oktober 2012 Penulis,
DAFTAR ISI
BAB II SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK 2.1 Umum...6
2.2 Struktur Dasar Kabel Serat Optik ...7
2.3 Jenis - Jenis Serat Optik...8
2.4 Konsep Dasar Sistem Transmisi Serat Optik...10
2.5 Keuntungan dan Kerugian Serat Optik...11
2.5.1 Parameter Serat Optik...12
2.6.1 Faktor Intrinsik...17 BAB III RAMAN AMPLIFIER PADA JARINGAN SISTEM
DWDM
3.1 Umum...253.2 Penguat Optik Raman...27
3.2.1 Dense Wavelength Division Multiplexing...35
3.2.2 Prinsip Kerja Dense Wavelength Division Multiplexing...36
3.2.3 Komponen DWDM...41
3.3 Channel Spacing ( Spasi Kanal)...43
3.4 Laser Safety...45
3.5 Mekanisme Pengaman Optikal...45
3.5.1 Prosedur Automatic Power Shutdown...46
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum ...48
4.1.1 Topologi Jaringan Serat Optik...50
4.2 Data Pengukuran Sistem...52
4.3 Link Power Budget.....52
4.3.2 Jumlah Sambungan (Splice) dan Konektor...55
4.3.3 Analisis Perhitungan Power Budget...56
4.4 Analisis Perhitungan Jarak Transmisi Maksimum Sistem...57
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan...59
5.2 Saran...60
DAFTAR PUSTAKA ...61
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Struktur Dasar Kabel serat Optik...7
Gambar 2.2 Perambatan Gelombang pada Single-mode Fibers...9
Gambar 2.3 Perambatan Gelombang pada Multi-mode Fibers...9
Gambar 2.4 Konfigurasi Sistem Transmisi Serat Optik....11
Gambar 2.5 Numerical Aperture...14
Gambar 2.6 Berbagai tipe connector.....21
Gambar 3.1 Arsitektur Sistem Kerja Penguat Optik Raman...29
Gambar 3.2 Pengiriman bit-bit pada fenomena SRS...30
Gambar 3.3 Level Pengiriman Kenaikan Sinyal Oleh Penguat Optik Raman...31
Gambar 3.4 Spektrum Kenaikan Sinyal Oleh Penguat Optik Raman...32
Gambar 3.5 Sistem Penguatan Sinyal Secara Optik Oleh Raman...34
Gambar 3.6 Konsep Sistem Kerja DWDM Dengan Penguat Optik Raman...39
Gambar 3.7 Jarak Spasi Kanal...44
Gambar 3.8 Typical C-band OSN 6800 DWDM Link Tanpa Fiber Break...46
Gambar 4.2 Peta Ring 1B Medan - Banda Aceh...49
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 Rentang Band serat optik...43
Tabel 4.1 Jarak Lokasi Jaringan Serat Optik Link Medan - Banda Aceh...51
Tabel 4.2 Data hasil pengukuran link Medan - Banda Aceh...52
Tabel 4.3 Spesifikasi kabel darat (Onshore) ...53
ABSTRAK
Kinerja sistem komunikasi serat optik sangat dipengaruhi oleh faktor rugi -
rugi redaman (attenuation). Redaman pada sistem komunikasi serat optik
merupakan masalah yang harus diatasi karena dapat menurunkan level daya kirim
sinyal. Hal ini akan menyebabkan jarak jangkau pentransmisian yang dikirim
akan menurun. Pemasangan repeater atau amplifier pada saluran transmisi
merupakan solusi untuk perbaikan level daya kirim sinyal sehingga jarak transmisi
sinyal dapat diperpanjang. Salah satu contoh penguat optik yang digunakan adalah
tipe penguat Raman. Adapun parameter yang dibahas dari kinerja penguat optik
Raman adalah redaman, level margin, optical power budget dari perangkat
tersebut. Sedangkan untuk perhitungannya menggunakan metode link power
budget.
Dari hasil pembahasan Tugas Akhir ini, diperoleh bahwa nilai redaman dan
equipment power budget pada penguat optik Raman untuk link Bireun - Sigli yaitu
sebesar 28 dB dan untuk link Sigli - Banda Aceh sebesar 32.78 dB. Sedangkan
untuk nilai level margin link Bireun - Sigli yaitu sebesar 3.6 dB dan untuk link
Sigli - Banda Aceh sebesar -0.3 dB. Untuk nilai optical power budget link Bireun -
Sigli sebesar 24.4 dB dan untuk link Sigli - B. Aceh sebesar 32.4 dB. Untuk
masing - masing sublink membutuhkan 2 konektor dan jumlah sambungan tiap link
yaitu sebanyak 40 sambungan dan 39 sambungan. Untuk perhitungan jarak
transmisi maksimum dengan penggunaan repeater hanya diperlukan 1 penguat
saja yang berada di Sigli adalah 131.8 km dengan jarak tempuh sejauh 117.1 km
BAB I
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Telekomunikasi adalah salah satu bidang yang memiliki peranan penting
pada abad ini. Dengan adanya telekomunikasi, orang bisa saling bertukar
informasi satu dengan yang lainnya. Seperti salah satu contoh yang nyata saat ini,
yaitu dengan satu buah saluran telepon kita dapat mengirim atau menerima data
suara (audio), data gambar (video) serta data komputer dalam waktu relatif
singkat serta bersamaan. Sesuai dengan tuntutan pelayanan komunikasi yang
cenderung meningkat dengan cepat, maka diperlukan juga media transmisi untuk
melakukan komunikasi yang memadai (cepat) dan pada saat ini hanya jenis media
transmisi kabel serat optik mampu melayani transfer data dengan kecepatan tinggi
dalam waktu yang relative singkat serta bentuk fisik yang relatif kecil dan ringan.
Pada sistem komunikasi, media yang digunakan dikelompokkan kepada
2 jenis yaitu: ”guided” media berupa kabel sebagai penghantar dan ”unguided”
media yang disebut juga dengan media tanpa kabel (wireless). Media kabel pada
umumnya menggunakan bahan tembaga. Contohnya seperti kabel twin lead untuk
transmisi seimbang (balance),”twisted pair” untuk jaringan komputer, coaxial
untuk transmisi ke antena pemancar radio, dan lain sebagainya. Saat ini telah
ditemukan jenis kabel yang terbuat dari bahan kaca dimana sangat baik digunakan
untuk transmisi jarak jauh. Jenis kabel ini dinamakan dengan kabel serat optik.
Seiring dengan peningkatan dan pengembangan penggunaan kabel serat optik
sebagai media transmisi, maka sering juga terjadi faktor hilangnya informasi yang
dari rugi-rugi tersebut adalah rugi daya yang diakibatkan oleh redaman sepanjang
kabel serat optik yang mengakibatkan perubahan daya dari pemancar hingga ke
penerima.
Pada suatu sistem komunikasi jarak jauh, repeater adalah suatu bagian
yang akan memperkuat dan memperbaiki sinyal yang sudah menurun karena jarak
yang jauh. Dalam sistem komunikasi serat optik, repeater dapat berupa repeater
elektronik atau dapat berupa repeater optik. Repeater elektronik ini mempunyai
beberapa kelemahan karena sinyal pertama - tama mengalami konversi dari optik
ke listrik, kemudian akan diperkuat secara elektronik dan sesudah itu akan
dikonversi kembali dari listrik ke optik, akibatnya terjadi penurunan kualitas pada
sinyal. Disamping itu akan sangat kompleks dan mahal untuk sistem yang
high speed dan multiwavelength. Untuk mengatasi pelemahan dan pelebaran
sinyal, dapat digunakan piranti pengulang elektronik (penguat) yang ditempatkan
pada jarak tertentu. Prinsip kerja piranti ini adalah mengubah cahaya yang datang
kedalam bentuk elektrik, kemudian sinyal tersebut akan diperkuat dayanya.
