BAB II DASAR TEORI
3.1Serat Optik
Serat optik merupakan media transmisi yang terbuat dari bahan kaca (glass) yang berkualitas, sehingga memiliki kehandalan dan kelebihan dibandingkan media transmisi yang terbuat dari bahan logam seperti kabel tembaga, kabel coaxial, dan stripeline.
Serat optik terdiri dari tiga bagian utama yaitu core, cladding, dan coating. Core merupakan bagian utama dari serat optik karena pada core informasi yang
berupa pulsa cahaya ditransmisikan[1]. Gambar 2.1 menunjukkan struktur dari kabel serat optik.
Gambar 2.1 Struktur Serat Optik
Core dan cladding terbuat dari bahan silika, kaca, atau plastik yang
Serat optik memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan media transmisi yang lainnya, di antaranya adalah sebagai berikut :
1. Mempunyai lebar pita yang sangat lebar 2. Ukuran serat yang sangat kecil dan murah
3. Sinyal cahayanya tidak terpengaruh oleh medan elektrik dan medan magnetik
4. Sinyal dalam serat terjamin keamanannya
5. Tidak akan terjadi percikan api karena di dalam serat tidak terdapat energi listrik. Di samping itu, serat juga tahan terhadap gas beracun, bahan kimia, dan air sehingga mampu ditanam dalam tanah.
6. Redaman yang sangat rendah sehingga mampu digunakan untuk komunikasi jarak jauh tanpa penguat dan pengulang (repeater)
Di samping keunggulannya, serat optik mempunyai beberapa kelemahan di antaranya adalah bentuk fisik serat optik yang sangat lemah, sehingga bila terjadi tekanan dari luar yang berlebihan dapat mengubah karakteristiknya. Untuk menghindari redaman yang besar, maka penyambungan serat harus menggunakan teknik dan ketelitian yang tinggi.
3.2Dasar Sistem Komunikasi Serat Optik
Perbedaan antara sistem komunikasi secara umum dengan sistem komunikasi serat optik dapat digambarkan dalam diagram blok seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Perbedaan Jaringan Komunikasi Umum dan Jaringan Serat Optik
Pada jaringan serat optik, tansducer mengubah informasi asli yang berupa suara, video, dan data menjadi sinyal informasi elektrik. Pada data processing, sinyal disesuaikan agar dapat dimodulasikan pada sumber optik. Sumber optik mengubah sinyal elektrik menjadi sinyal informasi optik. Sejumlah daya diberikan oleh pengkopel kanal (masukan) ke media transmisi serat optik agar sinyal informasi optik dapat diterima pada sisi penerima setelah melalui saluran serat optik. Sinyal informasi optik diubah kembali menjadi sinyal informasi elektrik.
Gambar 2.3 Diagram Blok Serat Optik
3.3Jenis-Jenis Serat Optik
Ditinjau dari profil indeks bias dan mode gelombang yang terjadi pada perambatan cahayanya, maka jenis fiber optik dapat dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu:
1. Serat Optik Single-mode Index
Pada single-mode fiber, indeks bias akan berubah dengan segera pada batas antara core dan cladding (step index). Bahannya terbuat dari silica glass baik untuk cladding maupun corenya. Diameter core jauh lebih
kecil, sekitar 10 μm, dibandingkan dengan diameter cladding, konstruksi
karena di samping atenuasi yang kecil juga mempunyai jangkauan frekuensi yang lebar [2]. Gambar 2.4 menunjukkan serat optik Single-mode index.
Gambar 2.4 Serat Optik Single-mode index
2. Serat Optik Multi-mode Graded Index
Multi-mode graded index dibuat dengan menggunakan bahan multi
component glass atau dapat juga dibuat dengan silca glass baik untuk core
maupun claddingnya. Pada serat optik tipe ini, indeks bias berubah secara perlahan-lahan (graded index multi-mode). Indeks bias inti berubah mengecil perlahan mulai dari pusat core sampai batas antara core dengan cladding. Semakin kecil indeks bias maka kecepatan rambat cahaya akan
semakin tinggi dan akan berakibat dispersi waktu antara berbagai mode cahaya yang merambat akan berkurang dan pada akhirnya semua mode cahaya akan tiba pada waktu yang bersamaan di penerima.
