8
Kronologi perkembangan serat optik ini dimulai pada tahun 1917 ketika Albert Einstein memperkenalkan teori pancaran terstimulasi dimana jika ada atom dalam tingkatan energi tinggi singkatnya pada tahun 1961 peneliti industri bernama Elias Snitzer dan Will Hicks mendemonstrasikan sinar laser yang diarahkan melalui serat gelas yang tipis (serat optik). Inti serat gelas tersebut cukup kecil yang membuat cahaya hanya dapat melewati satu bagian saja tetapi banyak ilmuwan menyatakan bahwa serat optik tidak cocok untuk komunikasi karena kerugian cahaya yang terjadi karena melewati jarak yang sangat jauh. Sehingga pada tahun 1966 Charles Kao dan George Hockham melakukan penelitian di Standart Telecommunication Laboratories Inggris dan mempublikasikan penelitiannya tentang kemampuan serat optik dalam mentransmisikan sinar laser yang sangat sedikit kerugiannya dengan menggunakan serat kaca yang sangat murni.
Kemudian pada tahun 1970 ilmuwan Corning Glass Works yaitu Donald Keck, Peter Schultz, dan Robert Maurer melaporkan penemuan serat optik yang memenuhi standar yang telah ditentukan oleh Kao dan Hockham. Gelas yang paling murni yang dibuat terdiri atas gabungan silika dalam tahap uap dan mampu mengurangi kerugian cahaya kurang dari 20 decibels (dB) per kilometer(8), yang selanjutnya pada 1972, tim ini menemukan gelas dengan
kerugian cahaya hanya 4 decibels (dB) per kilometer. Dan juga pada tahun 1970, Morton Panish dan Izuo Hayashi dari Bell Laboratories dengan tim Ioffe Physical Institute dari Leningrad, mendemontrasikan laser semikonduktor yang dapat dioperasikan pada temperatur ruang. Kedua penemuan tersebut merupakan terobosan dalam komersialisasi penggunaan fiber optik.
2.2 Teknologi Serat Optik
Serat optik merupakan salah satu alternatif media transmisi komunikasi yang cukup handal dibanding media lainnya. Sistem komunikasi serat optik memanfaatkan cahaya sebagai gelombang informasi yang akan dikirimkan. Pada bagian pengirim terdapat sebuah sumber optik yang berfungsi mengubah sinyal elektrik menjadi sinyal optik yaitu berupa berkas cahaya. Kemudian diteruskan ke kanal informasi yang terbuat dari serat optik. Kanal ini berfungsi sebagai pemandu gelombang yang mentransmisikan berkas cahaya hingga ke penerima. Pada bagian penerima, berkas cahaya diterima oleh detektor optik yang berfungsi mengubah sinyal optik menjadi sinyal elektrik kembali. Proses transimi sinyal tersebut dapat dilihat pada gambar 2.1 berikut(9) ;
Gambar 2.1 Diagram Komunikasi Serat Optik
Oleh karena itu sejak memasuki abad ke 21 perkembangan jaringan dengan media serat optik semakin meningkat. Hal ini disebabkan oleh kebutuhan akan jaringan yang handal dengan bidang bandwith lebar dan rugi – rugi saluran yang kecil untuk menyediakan layanan layanan video berkualitas tinggi dan pertukaran informasi dengan laju data tinggi di samping komunikasi suara.
Transducer 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 informasi elektrik menjadi sinyal informasi optik. Sejumlah daya diberikan oleh coupling kanal (masukan) ke media transmisi serat optik. Sinyal informasi optik diubah kembali menjadi sinyal informasi elektrik, dan setelah disesuaikan, sinyal informasi elektrik diubah menjadi informasi aslinya oleh suatu transducer
Sumber serat optik berfungsi sebagai pemancar cahaya yang membawa informasi. Sumber tersebut harus memenuhi persyaratan di antaranya adalah (Zanger, 1991, Thomas 1995)(10).