Selanjutnya diubah kembali menjadi sinyal optik untuk ditransmisikan kembali.
Dengan menggunakan penguat optik Raman, akan diperoleh pembangkitan sinyal
dengan faktor penguatan yang lebih besar dan dapat membawa data dengan
kecepatan bit yang lebih tinggi dibanding pengulang elektronik.
Pada Tugas Akhir ini, penulis mencoba menganalisis kinerja dari penguat
optik dengan tipe Raman pada sistem komunikasi serat optik DWDM yang
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah di atas, maka dapat dirumuskan
beberapa permasalahan yaitu:
1. Bagaimana prinsip kerja penguat optik dalam sistem komunikasi serat optik.
2. Bagaimana prinsip kerja penguat optik Raman.
3. Bagaimana prinsip kerja jaringan sistem DWDM.
4. Bagaimana karakteristik komponen pendukung penguat Raman.
5. Bagaimanakah performance sistem sebelum diberikan penguat Raman
berdasarkan redaman, level margin, Optical Power Budget dari perangkat.
1.3 Tujuan Penulisan
Adapun yang menjadi tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk
menganalisis kinerja dari penguat optik dengan tipe Raman dalam sistem
komunikasi serat optik DWDM yang digunakan oleh PT.Telkom, Tbk dengan
menggunakan metode link power budget.
1.4 Batasan Masalah
Untuk memudahkan pembahasan dalam tulisan ini, maka dibuat
pembatasan masalah sebagai berikut:
1. Membahas Sistem Komunikasi Serat Optik (SKSO) secara umum.
2. Hanya membahas prinsip kerja penguat optik dengan tipe Raman.
3. Hanya membahas parameter kinerja penguat optik tipe Raman
di PT Telkom Tbk, pada link Medan – Banda Aceh yang berupa redaman,
1.5 Metodologi Penulisan
Metode penulisan yang digunakan pada penulisan Tugas Akhir ini adalah:
1. Studi Literatur, yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan
topik Tugas Akhir ini dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh
penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet,
dan lain-lain.
2. Studi Perhitungan, yaitu dengan melakukan perhitungan terhadap kinerja
sistem yang dibahas dalam Tugas Akhir ini.
3. Studi Analisis, yaitu berupa studi analisis yang dilakukan pada data yang
diperoleh selama melakukan penelitian di PT. Telekomunikasi Indonesia
Tbk.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk memberikan gambaran mengenai Tugas Akhir ini secara singkat,
maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut:
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang
masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, dan
sistematika penulisan.
BAB II : SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK
Bab ini menjelaskan tentang konsep sistem transmisi serat optik serta
BAB III : PENGUAT OPTIK RAMAN PADA SISTEM DWDM
Bab ini menjelaskan tentang prinsip kerja dari penguat optik dengan
tipe Raman Amplifier, prinsip kerja sistem DWDM dan komponen
jaringan sistem DWDM.
BAB IV : ANALISIS KINERJA PENGUAT OPTIK RAMAN PADA SISTEM DWDM
Bab ini menganalisa redaman, level margin, optical power budget serta
jarak maksimum sistem pada penguat Raman dengan menggunakan
teknik perhitungan power budget.
BAB V : PENUTUP
Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran yang didapat dari
BAB II
SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK 2.1 Umum
Komunikasi dapat diartikan sebagai pengiriman informasi dari satu pihak
ke pihak yang lain. Pengiriman informasi ini dilakukan dengan memodulasikan
informasi pada gelombang elektromagnetik yang bertindak sebagai pembawa
(carrier) sinyal informasi tersebut. Selanjutnya setelah tiba di tujuan, maka untuk
memperoleh informasi yang asli dilakukan demodulasi. Pada masa era informasi
saat ini, komunikasi serat optik semakin banyak digunakan. Bukan hanya sebagai
pengganti dari jenis sistem transmisi sebelumnya, tetapi dikarenakan sistem
transmisi serat optik ini memberikan keuntungan yang jauh efektif dan efisien
dibandingkan dengan jenis yang lain. Jenis serat optik ini juga tidak bersifat
menghantarkan arus listrik, sehingga dapat digunakan didaerah - daerah terisolasi
listrik.
Karena memiliki kapasitas dengan informasi yang tinggi, maka jalur-jalur
saluran dapat diringkas menjadi kabel-kabel yang jauh lebih kecil, sehingga dapat
mengurangi arus traffic pada jalur-jalur kabel yang sudah sangat padat. Pada
sistem komunikasi serat optik ini sinyal awal yang berbentuk sinyal listrik pada
transmitter akan dirubah oleh transducer menjadi gelombang cahaya yang
kemudian di transmisikan melalui kabel serat optik menuju penerima (receiver)
yang terletak pada ujung kabel lainnya. Pada penerima sinyal optik ini
2.2 Struktur Dasar Kabel Serat Optik
Serat optik terbuat dari bahan dielektrik yang berbentuk seperti kaca
(glass). Didalam serat inilah energi listrik diubah menjadi cahaya yang akan
ditransmisikan sehingga dapat diterima di ujung unit penerima (receiver) melalui
transducer.Pada Gambar 2.1 dapat dilihat struktur dasar kabel serat optik [1].
Gambar 2.1 Struktur Dasar Kabel Serat Optik.
Struktur serat optik terdiri dari [1] :
1. Inti (core)
Bagian yang paling utama dinamakan bagian inti (core), dimana gelombang
cahaya yang dikirimkan akan merambat dan mempunyai indeks bias lebih
besar dari lapisan kedua. Terbuat dari kaca (glass) yang berdiameter antara
2µm-125µm, dalam hal ini tergantung dari jenis serat optiknya.
2. Cladding
Cladding berfungsi sebagai cermin yaitu memantulkan cahaya agar dapat
merambat ke ujung lainnya. Dengan adanya cladding ini cahaya dapat
merambat dalam core serat optik. Cladding terbuat dari bahan gelas dengan
indeks bias yang lebih kecil dari core. Cladding merupakan selubung dari
core dan cladding akan mempengaruhi perambatan cahaya pada core (yaitu
mempengaruhi besarnya sudut kritis).
3. Jaket (coating)
Coating berfungsi sebagai pelindung mekanis pada serat optik dan identitas
kode warna terbuat dari bahan plastik. Berfungsi untuk melindungi serat optik
dari kerusakan.
2.3 Jenis-jenis Serat Optik
Berdasarkan keperluan yang berbeda-beda, maka serat optik dibuat dalam
dua jenis utama yang berbeda, yaitu single-mode fibers dan multi-mode fibers.
1. Serat Optik Single-mode Fibers
Single-mode Fibers mempunyai inti sangat kecil (yang memiliki diameter
sekitar 9x10-6
Cahaya yang merambat secara paralel di tengah membuat terjadinya sedikit
dispersi pulsa. Single-mode fibers mentransmisikan cahaya laser inframerah
(panjang gelombang 1300 - 1550 nm). Jenis serat ini digunakan untuk
mentransmisikan satu sinyal dalam setiap serat. Serat ini sering dipakai dalam
pesawat telepon dan TV (televisi) kabel.
meter atau 9 mikro meter). Gambar 2.2 menunjukkan bagaimana
perambatan gelombang terjadi pada sistem single-mode fibers [1].
2. Serat Optik Multi-mode Fibers
Multi-mode Fibers mempunyai ukuran inti lebih besar (berdiameter sekitar
6,35x10-5
Serat ini digunakan untuk mentransmisikan banyak sinyal dalam setiap serat
dan sering digunakan pada jaringan komputer dan Local Area Networks (LAN).
meter atau 63,5 mikro meter) dan mentransmisikan cahaya
inframerah (panjang gelombang 850-1300 nm) dari lampu light-emitting diodes
(LED) dan pada Gambar 2.3 dapat dilihat bagaimana perambatan gelombang
terjadi pada sistem multi-mode fibers [1].