Diameter core serat optik ini 30 – 60 μm dan diameter cladding 100 – 150 μm. Atenuasi minimum adalah sebesar 0.70 dB/Km pada panjang
sumber cahaya LED maupun LD (Laser Diode). Perambatan cahaya pada jenis Multi-mode graded index dapat dilihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Serat optik Multi-mode graded index
3. Serat Optik Multi-mode Step Index
Serat optik ini pada dasarnya mempunyai diameter core yang besarnya 50 – 400 μm dan diameter cladding sebesar 125 – 500 μm. Pada serat optik ini terjadi perubahan indeks bias dengan segera atau lazim dimana dengan diameter core yang besar digunakan untuk menaikkan efisiensi coupling pada sumber cahaya yang tidak koheren seperti LED. Atenuasi pada saat pengiriman tetap besar, sehingga hanya baik digunakan untuk menyalurkan data dengan kecepatan rendah dan jarak dekat. Perambatan cahaya pada jenis Multi-mode step index dapat dilihat pada Gambar 2.6 [2].
3.4Rugi-Rugi Serat Optik
Ada beberapa komponen yang menjadi bahan pertimbangan dalam mendesain suatu jaringan. Salah satunya adalah rugi-rugi transmisi serat optik (attenuation). Rugi-rugi transmisi ini adalah salah satu karakteristik yang penting dari Serat optik. Rugi-rugi ini menghasilkan penurunan dari daya cahaya dan juga penurunan bandwidh dari sistem, transmisi informasi yang dibawa, efisiensi, dan kapasitas sistem secara keseluruhan. Hal ini dapat disebabkan oleh kondisi serat optik tersebut ataupun karena gangguan ataupun tambahan pada jaringan serat optik tersebut. Selain itu, rugi-rugi pada suatu saluran transmisi yang mempergunakan serat optik juga didapat dari pemasangan komponen-komponen pendukung yang dibutuhkan dalam suatu jaringan seperti konektor, splice, ataupun komponen lain yang disambungkan pada saluran transmisi [5].
3.4.1 Rugi-Rugi Faktor Intrinsik
Rugi – rugi karena faktor intrinsik dapat berupa penghamburan (scaterring loss) dan penyerapan (absorption loss).
1. Penghamburan
Disebabkan karena adanya facet - facet yang memantulkan dan membiaskan cahaya. Penghamburan dapat disebabkan karena Rayleigh scattering, Microbending, Dispersi dan mode coupling.
a. Rayleigh scattering
terjadi di lokasi-lokasi tertentu saja di dalam bahan dan ukuran daerah yang terkena pengaruh perubahan ini sangat kecil, yaitu kurang dari satu panjang gelombang cahaya.
Terdapat dua hal yang menyebabkan terjadinya fenomena ini, dan keduanya timbul di dalam proses manufaktur. Sebab pertama adalah terdapatnya ketidakmerataan di dalam bahan-bahan pembuat serat optik. Kemudian penyebab kedua adalah pergeseran-pergeseran kecil pada kerapatan bahan yang biasnya terjadi saat kaca silika mulai membeku dan menjadi padat.
Salah satu lokasi ’cacat’ ini dan efek pancaran Rayleigh yang di timbulkannya diilustrasikan dalam gambar 2.7. Dalam gambar di perlihatkan bahwa cahaya terpecah dan terpencar ke segala arah. Dan semua komponen pancaran sinar yang kini merambat dengan sudut datang kurang dari sudut kritis akan dapat menembus mantel dan hilang sebagai rugi daya. Akan tetapi, sebagian besar sinar tidak akan ’melewati’ daerah cacat lokal tersebut, karena ukurannya memang sangat kecil. Skala ukuran ini diperlihatkan di bagian bawah pada Gambar 2.7 [3]
b. Microbending loss
Microbending loss (lekukan skala mikro) pada umumnya timbul didalam
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. Jika bagian inti/mantel menyusut lebih lambat dari lapisan jaketnya. Maka bagian inti/mantel akan bergeser dari posisi relatifnya semula hal ini dapat menimbulkan lekukan-lekukan padanya. Fenomena inilah yang dikenal sebagai permasalahan microbend Hal itu dapat dilihat pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Rugi – rugi karena mikrobending
c. Rugi-rugi Dispersi
Gambar 2.9 Rugi-rugi karena Dispersi
Kita dapat mengurangi tingkat dispersi di dalam serat optik hingga ke tataran yang masih bisa diterima. Salah satu caranya adalah dengan menurukan frekuensi pulsa sehingga jarak antar-pulsa menjadi lebih lebar, dan bila tumpang-tindih tetap terjadi maka pulsa-pulsa ini tidak akan terlalu rusak atau dapat digunakan pengulang eletronik (penguat) yang digunakan pada jarak tertentu.