a. Cahaya yang dihasilkan harus mendekati monokhromatis
b. Mempunyai keluaran cahaya yang berintensitas tinggi sehingga mampu mengatasi redaman di sepanjang saluran serat
c. Mudah dimodulasi oleh sinyal informasi
d. Memiliki dimensi yang kecil dan mudah dihubungkan dengan serat Sumber optik yang umum digunakan pada sistem komunikasi serat optik adalah LED (Light Emitting Diode) dan LD (Laser Diode). Keduanya merupakan susunan semi konduktor sambungan P-N yang apabila diberi bias maju akan memancarkan energi optik dalam bentuk foton. Besar energi foton yang dipancarkan adalah (Zanger, 1991);
Ep = h . f ...(2.1) Konstanta Planck adalah h dengan satuan (6,626 x 10-34 J-s) dan f adalah frekuensi gelombang cahaya yang dipancarkan. Selain itu panjang gelombang yang dipancarkan (Zanger, 1991) dapat dihitung dengan ;
Eg merupakan energi band gap (celah bidang) dan c adalah kecepatan cahaya (3 x 108 m/s).
Intensitas cahaya yang dihasilkan LED lebih rendah dibandingkan (laser diode) LD, sehingga LED umumnya hanya digunakan untuk sistem serat optik jarak pendek seperti pada gedung – gedung dan pesawat terbang. Sedangkan LD (laser diode) dengan intensitas yang tinggi dan koheren sangat sesuai digunakan pada sistem komunikasi jarak jauh (Thomas, 1995). LED Burrus adalah salah satu jenis LED heterojunction dengan pancaran permukaan. Susunan lapisan LED ini dapat dilihat pada gambar 2.2 di bawah ini,
LED Burus memiliki efisiensi penyambungan lapisan yang sangat baik. Menggunakan bahan AlGaAS, LED ini memancarkan cahaya pada λ = 0,82 µm (Zanger, 1991, Thomas, 1995). Laser diode (LD) merupakan sumber gelombang elektromagnetik koheren yang memancarkan gelombang pada frekuensi infra merah (infra red) dan cahaya tampak (visible). Jenis LD yang digunakan pada sistem serat optik adalah jenis semi-konduktor dengan ukuran yang kecil, arus, dan tegangan catuan rendah, serta harga yang lebih murah, seperti ILD (Injection Laser Diode), LD DFB (distributed feedback), dan LD DBR (distributed bragg reflector) (Zanger, 1991, Thomas, 1995).
Kemudian selanjutnya ada coupling kanal yang merupakan alat penghubung antara sumber serat optik dan detektor optik. Rugi daya yang terjadi pada coupling kanal umumnya disebabkan oleh dua hal. Pertama adalah adanya perbedaan antara luas permukaan aktif sumber optic (As) dengan permukaan core serat optik (Acore). Yaitu A core lebih kecil dari As. Rugi ini dinyatakan dengan (Zanger, 1991) ;
Loss area = 10 x Log𝑨𝒄𝒐𝒓𝒆
𝐀𝐬 ... (2.3)
Sedangkan untuk permukaan yang berbentuk lingkaran ; Loss area = 20 x Log𝑫𝒄𝒐𝒓𝒆
𝐃𝐬 ...(2.4)
Dcore adalah diameter core serat optik dan Ds merupakan diameter aktif sumber optic. Jika Acore lebih besar dari As, maka rugi ini tidak akan terjadi. Penyebab kedua adalah perbedaan Numerical Aperture (NA) antara sumber dan serat optik, yaitu sudut penerimaan serat yang lebih kecil dari sudut yang diradiasikan sumber. Untuk sumber optik Lambertian dengan pola radiasi; I = Io x Cos ϴ ………... (2.5) I adalah intensitas pada sudut ϴ dan Io adalah intensitas maksimum pada ϴ ketika 0. Rugi NA dinyatakan dengan (Zanger, 1991) ;
Loss NA = 20 Log Na ………...(2.6) Hal ini berlaku pula dengan pengkopel pada sisi penerima. Untuk mengurangi rugi rugi ini, penerima (detector optik) harus memiliki luas permukaan aktif dan sudut penerimaan yang lebar
Intensitas cahaya yang dihasilkan LED lebih rendah dibandingkan LD, sehingga LED umumnya hanya digunakan untuk sistem serat optik jarak pendek seperti pada gedung – gedung dan pesawat terbang. Sedangkan LD dengan intensitas yang tinggi dan koheren sangat sesuai digunakan pada sistem komunikasi jarak jauh (Thomas, 1995).