Gambar 2.3 Perambatan Gelombang pada serat optic Multi-mode Fibers
Berdasarkan susunan indeks biasnya, serat optik Multimode memiliki dua
profil yaitu:
1. Graded Index. Serat optik mempunyai indeks bias cahaya yang merupakan
fungsi dari jarak terhadap sumbu/poros serat optik, sehingga cahaya yang
menjalar melalui beberapa lintasan pada akhirnya akan sampai pada ujung
lainnya pada waktu yang bersamaan.
2. Step Index. Serat optik mempunyai indeks bias cahaya sama. Sinar yang
menjalar pada sumbu akan sampai pada ujung lainnya dahulu (dispersi).
Hal ini dapat terjadi karena lintasan yang melalui poros lebih pendek
dibandingkan sinar yang mengalami pemantulan pada dinding serat optik,
frekuensi. Oleh karena hal ini, maka yang sering dipergunakan sebagai
transmisi serat optik Multimode adalah Graded Index.
2.4 Konsep Dasar Sistem Transmisi Serat Optik
Prinsip dasar dari sistem komunikasi serat optik adalah pengiriman sinyal
informasi dalam bentuk sinyal cahaya. Pemancar kabel serat optik dan penerima
merupakan komponen dasar yang digunakan dalam sistem komunikasi serat optik.
Pemancar berfungsi untuk mengubah sinyal listrik menjadi sinyal optik, kabel
serat optik berfungsi sebagai media transmisi dan penerima berfungsi untuk
mengubah sinyal optik yang diterima menjadi sinyal listrik kembali [1].
Proses pengiriman informasi yang melalui serat optik menggunakan
prinsip pemantulan sinyal optik yang berupa cahaya dengan panjang gelombang
tertentu. Secara umum, konfigurasi sistem transmisi serat optik ditunjukkan
seperti Gambar 2.4[2].
Selama perambatannya dalam serat optik, gelombang cahaya akan
mengalami redaman di sepanjang serat dan pada titik persambungan serat optik.
Oleh karena itu, untuk transmisi jarak jauh diperlukan adanya penguat yang
berfungsi untuk memperkuat gelombang cahaya yang mengalami redaman[4].
2.5 Keuntungan dan Kerugian Serat Optik
Adapun keuntungan dari kabel serat optik, yaitu:
1. Mempunyai lebar pita frekuensi (bandwidth yang lebar).
2. Frekuensi pembawa optik bekerja pada daerah frekuensi yang tinggi yaitu
sekitar 1013Hz sampai dengan 1016 Hz, sehingga informasi yang dibawa
akan menjadi banyak.
3. Redaman sangat rendah dibandingkan dengan kabel yang terbuat
dari tembaga, terutama pada frekuensi yang mempunyai panjang gelombang
sekitar 1300 nm yaitu 0,2 dB/km.
4. Kebal terhadap gangguan gelombang elektromagnet. Fiber optik terbuat dari
kaca atau plastik yang merupakan isolator, berarti bebas dari interferensi
medan magnet, frekuensi radio dan gangguan listrik.
5. Dapat menyalurkan informasi digital dengan kecepatan tinggi.
Kemampuan fiber optik dalam menyalurkan sinyal frekuensi tinggi, sangat
cocok untuk pengiriman sinyal digital pada sistem multipleks digital dengan
kecepatan beberapa Mbit/s hingga Gbit/s.
6. Ukuran dan berat fiber optik kecil dan ringan.
7. Diameter inti fiber optik berukuran micro sehingga pemakaian ruangan lebih
ekonomis.
8. Tidak mengalirkan arus listrik terbuat dari kaca atau plastik sehingga tidak
9. Sistem dapat diandalkan (20 - 30 tahun) dan mudah pemeliharaannya.
Adapun kerugian yang terdapat pada kabel serat optik, yaitu:
1. Konstruksi fiber optik lemah sehingga dalam pemakaiannya diperlukan
lapisan penguat sebagai proteksi.
2. Karakteristik transmisi dapat berubah bila terjadi tekanan dari luar yang
berlebihan.
3. Tidak dapat dialiri arus listrik, sehingga tidak dapat memberikan catuan
pada pemasangan repeater.
2.5.1 Parameter Serat Optik
Parameter serat optik antara lain :
1. Kecepatan Propagasi
2. Numerical Aperture (NA)
3. Dispersi
4. Penghamburan Rayleigh
5. Pemantulan dan Pembiasan
6. Pemantulan Fresnel
Keterangan:
1. Kecepatan Propagasi
Propagasi dalam serat optik disebabkan oleh adanya suatu refleksi (pantulan),
dengan clading. Bila berkas cahaya datang dari suatu media yang lebih padat (n1)
ke media yang kurang padat (n2) dimana n1 > n2 maka pada bidang batas antara
kedua media terjadi pantulan. Bila sudut datang melebihi sudut kritis maka
diperoleh pantulan total dan bila sudut datang lebih kecil dari sudut kritis akan
terjadi pembiasan dan pemantulan sebagian.
Kecepatan perambatan cahaya pada medium memiliki kecepatan rambat yang
lebih kecil dari kecepatan rambat cahaya pada ruang hampa, kecepatan tersebut
dapat dirumuskan sebagai berikut:
V = C / n ... (2.1)
dimana:
V = kecepatan rambat cahaya pada media
C = kecepatan rambat cahaya pada ruang hampa
n = indeks bias media yang dilalui berkas cahaya
2. Numerical Aperture (NA)
Numerical aperture (NA) adalah ukuran kemampuan sebuah serat untuk
menangkap cahaya, juga dipakai untuk mendefenisikan acceptance cone dari
sebuah serat optik. Jika medium dimana tempat cahaya memasuki serat umumnya adalah udara maka = 1 sehingga NA = sin θa. NA digunakan untuk mengukur
source-tofiber power-coupling efficiencies, NA yang besar menyatakan
source-to-fiber power-coupling efficiencies yang tinggi. Nilai NA biasanya sekitar 0,20
sampai 0,29 untuk serat gelas, serat plastik memiliki NA yang lebih tinggi dapat
Gambar 2.5Numerical Aperture
Besarnya nilai Numerical Aperture (NA) dapat diperoleh dengan rumus :
NA = sin θc = n1 2 – n2
dimana:
………...(2.2)
NA = Numerical Aperture
θ = Sudut cahaya yang masuk dalam serat optik
n1 = Indeks bias core
n2 = Indeks bias cladding
3. Dispersi
Dispersi adalah pelebaran pulsa yang terjadi ketika sinyal merambat melalui
sepanjang serat optik yang disebabkan oleh keterbatasan material dan efek linear
seperti polarisasi, material dan lainnya. Faktor dispersi ini akan mempengaruhi
kualitas sinyal yang akan ditransmisikan dalam jaringan. Dispersi akan
menyebabkan pulsa-pulsa cahaya memuai dan menjadi lebih lebar, sehingga pada
akhirnya mengakibatkan pulsa-pulsa tersebut saling tumpang tindih dengan satu
sama lain[3]. Jenis dispersi pada serat optik yang disebabkan oleh mekanisme
yang berbeda, yaitu:
Cahaya dari sumber masuk ke dalam serat optik multimode dirambatkan
dalam beberapa mode. Setiap mode ada yang merambat sejajar sumbu inti dan
ada pula yang merambat zig-zag. Dengan demikian jarak yang ditempuh oleh
tiap mode akan berbeda-beda. Dispersi intermodal disebut juga pelebaran
pulsa.
b. Dispersi Kromatik
Dispersi material terjadi karena indeks bias bervariasi sebagai fungsi panjang
gelombang optik. Salah satu dispersi yang paling dominan dalam jaringan
optik adalah dispersi kromatik. Akibat pengaruh dispersi kromatik maka
digunakan DCF (Dispersion Compensating Fiber) sebagai pengkompensasi
akumulasi dispersi. DCF merupakan serat optik dengan panjang tertentu yang
dibuat dari material yang memiliki koefisien dispersi kromatik yang khusus
pada panjang gelombang operasinya. Koefisien dispersi kromatik ini bernilai
negatif dan bernilai lebih besar per unit panjangnya dibandingkan dengan
koefisien dispersi dari serat optik yang digunakan sistem. Dengan
karakteristik ini, maka panjang DCF yang cukup pendek dapat
mengkompensasi akumulasi dispersi kromatik pada serat optik yang
digunakan sistem.
c. Dispersi Bumbung Gelombang (Waveguide Dispersion)
Dispersi ini terjadi akibat dari karakteristik perambatan mode sebagai fungsi
perbandingan antara jari-jari inti serat dan panjang gelombang.