Prinsip kerja penguat ini adalah mengubah cahaya yang dalam kedalam bentuk elektrik, kemudian sinyal itu akan diperkuat dayanya selanjutnya diubah kembali menjadi sinyal optik untuk ditransmisikan kembali. Akan tetapi penggunaan penguat ini dianggap kurang praktis, Hal ini disebabkan karena peralatan tersebut dapat menyebabkan kesalahan tambahan, membatasi kecepatan transmisi dan lebar bidang serta relatif mahal dalam penerapannya.
d. Mode coupling
Gambar 2.9 menunjukkan proses mode coupling. Hal ini terjadi bila sudut sebuah mode yang direfleksikan berubah karena perubahan diameter inti, pada kasus ini beberapa mode menyatu (couple). Mode coupling juga
Gambar 2.10 Rugi – rugi karena mode kopling
2. Penyerapan (absorption loss)
Zat kotoran apa pun yang masih tersisa di dalam bahan inti akan menyerap sebagian dari energi cahaya yang merambat di dalam serat optik. Kontaminan yang menimbulkan efek yang paling serius adalah ion-ion hidroksil dan zat-zat logam.
Ion-ion hidroksil sebenarnya adalah wujud lain dari air yang akan menyerap besar-besaran energi gelombang. Untuk permasalahan ini, jawaban yang paling tepat adalah mencegah timbulnya kontaminan atau tertinggalnya zat-zat kotoran didalam kaca saat proses manufaktur dilakukan [3]. Rugi-rugi ini terutama disebabkan karena adanya molekul-molekul air dalam inti gelas seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.11 [8].
2.4.2 Rugi – Rugi Faktor Instalasi
Rugi – rugi karena instalasi terdiri dari rugi – rugi penyambungan, pantulan fressnell dan bengkokan (macro bending).
1. Rugi-rugi penyambungan
Terdapat tiga masalah utama di dalam proses menyambung serat optik : a) Tipe kedua serat harus saling kompatibel.
b) Ujung kedua serat harus diletakkan sedekat-dekatnya dengan satu sama lainnya hingga menyisakan sekecil mungkin celah diantara keduanya. c) Posisi kedua serat harus dibuat saling bersesuaian seakurat mungkin di
titik persambungan.
Apabila kita menyambungkan sebuah serat modus jamak dengan inti berukuran besar ke serat lainnya yang memiliki inti lebih kecil, seperti diperihatkan pada Gambar 2.12, maka hanya sebagian dari cahaya yang dating dari inti berukuran besar dapat masuk ke inti berukuran kecil dan akibatnya sebagin daya cahaya akan hilang tetapi, jika cahaya merambat datang dari inti yang lebih kecil masuk ke inti yang lebih besar, seluruh bagian cahaya dapat diterima masuk dan rugi-rugi daya tidak terjadi.
2. Rugi – rugi karena pantulan Fressnell
Ketika sinar cahaya menumbuk sebuah bintik perubahan indeks bias dan terpencar ke segala arah, komponen pencaran yang merambat dengan sudut datang mendekati garis normal (90°) akan lewat begitu saja menembus bidang perbatasan. Lebih tepatnya, sebagian besar dari komponen itu akan menembus bidang perbatasan. Akan tetapi tidak semua bagian dari cahaya yang datang dengan sudut mendekati garis normal akan menembus bidang perbatasan. Sebagian yang sangat kecil dari cahaya itu akan terpantul balik di bidang perbatasan. Efek ini dapat menjadi masalah bagi cahaya yang meninggalkan ujung output serat optik seperti dalam Gambar 2.13. Di titik ini terjadi perubahan seketika dari indeks bias inti ke indeks bias udara yang ada di luar serat optik.