2.2.1 Serat Optik
Serat optik terdiri dari tiga bagian utama, yaitu core, cladding dan coating. Core merupakan bagian utama dari serat optik karena pada core ini informasi yang berupa pulsa cahaya ditransmisikan (Zanger, 1991, Thomas, 1995)
Gambar 2.3 Struktur Serat Optik
Core dan cladding terbuat dari bahan silica, kaca atau plastik berkualitas tinggi dan bebas air. Core memiliki indeks bias yang lebih besar daripada cladding (n1>n2) hingga pada batas kritis, sehingga memungkinkan terjadinya pembiasan dalam total (total internal reflection). Sehingga cahaya akan selalu merambat dalam core hingga ke ujung serat. Coating atau jacket berfungsi sebagai pelindung core dan cladding dari tekanan fisik luar, terbuat dari bahan plastik yang sangat berkualitas (Zanger, 1991, Thomas, 1995, Samuel, 1988)(10).
Serat optik umumnya diklasifikasikan menjadi (Samuel, 1988); a. Multimode Step Index
b. Multimode Graded Index
c. Monomode Step Index
Hingga kini saluran serat optik yang terbuat dari bahan bahan gelas terbaik telah mampu menyediakan redaman (rugi-rugi) hanya 0.2 db/km, dan mampu bekerja pada frekuensi diatas 1 GHz (Zanger, 1991). Pada sistem komunikasi serat optik, setiap ujung serat terdapat sebuah konektor optik yang berfungsi untuk menyambung dan memutuskan ujung-ujung serat. Konektor ini biasanya digunakan pada titik-titik berakhirnya serat seperti pada pemancar, penerima,sambungan antar serat dan pada repeater. Konektor-konektor ini harus memberikan hubungan dengan redaman (rugi-rugi) yang minimum serta dapat dipasang dan dilepas dengan mudah.
2.2.2 Keunggulan Serat Optik
Serat optik memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan media transmisi lainnya, diantaranya adalah sebagai berikut (Zanger, 1991, Thomas, 1995) ;
Gambar 2.5 Multimode Graded Index
a. Mempunyai lebar bidang (bandwidth) yang sangat lebar b. Ukuran serat yang sangat kecil dan murah
c. Sinyal cahayanya tidak terpengaruh oleh medan elektrik dan magnetik
d. Sinyal dalam serat tersebut terjamin keamanannya
e. Tidak akan terjadi percikan api karena di dalam serat tidak terdapat tenaga listrik. Selain itu serat juga tahan terhadap gas beracun, bahan kimia, dan air sehingga mampu di tanan dalam tanah
f. Redaman yang sangat rendah sehingga mampu digunakan untuk komunikasi jarak jauh tanpa penguat dan pengulan (repeater) g. Harga lebih murah daripada kabel tembaga
h. Kemudahan dalam perawatan dan perbaikan
Di samping keunggulan, serat optik juga mempunyai beberapa kelemahan diantaranya 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 (Thomas, 1995)
Serat optik terdiri dari tiga bagian utama, yaitu core, cladding dan coating. Core merupakan bagian utama dari serat optik karena pada core ini informasi yang berupa pulsa cahaya ditransmisikan (Zanger, 1991, Thomas, 1995)
2.2.3 Redaman Pada Serat Optik
Redaman atau rugi rugi yang terjadi pada serat optik disebabkan oleh (Zanger, 1991, Thomas 1995) ;
a. Rugi serapan (absorption loss), disebabkan oleh sifat alamiah bahan optik yang tidak transparan sempurna. Rugi serapan dapat
dirumuskan sebagai (Samuel, 1988) ;
...(2.7) dimana α koofisien redaman per satuan panjang
………. …………(2.8) dimana l adalah panjang lintasan cahaya ϴm adalah sudut penerimaan maksimum
b. Rugi hamburan (scattering loss), disebabkan bervariasinya kepadatan serat ketika proses pembuatannya. Variasi ini menimbulkan indeks bias yang dimodelkan sebagai obyek penghamburan yang kecil
c. Rugi lengkungan (bending loss), terdiri atas 2 jenis yaitu
macrobending dan microbending. Macrobending terjadi akibat posisi serat yang terlalu melengkung sehingga terjadi pembiasan cahaya keluar dari core. Sedangkan microbending terjadi akibat tekanan mekanik atau ketika proses penarikan kabel
2.2.4 Detektor Optik