Penyebab utamanya adalah ketidaksimetrisan bentuk serat optik akibat adanya
tekanan saat pengkabelan, ataupun saat instalasi. Dispersi mode polarisasi
pun akan meningkat dengan bertambahnya usia kabel optik[3].
2.6 Redaman Serat Optik
Tahanan dari konduktor tembaga menyebabkan hilangnya sebagian dari
energi listrik yang mengalir dari suatu kabel. Core dari kabel serat optik menyerap
sebagian dari energi cahaya. Hal ini dinyatakan dalam redaman kabel. Satuan
yang digunakan untuk redaman serat optik adalah dB/km. redaman tergantung
dari beberapa keadaan. Tetapi yang utama adalah bahwa redaman tergantung pada
panjang gelombang dari cahaya yang digunakan [5].
Menurut rekomendasi ITU-T G.0653E, kabel serat optik harus
mempunyai koefisien redaman 0,5 dB/km untuk panjang gelombang 1310 nm dan
0,4 dB/km untuk panjang gelombang 1550 nm. Tapi besarnya koefisien ini bukan
merupakan nilai yang mutlak, karena harus mempertimbangkan proses pabrikasi,
desain & komposisi fiber, dan desain kabel.
Redaman (α) sinyal atau rugi-rugi serat didefenisikan sebagai
perbandingan antara daya output optik (Pout) terhadap daya input (Pin
………... (2.3) ) sepanjang
serat L. Redaman dalam serat optik untuk berbagai panjang gelombang tidak
selalu sama karena redaman ini merupakan fungsi panjang gelombang (α) [1].
L = Panjang serat optik (km)
Pin
P
= Daya yang masuk kedalam serat
out
Untuk itu terdapat range redaman yang masih diizinkan yaitu 0,3 sampai
0,4 dB/km untuk panjang gelombang 1310 nm dan 0,17 sampai 0,25 dB/km,
untuk panjang gelombang 1550. Selain itu, koefisien redaman mungkin juga
dipengaruhi spektrum panjang gelombang yang diperoleh dari hasil pengukuran
pada panjang gelombang yang berbeda [1]. Redaman itu dapat terjadi karena
adanya dua faktor yaitu faktor intrinsik dan faktor ekstrinsik. = Daya yang keluar dari serat
2.6.1 Faktor Intrinsik
Ada beberapa faktor intrinsik dari serat optik yang menyebabkan redaman,
yaitu [6]:
1. Absorption (penyerapan), peristiwa ini terjadi akibat ketidak murnian bahan
fiber optik yang digunakan. Bila cahaya menabrak sebuah partikel dari unsur
yang tidak murni maka sebagian dari cahaya tersebut akan terserap.
2. Scattering (penghamburan) terjadi akibat adanya berkas cahaya yang
merambat dalam materi dipancarkan/dihamburkan ke segala arah dikarenakan
struktur materi yang tidak murni. Biasanya scattering ini terjadi pada
lokasi-lokasi tertentu saja di dalam bahan, dan ukuran daerah yang terkena
pengaruh perubahan efek terpencarnya cahaya sangat kecil, yaitu kurang dari
satu panjang gelombang cahaya.
Pada umumnya timbul di dalam proses manufaktur. Penyebab yang biasa
dijumpai adalah perbedaan laju pemuaian (dan penyusutan) antara serat optik
dan lapisan-lapisan pelindung luarnya (jaket). Ketika kabel serat optik menjadi
terlalu dingin, lapisan jaket maupun bagian inti/mantel akan mengalami
penyusutan dan memendek sehingga dapat bergeser dari posisi relatifnya
semula dan menimbulkan lekukan-lekukan yang disebut microbend'[5].
2.6.2 Faktor Ekstrinsik
Ada beberapa faktor ekstrinsik dari serat optik yang menyebabkan
redaman, yaitu [6]:
1. Frasnel Reflection terjadi karena ada celah udara sehingga cahaya harus
melewati dua interface yang memantulkan sebagian karena perubahan index
bias dari inti ke udara dan inti lagi.
2. Mode Copling terjadi karena adanya sambungan antara sumber/detektor optik
dengan serat optik.
3. Macrobending, lekukan tajam pada sebuah kabel serat optik dapat
menyebabkan timbulnya rugi daya yang cukup serius, dan lebih jauh lagi
kemungkinan terjadinya kerusakan mekanis (pecahnya serat optik). Rugi daya
yang ditimbulkan dengan melengkungkan sepotong pendek serat optik boleh
jadi lebih besar dari rugi daya total yang timbul pada seluruh kabel serat optik
sepanjang 1 km yang dipasang secara normal.
Sumber optik merupakan komponen dalam sistem komunikasi serat optik yang mengubah sinyal listrik menjadi sinyal cahaya. Ada dua jenis sumber optik
yang sering digunakan, yakni LED (Light Emiting Diode) dan LASER (Light
Amplication by Stimulated Emission of Radition). LED memiliki keluaran daya
yang lebih sedikit, kecepatan switching yang lebih lambat, dan lebar spektrum
yang lebih besar. Namun demikian LED dipergunakan secara luas untuk aplikasi
jarak pendek dan menengah yang menggunakan serat kaca dan plastik karena
lebih sederhana, murah, handal, dan tidak terlalu bergantung pada temperatur.
Laser menghasilkan cahaya dengan panjang gelombang tetap yang dapat
berada di dalam wilayah tampak, yaitu sekitar 635 nm . Cahaya tersebut memiliki
bandwidth yang sangat sempit, umumnya hanya memiliki lebar beberapa
nanometer. Hal ini memastikan bahwa dispersi kromatik dapat dipertahankan
pada nilai yang kecil dan kondisi ini memungkinkan terjadinya kecepatan
transmisi data yang tinggi. Laser dapat menghasilkan cahaya dengan intensitas
tinggi sehingga sesuai untuk digunakan pada sistem telekomunikasi optik jarak
jauh[3]. Proses pembentukan laser, yaitu:
a. Absorpsi foton; proses perpindahan elektron dari energi valensi ke energi
konduksi.
b. Emisi Spontan; proses di mana elektron dalam keadaan tereksitasi di energi
konduksi kembali ke energi dasar dengan melepas foton.
Emisi terangsang (stimulated); proses saat keadaan inversi populasi elektron
tereksitasi yang mendapat rangsangan (pacu) akan serentak melepaskan foton
2.7.1 Konektor
Konektor optik merupakan salah satu perlengkapan kabel serat optik yang
berfungsi sebagai kabel serat optik sebagai penghubung serat. Konektor ini mirip
dengan konektor listrik dalam hal fungsi dan tampilan luar tetapi konektor pada
serat optik memiliki ketelitian yang lebih tinggi.