Gambar 2.13 Pemantulan Fresnel
Gambar 2.14 Pemantulan Fresnel di setiap bidang batas
Seberapa besar proporsi cahaya yang menembus bidang perbatasan dan seberapa besar yang terpantul balik di tentukan oleh besarnya perubahan indeks bias dibidang perbatasan, dan dapat ditentukan menggunakan rumus berikut [3]:
2
3. Rugi – rugi karena bengkokan (Macrobending loss)
Macrobending loss (lekukan skala makro) lekukan tajam pada sebuah kabel
Gambar 2.15 Rugi-rugi macrobending
Garis normal selalu mengarah tegak lurus terhadap permukaan inti (bidang batas inti-mantel). Sekarang, jika inti dilengkungkan, seperti Gambar 2.16.
Gambar 2.16 Macrobending yang terlalu tajam
maka garis normal akan berubah arahnya mengikuti permukaan inti. Akibatnya sinar yang tadinya merambat dengan sudut ‘aman’ kini tidak lagi demikian; sudut datangnya menjadi kurang dari sudut datangnya menjadi kurang dari sudut kritis dan mengakibatkan sinar dapat menembus inti dan keluar dari serat optik.
3.5Jaringan Lokal Serat Optik
Jaringan kabel lokal akses fiber paling sedikitnya terdapat dua perangkat aktif yang dipasang di Central Office dan yang lainnya dipasang di dekat dan atau di lokasi pelanggan. Berdasarkan lokasi penempatan perangkat aktif yang dipasang di dekat dan atau dilokasi pelanggan maka terdapat beberapa konfigurasi, antara lain sebagai berikut[6] :
1. Fiber To The Building (FTTB)
TKO (Titik Konverensi Optik) terletak di dalam gedung dan biasanya terletak pada ruangan telekomunikasi di basement atau tersebar di beberapa lantai, terminal pelanggan dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga indoor atau IKG, FTTB dapat dianalogikan dengan daerah catu langsung
pada jaringan kabel tembaga [4]. 2. Fiber To The Zone (FTTZ)
TKO terletak disuatu tempat di luar bangunan, biasanya berupa kabinet yang ditempatkan di pinggir jalan sebagai mana biasanya RK (Rumah Kabel), terminal pelanggan dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga hingga beberapa kilometer. FTTZ dapat dianalogikan sebagai pengganti RK.
3. Fiber To The Curb (FFTC)
4. Fiber To The Tower (FTTT)
TKO terletak di dalam shelter dari pada tower, terminal equipment system GSM/CDMA dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga indoor hingga beberapa meter saja. Jaringan kabel serat optik yang mencatu tower adalah kabel fiber optik drop jika lokasi tower di perkotaan, dan kabel fiber optik distribusi kalau lokasi tower di pinggiran kota. Sehingga FTTT dapat
dianalogikan sebagai pengganti ODP (FTTC) atau TB (FTTH). 5. Fiber To The Home (FTTH)
TKO terletak di dalam rumah pelanggan, terminal pelanggan dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga indoor atau IKR hingga beberapa puluh meter saja. FTTH dapat dianalogikan sebagai pengganti Terminal Blok (TB).
3.6Power Link Budget
Power link budget adalah besarnya daya yang diperlukan untuk dapat
mentransmisikan data atau informasi dari satu titik ke titik lainnya, dimana selama proses transmisi akan terjadi redaman. Perhitungan power link budget bertujuan untuk menghitung anggaran daya yang diperlukan sehingga level daya terima tidak kurang dari sensitivitas minimum.
Margin daya disyaratkan harus memiliki nilai lebih dari 0 (nol) . Perhitungan daya penerima diformulasikan pada persamaan :
Loss Fiber (Lf) : αf = L x Lf (2.1)
Loss Splice (Ls) : αs = Ns x Ls (2.2) Loss Konektor (Lc) : αc = Nc x Lc (2.3) Dengan menggabungkan persamaan (2.1), (2.2), dan (2.3), maka didapatkan rumus untuk menentukan rugi-rugi total yaitu:
αtotal= αf – αs – αc (2.4) Sedangkan power link budget dapat dirumuskan sebagai berikut:
(2.5) Keterangan :