Penyambungan serat optik menggunakan konektor bersifat tidak
permanen, artinya dapat dibongkar pasang. Konektor biasanya digunakan untuk
kontak dengan terminal perangkat aktif. Gambar 2.6 menunjukkan berbagai tipe
konektor [1].
Untuk memastikan didapatkannya rugi yang rendah, konektor harus
menghilangkan efek-efek pergeseran sudut dan lateral dan juga menjaga bahwa
kedua ujung fiber akan saling menutup dengan sempurna. Bermacam-macam
rancangan telah digunakan untuk membuat konektor-konektor semacam ini, di
mana sebagian adalah lebih berhasil dari pada yang lain. Konektor optik
merupakan salah satu perlengkapan kabel serat optik yang berfungsi sebagai
penghubung serat seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.6 [3].
SC Connectors ESCON Connectors FC & D4 Connector
Gambar 2.6 Berbagai Tipe Connector
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.
Power budget merupakan suatu hal yang sangat menentukan apakah suatu
sistem komunikasi optik dapat berjalan dengan baik atau tidak. Karena
power budget menjamin agar penerima dapat menerima daya optik sinyal yang
diperlukan untuk mendapatkan bit error rate (BER) yang diinginkan. Perhitungan
dan analisis power budget merupakan salah satu metode untuk mengetahui
performansi suatu jaringan. Hal ini dikarenakan metode ini dapat digunakan untuk
melihat kelayakan suatu jaringan untuk mengirimkan sinyal dari pengirim sampai
ke penerima atau dari central office terminal ( COT ) sampai ke remote terminal
(RT). Tujuan dilakukannya perhitungan power budget adalah untuk menentukan
apakah komponen dan parameter desain yang dipilih dapat menghasilkan daya
sinyal di penerima sesuai dengan tuntutan persyaratan performansi yang
diinginkan [5].
Dalam perhitungan link power budget ada beberapa hal yang harus
dihitung, yaitu perhitungan rugi-rugi berdasarkan daya yang telah diketahui,
perhitungan redaman berdasarkan spesifikasi alat yang digunakan standar ITU.T
(International telekommunication Union – Telecommunication Standardization
Sector)[5].
Link budget = Slope x jarak kabel ...(2.4)
Lossline = (Redaman Kabel/km x jarak) + (Redaman per splice x Jumlah Splice)
.+(Redaman Pathcore x Jumlah Connector) ...(2.5)
Total Loss Perhitungan = ( Jarak x Redaman/km) + (Jumlah Sambungan x 0,15)
+(Jumlah Conector x Loss Conector) ...(2.6)
Level Margin = Redaman Nominal – Redaman Total...(2.8)
Tahap selanjutnya adalah menentukan power budget dari sistem, yaitu
dengan melakukan perhitungan daya yang mengacu kepada spesifikasi dari
peralatan yang digunakan. Hasil redaman total (Total link loss) yang terdapat pada
jalur fiber akan dikurangi dengan level margin. Sehingga akan diperoleh hasil
optical power budget yang digunakan untuk berkomunikasi. Rumus menghitung
nilai optical power budget ditunjukkan pada persamaan 2.9 [5].
Optical Power Budget = Total link loss pengukuran – Level Margin ...(2.9)
2.8.1 Jarak Transmisi Maksimum dengan Penguat Raman
Perhitungan jarak transmisi maksimum dengan penguat Raman dapat
= Sensitivitas penerima(dBm)
s
α
= Redaman penyambungan (dB)
c
L
= Redaman konektor (dB)
sistem
L
= Jarak transmisi tanpa repeater (Km)
kabel = Panjang potongan kabel optik per roll (Km)
PTx – PRx – 2 αc + αs - MS
αs
αf
M
= Redaman fiber (dB/Km)
s = Margin sistem (dB)
2.8.2 Jumlah Sambungan
Jumlah splice (sambungan kabel) yang diperlukan sepanjang link transmisi
dapat diperoleh berdasarkan persamaan :
N = ( Lsist / Lf
dimana :
) – 1 ………..(2.11)
Lsist
L
= Panjang link transmisi
BAB III
RAMAN AMPLIFIER PADA JARINGAN SISTEM DWDM
3.1 Umum
Pada dunia komunikasi optik, jarak bentang transmisi akan terbatasi oleh
adanya rugi-rugi transmisi, yang disebabkan oleh kehilangan daya karena faktor
dispersi dan losses. Meskipun power losses pada serat optik cukup rendah, namun
untuk transmisi jarak jauh, daya yang hilang akan terakumulasi dan menyebabkan
sinyal semakin melemah hingga sisi receiver. Untuk itu peranan penguat optik
sangatlah penting untuk menguatkan kembali intensitas sinyal pada saat akan
ditransmisikan kembali.
Perkembangan teknologi optik DWDM (Dense Wavelength Division
Multiplexing) yang didorong oleh kebutuhan akan kapasitas transmisi yang sangat
besar telah mengakibatkan perubahan yang sangat cepat dalam hal penyediaan
kapasitas bandwidth yang besar dalam jaringan. Sistem transport kanal dalam
domain panjang gelombang ini memberikan fleksibilitas yang tinggi bagi
penyelenggara jaringan dalam memenuhi kebutuhan yang ada baik masa kini
Pada tranmisi fiber optik, amplifier lebih dikenal dengan nama optical
amplifier. Optical amplifier dapat diletakkan pada jaringan kabel serat optik dan
pada perangkat transmisi seperti DWDM. Besar nilai optical amplifier
disesuaikan dengan nilai redaman yang terjadi pada transmisi dalam satuan dB.
Selisih besar nilai penguat dengan redaman sama dengan nol.
Penguat daya dapat menaikkan jarak transmisi sampai 100 km atau lebih
tergantung pada gain dan losses fiber. Jarak transmisi dapat juga ditingkatkan
dengan menempatkan sebuah penguat sebelum perangkat penerima untuk
memperkuat daya terima. Penguat ini disebut dengan optical preamplifier dan
umumnya digunakan untuk meningkatkan sensitivitas penerima.
Adapun yang menjadi bagian dari Optical Amplifier dalam sistem DWDM
ini yaitu:
1. Pre-amplifier
Ditempatkan persis sebelum receiver, untuk menaikkan kekuatan signal
sesuai dengan rentang sensitivitas receiver atau ditempatkan sebelum
photodetector.
2. Post amplifier
Menguatkan sinyal pada sisi pengirim, dipasang persis setelah transmitter.
3. In-Line Amplifier (ILA)
Ditempatkan kira-kira setiap 80 s/d 100 km media optik, untuk menguatkkan
signal yang mengalami redaman selama dalam transmisi untuk mencapai
bekerja pada daerah optik, dan berfungsi sebagai amplifier 1R.
Amplifier dikatagorikan kedalam 1R, 2R, dan 3R:
a. 1R : Re-amplify
b. 2R : Re-amplify dan reshape
c. 3R : Re-amplify, reshape, dan retime.
Amplifier dapat menyediakan regenerasi 1R hanya untuk menanggulangi
redaman daya optik. Repeater dapat menyediakan regenerasi 3R untuk
menanggulangi redaman dan dispersi. Perangkat 1R hanya menguatkan sinyal
yang diterima. Perangkat 2R menyediakan amplification dan reshaping
gelombang untuk menyediakan recovery data. Perangkat 3R melakukan
amplifications dan reshaping serta memerlukan sumber waktu yang digunakan
bagi pewaktuan kembali transponder[11].
Dalam rekomendasi ITU-T G.707, 708, 709 ditetapkan bit rate dasar
sistem SDH adalah sebesar 155,52 Mbps. Kecepatan bit untuk tingkatan multiplex
yang lebih tinggi merupakan kelipatan dari kecepatan dasar yaitu 155,52 Mbps x
N yang didefinisikan sebagai kecepatan transmisi STM-N (Synchronous
TransferMode–N). Hingga kini nilai N yang telah diterapkan adalah N = 1, 4, 16,
dan 64, sehingga kecepatan transmisi untuk STM-1 bernilai 155,52 Mbps, STM-4
bernilai 622,08 Mbps, STM-16 bernilai 2,488 Gbps dan STM-64 bernilai 9,952
Gbps. Kecepatan transmisi STM-N yang digunakan pada tugas akhir ini yaitu
STM-64 dengan nilai 9,952 Gbps atau 10 Gbps[9].
Optical Amplifier berfungsi untuk menguatkan sinyal optik yang sudah
mulai melemah karena redaman sepanjang dalam perjalanan di dalam kabel serat
optik. Satu optical amplifier dapat menguatkan beberapa sinyal optik secara
bersamaan. Penguat optik Raman menginjeksikan cahaya laser highpower ke
dalam fiber dalam arah berlawanan dari sinyal sumber. Jaringan akses optik
(DWDM) menggunakan penguat Raman untuk menguatkan sinyal optik, dengan
menggunakan efek stimulated Ramanscattering effect dalam medium fiber untuk
lebih memperpanjang jarak antara inline amplifier sites dan total optical
transmission reach. Tipe penguat optik Raman yang digunakan adalah OSN 6800
yang merupakan pabrikan dari Huawei[12].
Dasar dari Raman amplification adalah energy scattering effect yang
disebut Stimulated Raman Scattering (SRS). SRS bekerja dengan cara
mentransfer power dari signal pada higher frequency (lower wavelength) ke satu
lower frequency (higher wavelength) didalam media fiber optic. Penguatan
Raman berdasarkan pada efek non linier akan muncul dalam transmisi fiber yang
merupakan hasil dari penguatan sinyal jika sinyal optik dipompa dengan panjang
gelombang dan daya yang dilepaskan ke dalam fiber. Ketika sebuah cahaya
monokromatik mengenai atau menabrak sebuah partikel, akan terjadi interaksi
tertentu antara cahaya tersebut dengan partikel yang ditabraknya. Cahaya akan
direfleksikan (dipantulkan), diserap (dibiaskan), atau terjadi pengacakan arah
cahaya (scattering). Dalam scattering, cahaya datang akan mengalami pembauran
setelah mengenai partikel dan terdapat dua kasus umum yaitu :
a. Jika scattering tidak menimbulkan perubahan panjang gelombang, maka
b. Jika scattering menimbulkan perubahan panjang gelombang, maka
fenomenanya disebut Raman Scattering.
Pada efek-efek nonlinear seperti ini, daya optik yang diberikan pada fiber
dengan panjang gelombang tertentu akan mengalami pelebaran panjang
gelombang (kenaikan nilai λ). Pergeseran ini disebabkan oleh karakteristik dari
material fiber yang menyebabkan perubahan index pembiasan. Gambar 3.1
memperlihatkan proses terjadinya penguatan sinyal pada optical Raman amplifier
Gambar 3.1 Arsitektur Sistem Kerja Penguat Optik Raman
Stimulated Raman Scattering atau SRS adalah interaksi antara gelombang
cahaya dengan molekul silika yang bergetar. Jika sebuah photon dengan λa
mengenai molekul silika yang bergetar, maka molekul tersebut dapat menyerap
sebagian energi dari photon. Photon mengalami scattering dan penurunan energi. Photon terbagi menjadi 2 bagian, cahaya dengan λb dan λc. Cahaya λb sama
dengan photon awal, λa = λb , namun dengan energi yang berkurang. Sementara,
λc adalah cahaya hasil scattering dengan panjang gelombang yang lebih tinggi
light adalah cahaya λc. Cahaya λc ini juga yang disebut sebagai cahaya SRS atau
cahaya Raman. Photon yang mengalami scattering yakni photon λ1 disebut Stokes
Photon.
Jika sinyal lain datang atau ada, misalnya λd dengan panjang gelombang
yang sama dengan λc, maka yang terjadi adalah sinyal SRS λc akan menguatkan
sinyal λd. Inilah yang disebut transfer energi dari sinyal yang satu ke sinyal yang
lain yang panjang gelombangnya lebih tinggi. Jika efek ini terjadi pada panjang
gelombang yang berbeda-beda, maka hasilnya dapat dilihat pada Gambar 3.2
dibawah ini.
Gambar 3.2 Pengiriman bit-bit padafenomena SRS
Gambar di atas menunjukkan fenomena SRS dilihat dari sudut pandang
pengiriman bit-bit. Dalam gambar terlihat adanya transfer energi yang
menimbulkan additive noise pada sinyal panjang gelombang lebih lebar dan
noise yang berlebih dapat meredam amplitudo bit asli sehingga mengubah nilai
informasi yang diterima.
Karakteristik lainnya adalah bahwa efek SRS masih terasa pada sinyal
dengan panjang gelombang sekitar 300 nm lebih lebar dibanding sinyal pertama
(panjang gelombang. paling rendah) yang terkena efek ini. SRS meningkat secara
eksponensial dengan bertambahnya daya. Pada umumnya, gain Raman meningkat
hampir secara linier sesuai dengan offset panjang gelombang antara sinyal dan
puncak pompa, sekitar pada 100 nm dan turun dengan cepat seiring kenaikan
offset. Gain bandwidth yang biasa digunakan adalah sekitar 48 nm. Gambar 3.3
memperlihatkan spektrum kenaikan sinyal jaringan sistem DWDM pada
gelombang Conventional (C) Band, dimana panjang gelombang tersebut memiliki
besar amplitudo yang sama.
Gambar 3.4 Spektrum Kenaikan Sinyal Oleh Penguat Optik Raman
Proses amplifikasi Raman terjadi pada ujung akhir dari suatu optical span
SURPASS hiT7500. Jika signal melemah, maka terhadap energi signal tersebut
akan diperbarui melalui pump light yang akan diinsertkan pada ujung akhir dari
hop pada arah yang berlawanan. Injeksi photon menguatkan sinyal optik dimana
hal ini dibutuhkan hampir pada semua jarak jauh. Penguatan Raman dapat
membuat penguat sinyal lebih dari 10 dB, dimana melewatkan untuk jarak yang
lebih jauh. Juga mengijinkan jaringan optik untuk mencapai kecepatan transmisi
sampai 40 Gbits/sec. Suatu laser pump dengan panjang gelombang 980 nm
digunakan untuk mengeksitasi ion-ion Er dari ground state level bawah ke pump
level. Ion-ion yang terseksitasi ini akan segera decay (kurang lebih 1 μs) dari
pump level ke metastable band. Selama transisi ini enersi dilepas dalam bentuk
panas atau vibrasi, ion-ion terseksitasi yang berada di metastable band cendrung
berkumpul di level bawah dari metastable band.
Hal ini dapat digunakan untuk menguatkan sinyal optical pada gelombang
lower frequency yang membawa sinyal trafik sebenarnya, selama sinar pada
higher frequency berfungsi sebagai pump source. Peristiwa ini dikenal dengan
istilah contra-directional Raman pumping, dimana Raman pump light berjalan
proses perambatan di sepanjang serat optik, cahaya akan mengalami pelemahan
dan pelebaran sinyal. Hal ini dapat disebabkan akibat ketidakmurnian bahan serat
yang menyerap serta menyebarkan cahaya. Sehingga daya sinyal yang diterima
akan berkurang. Untuk komunikasi jarak dekat, pengaruhnya tidak begitu
siginifikan. Tetapi untuk komunikasi jarak jauh, akan sangat mempengaruhi
sistem. Untuk mengatasi hal ini, maka dibutuhkan perangkat penguat pada sistem
optik agar sinyal dapat sampai dengan baik pada tujuan.
Kemungkinan panjang gelombang laser pump yang lain adalah1480 nm,
energi photon ini agak mirip dengan photon signal hanya sedikit lebih tinggi.
Energi photon 1480 nm yang diserap akan mengeksitasi elektron dari ground state
dan langsung ke metastable band bagian level atas, elektron-elektron ini cendrung
turun ke level lebih bawah dari metastable band dan kemudian kembali ke ground
state tanpa adanya rangsangan photon signal dari luar. Transisi ini disebut
Spontaneous Emission dan merupakan noise dalam optical amplifier. Proses ini
menunjukkan adanya photon signal yang diserap oleh ion-ion sehingga naik ke
level metastable band. Kemudian photon signal ini akan mentrigger ion-ion
teresksitasi yang berada di metastable band untuk kembali ke ground state secara
bersama-sama dengan menghasilkan emisi photon baru yang sama dengan photon
signal. Beda level antara metastable level dengan ground state level akan
menghasilkan emisi terrangsang (stimulated emission) yang besar pada panjang
gelombang antara 1530-1560 nm. Disini akan tampak terjadi penguatan signal
Gambar 3.5 Sistem Penguatan Sinyal Secara Optic Oleh Raman
Penguatan Raman berdasarkan pada stimulated raman scatterring (SRS),
efek non linier akan muncul dalam transmisi fiber yang merupakan hasil dari
penguatan sinyal jika sinyal optik dipompa dengan panjang gelombang dan daya
yang dilepaskan ke dalam fiber.
Kelebihan Daripada Penguat Optik Raman yaitu:
1. Bandwidth lebar.
2. Dapat bekerja pada band Short wavelength (S), Conventional (C),
Long wavelength (L).
3. Penguatan Raman dapat muncul di dalam ordinary silica fibers.
4. Pada higher amplifier pump powers (aplikasi kanal lebih tinggi) dan lebih
efisien.
5. Di sisi positif, Raman beroperasi dalam serat silika biasa, tidak memerlukan
menambahkan amplifikasi didistribusikan pada link transmisi panjang. Selain
itu, Raman memiliki sifat kebisingan ASE lebih baik dari penguat lainnya.
3.2.1 Dense Wavelength Division Multiplexing
DWDM merupakan suatu teknik transmisi yang memanfaatkan cahaya
dengan panjang gelombang yang berbeda-beda sebagai kanal-kanal informasi,
sehingga setelah dilakukan proses memultipleksing seluruh panjang gelombang
tersebut ditransmisikan melalui sebuah serat optik[10].
Teknologi DWDM dapat dinyatakan sebagai suatu teknologi jaringan
transport yang memiliki kemampuan untuk membawa sejumlah panjang
gelombang (4, 8, 16, 32, dan seterusnya) dalam satu serat tunggal. Artinya,
apabila dalam satu serat itu dipakai empat gelombang, maka kecepatan
transmisinya menjadi 4x10 Gbs ( kecepatan awal dengan menggunakan teknologi
SDH ).
Keuntungan - keuntungan dalam penerapan DWDM adalah :
1. Tepat untuk diimplementasikan pada jaringan telekomunikasi jarak jauh
(long haul) baik untuk sistem point to point maupun ring topologi.
2. Penghematan penggunaan sumber daya core optik terutama jaringan kabel
optik yang hanya memiliki kapasitas core yang kecil.
3. Kemampuan penyaluran transport network yang sangat tinggi, sehingga
Untuk mendukung sistem yang mentransmisikan informasi dengan
kapasitas tinggi, pemilihan serat optik yang tepat sebagai media transmisi juga
diperhatikan. Ada dua tipe serat optik yang digunakan pada sistem DWDM, yaitu:
a. Non Dispersion Shifted Fiber (NDSF)
Serat optik Non Dispersion Shifted Fiber (NDSF) merupakan rekomendasi
ITU-T seri G.652. NDSF memiliki nilai koefisien dispersi kromatik
mendekati nol di daerah panjang gelombang 1310 nm.
b. Non Zero Dispersion Shifted Fiber (NZDSF)
Non Zero Dispersion Shifted Fiber (NZDSF) merupakan jenis fiber yang
sesuai dengan rekomendasi ITU-T seri G.655. NZDSF memiliki perlakukan
dispersi tidak nol namun juga tidak lebar di daerah panjang gelombang
1550 nm.
3.2.2 Prinsip Kerja Dense Wavelength Division Multiplexing
Pada dasarnya DWDM memiliki prinsip kerja yang sama dengan media
transmisi yang lain dalam mengirimkan informasi dari suatu tempat ke tempat
lain. Namun dalam teknologi ini pada suatu kabel atau serat optik dapat dilakukan
pengiriman banyak informasi secara bersamaan melalui kanal yang berbeda.
Setiap kanal ini dibedakan dengan menggunakan prinsip perbedaan panjang
gelombang (wavelength) yang dikirimkan oleh sumber informasi.
Sinyal informasi yang dikirimkan awalnya diubah menjadi panjang
kemudian dimultipleksing pada satu fiber. Dengan teknologi DWDM ini, pada
satu serat optik dapat tersedia beberapa panjang gelombang yang berbeda sebagai
media transmisi yang dapat disebut dengan kanal[10].
Masukan sistem DWDM berupa trafik yang memiliki format data dan
pesan bit yang berbeda dihubungkan dengan laser DWDM. Laser tersebut akan
mengubah masing-masing sinyal informasi dan memancarkan dalam panjang
gelombang yang berbeda-beda λ1, λ2, λ3 …,λN. Kemudian masing- masing
panjang gelombang tersebut dimasukkan ke dalam MUX (multiplexer), dan
keluaran disuntikkan ke dalam sehelai serat optik. Selanjutnya keluaran MUX ini
akan ditransmisikan sepanjang jaringan serat. Untuk mengantisipasi pelemahan
sinyal, maka diperlukan penguatan sinyal sepanjang jalur transmisi. Sebelum
ditransmisikan sinyal ini diperkuat terlebih dahulu dengan menggunakan penguat
akhir (post-amplifier) untuk mencapai tingkat daya sinyal yang cukup. ILA
digunakan untuk menguatkan sinyal sepanjang saluran trasmisi. Sedangkan
penguat awal (pre-amplifier) digunakan untuk menguatkan sinyal sebelum
dideteksi.
DEMUX (demultiplexer) digunakan pada ujung penerima untuk
memisahkan panjang gelombang, yang selanjutnya akan dideteksi menggunakan
fotodetektor. Multiplexing serentak kanal masukan dan demultiplexing kanal
keluaran dapat dilakukan oleh komponen yang sama, yaitu multi/demultiplexer.
Sistem DWDM memiliki lapisan fotonika utama yang bertanggung jawab untuk
melewatkan data optik melalui jaringan, dengan beberapa prinsip dasar, yaitu
Pada sisi kanan terdapat beberapa sinyal yang dipisahkan dalam sebuah
demultiplexer dan di rutekan ke setiap penerima masing-masing. Receiver bersifat
color-band dalam merespon secara sama untuk semua panjang gelombang.
Receiver dapat mendeteksi semua panjang gelombang yang masuk, artinya bahwa
sinyal-sinyal tersebut harus benar terpisah pada bagian multiplexer, karena jika
terjadi perbedaan panjang gelombang antara 2 atau lebih yang masuk, maka pada
keluaran receiver akan diaggap sebagai sebuah noise.
Add-drop multiplexer adalah sebuah multiplexer yang berfungsi untuk
mengeluarkan 1 atau lebih panjang gelombang dari gabungan transmisi sinyal
optik. Add-drop multiplekser dapat melakukan drop ke suatu lokasi tujuan. Ia juga
dapat melakukan add sinyal tersebut, sehingga dapat ditransmisikan kembali pada
mid point station. Gambar 3.6 menunjukkan konsep dasar sistem DWDM dengan
penguat[12].
Gambar 3.6 Konsep Sistem Kerja DWDM dengan Penguat Optik Raman
a. Optical Transmitter (Laser)
Sistem DWDM menggunakan resolusi yang tinggi, atau band yang sempit,
dan laser mengirimkan pada band panjang gelombang 1550 nm; dengan
2 keuntungan, yaitu memperkecil kehilangan daya optik, selama perjalanan
sinyal pada kabel serat optik dari pengirim ke penerima dan memungkinkan
digunakannya penguat optic untuk memperbesar daya optik pada jarak tempuh
yang lebih jauh lagi. Laser dikirimkan dengan band yang sempit ini penting,
untuk memungkinkan spasi antar kanal menjadi dekat, dan sekaligus untuk
memperkecil efek-efek lain dari sinyal, misalnya dispersi chromatic.
b. DWDM Multiplexer
DWDM Multiplexer berfungsi untuk menggabungkan sinyal-sinyal transmit
yang mempunyai panjang gelombang berbeda-beda menjadi satu, untuk
kemudian diteruskan ke satu satu optical fiber. Untuk keperluan multiplexing
ini beberapa teknologi digunakan, termasuk “filter-filter dielektrik thin-film”
dan beberapa tipe “optical grating”. Beberapa multiplex dibuat dari
“completely passive devices” artinya tidak memerlukan catuan listrik.
Multiplex optical pasif bekerja sebagaimana prisma dengan presisi yang
sangat tinggi untuk menggabungkan beberapa sinyal individual. Multiplex ada
yang mempunyai kemampuan untuk transmit dan receiver pada satu single
fiber, yang dikenal dengan “be-directional transmission”.
c. Optical Cable
Optical Cable berfungsi untuk menyalurkan sinyal gabungan beberapa panjang
d. Optical Amplifier
Optical Amplifier berfungsi untuk menguatkan sinyal optik yang sudah mulai
melemah karena redaman sepanjang dalam perjalanan didalam kabel serat
optik. Satu optical amplifier dapat menguatkan beberapa sinyal optik secara
bersamaan. Sebelum dikembangkan optical amplifier, untuk menguatkan
sinyal optik yang mulai melemah dilakukan dengan jalan meregenerasi sinyal
tersebut secara elektrik yaitu dengan jalan mengubah sinyal optik menjadi
sinyal elektrik terlebih dahulu kemudian diregenerasi diubah kembali menjadi
sinyal optik dan dipancarkan ke stasiun tujuan. Pada cara ini, setiap panjang
gelombang mempunyai regenerator nya sendiri-sendiri[7].
e. DWDM Demultiplexer
DWDM Demultiplexer berfungsi untuk memisahkan satu sinyal gabungan
beberapa lambda yang datang dari kabel serat optik, menjadi beberapa sinyal
dengan lambda yang independent. Untuk keperluan demultiplexing ini
beberapa teknologi digunakan, termasuk “filter-filter dielektrik thin-film” dan
beberapa tipe “optical grating”. Beberapa demultiplex dOibuat dari
“completely passive devices”; artinya tidak memerlukan catuan listrik.
Demultiplex optical pasif bekerja sebagaimana prisma dengan presisi yang
sangat tinggi untuk memisahkan gabungan beberapa sinyal menjadi beberapa
sinyal dengan lambda yang individual, biasanya fungsi Multiplex dan
Demultiplex terletak dalam satu device. Dengan kata lain DWDM terminal
Demux merupakan terminal, dimana berfungsi untuk mengubah sinyal
dengan banyak panjang gelombang menjadi sinyal dengan hanya 1 panjang
untuk masing-masing client untuk dideteksi. Sebenarnya demultiplexing ini
bertindak pasif, kecuali untuk beberapa telemetry seperti sistem yang dapat
menerima sinyal 1550 nm.
3.2.3 Komponen Dense Wavelength Division Multiplexing ( DWDM )
Analogi prinsip Multipleks Optik adalah seperti suatu cahaya warna putih
jika melewati suatu prisma dapat diuraikan menjadi warna-warni pelangi
(merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu). Adapun komponen-komponen
penting pada DWDM adalah sebagai berikut:
a. Transmitter merubah bit-bit elektrik menjadi pulsa-pulsa optik dengan
frekuensi tertentu.
b. Sumber optik yang digunakan dalam sistem komunikasi optik adalah laser
karena menghasilkan cahaya dengan berkas dan lebar spektral yang sempit
dan menghasilkan daya optik yang besar.
c. Transmitter menggunakan laser pita sempit (narrow-band) yang memiliki
lebar spektral yang sempit untuk membangkitkan pulsa-pulsa optik.
d. Transmisi dilakukan pada pita infra merah dan harus dikendalikan dengan
sangat ketat agar dapat menghasilkan panjang gelombang yang tepat.
e. Transmitter laser memerlukan kondisi lingkungan tertentu dan catu daya
listrik yang teratur (regulated) agar dapat beroperasi dengan baik.
Pada dasarnya, DWDM merupakan pemecahan dari masalah - masalah yang
memanfaatkan sistem SDH (Synchoronous Digital Hierarchy) yang sudah ada
(solusi terintegrasi) dengan memultiplekskan sumber-sumber sinyal yang ada.
Menurut definisi, teknologi DWDM dinyatakan sebagai suatu teknologi jaringan
transport yang memiliki kemampuan untuk membawa sejumlah panjang
gelombang (4, 8, 16, 32, dan seterusnya) dalam satu fiber tunggal. Artinya,
apabila dalam satu fiber itu dipakai empat gelombang, maka kecepatan
transmisinya menjadi 4x10 Gbs ( kecepatan awal dengan menggunakan teknologi
SDH ). Rentang band serat optik ditunjukkan seperti pada Tabel 3.1
Tabel 3.1 Rentang Band Serat Optik
Band Descriptor Range (nm)
O Band Original 1260 to 1360
E Band Extended 1360 to 1460
S Band Short Wavelength 1460 to 1530
C Band Conventional 1530 to 1565
L Band Long Wavelength 1565 to 1625
U Band Ultralong Wavelength 1625 to 1675
3.3 Channel Spacing ( Spasi Kanal )
Pengembangan sistem DWDM oleh masing-masing pabrikan dengan
mempersempit jarak antar panjang gelombang yang berdekatan atau yang lebih
dikenal dengan istilah channel spacing (spasi kanal). Channel spacing merupakan
dengan perbedaan panjang gelombang diantara sinyal-sinyal yang ditransmisikan
atau sebagai jarak minimum antar panjang gelombang agar tidak terjadi
interferensi. Standarisasi spasi kanal perlu dilakukan agar sistem DWDM dari
berbagai vendor yang berbeda dapat saling berkomunikasi. Jika panjang
gelombang operasi berbanding terbalik dengan frekuensi, hubungan bedanya
dikenal dalam panjang gelombang masing-masing sinyal[10].
Channel spacing merupakan system frekuensi minimum yang
memisahkan 2 sinyal yang dimultipleksikan atau biasa disebut sebagai perbedaan
panjang gelombang diantara 2 sinyal yang ditransmisikan. Gambar 3.7
menunjukkan spasi kanal pada sistem DWDM.
Gambar 3.7 Jarak Spasi Kanal (Channel Spacing) DWDM
Dalam WDM (Wavelength Division Multiplexing), setiap kanal memiliki
panjang gelombang tertentu. Jarak antara kanal yang satu dengan yang lain
bervariasi tergantung jenis teknologinya, apakah CWDM atau DWDM. Sistem
WDM yang memiliki spacing antar kanal sampai 125 nm (16 THz) dapat