Detektor optik berfungsi untuk mengubah sinyal informasi optik menjadi sinyal informasi elektrik. Detektor tersebut harus memenuhi persyaratan sebagai berikut (Zanger, 1991, Thomas, 1995) ;
a. Memiliki sensitivitas yang tinggi b. Memiliki waktu respon yang cepat c. Memiliki noise internal yang kecil
Karakteristik penting lainnya yang harus dipenuhi adalah kestabilan, keakuratan, tidak peka terhadap perubahan suhu, dan harga yang sesuai. Ada dua jenis detektor optik yang digunakan dalam sistem komunikasi serat optik, yaitu positive instrinsic negative diode (diode PIN), dan
avalanche photodiode (APD). Dioda PIN memiliki lapisan semikonduktor instrinsic diantara bagian P dan N yang berfungsi untuk menyerap foton lebih banyak. Dioda PIN membutuhkan tegangan relatif rendah yaitu 8-10 volt. Dioda PIN lebih efisien digunakan pada komunikasi jarak pendek dan memiliki sensitivitas yang baik untuk LED. APD merupakan detektor optik yang memiliki penguatan dalam (internal gain) yang berfungsi untuk melipatgandakan jumlah elektron. APD memiliki sensitivitas yang lebih baik dibanding PIN diode. APD dapat digunakan pada komunikasi jarak jauh dengan LD (Laser Diode) sebagai sumber optiknya. APD membutuhkan tegangan sebesar 40 – 400 Volt. APD juga memiliki noise internal yang lebih tinggi dan sangat sensitif terhadap perubahan suhu (Zanger, 1991, Thomas, 1995). Detektor optik ini pada jaringan akses GPON adalah optical light transmitter (OLT) dan optical network terminal (ONT)
2.2.5 Aplikasi Jaringan Akses Serat Optik
Teknologi serat optik telah diaplikasikan pada berbagai bidang, baik di bidang telekomunikasi, kedokteran, industri maupun masyarakat umum. Di bidang telekomunikasi, serat optik digunakan sebagai saluran trunk, backbone, rute junction, kabel laut, dan loop pelanggan, juga sebagai saluran antar-komputer (LAN), dan sebagai saluran TV cable. Serat optik juga dapat digunakan sebagai sensor untuk pengukuran tekanan, ada atau tidak ada suatu obyek, dan temperatur. Di bidang kedokteran, sistem serat optik telah digunakan untuk mendeteksi dan menyembuhkan penyakit kanker, juga telah digunakan pada alat endoscope atau borescope yang berfungsi untuk memeriksa organ tubuh bagian dalam. Borescope tersebut dilengkapi dengan kamera video, monitor, dan display video. Pada bidang industri, borescope serat optik
juga digunakan untuk memeriksa bagian-bagian yang tidak mungkin dapat dilihat dengan langsung (Zanger,1991).
Penggunaan jaringan akses telekomunikasi yang melibatkan serat optik cukup banyak yaitu yang dikenal dengan FTTx (x merupakan destinasi terakhir titik fiber), contohnya seperti gambar 2.7 berikut ini
Gambar 2.7 Aplikasi Jaringan Akses Fiber To The X a. Fiber To The Node / Zone (FTTN/Zone)
Fiber to the node merupakan salah satu metode peralihan teknologi jaringan akses tembaga dengan jaringan akses fiber. Secara keseluruhan fiber to the node menggunakan dua kombinasi teknologi fiber dan teknologi copper. Jaringan akses fiber tidak sampai ke customer namun hanya berdasarkan di titik tertentu di sekitar area lokasi pelanggan, sedangkan ke arah pelanggan dikoneksikan menggunakan jaringan akses fiber.
b. Fiber To The Curb (FTTC)
Fiber to the curb merupakan kombinasi antara teknologi fiber dengan teknologi copper namun perbedaannya terletak pada end point fiber. Pada fiber to the zone (FTTZ) titik akhir fiber terletak
pada area, sedangkan pada fiber to the curb (FTTC) titik akhir fiber terletak pada drop point yang hampir mendekati customer.
c. Fiber To The Building (FTTB)
Fiber to the building merupakan jaringan akses fiber yang hanya berhenti pada titik terakhir di suatu bangunan (High Rise Building). Penggunaan teknologinya terkadang di bangunan yang merupakan end point jaringan fiber ditempatkan Multi Dwelling Unit (MDU) dengan kearah pelanggan menggunakan jaringan copper dan adakalanya juga menggunakan fiber sampai titik terakhir ke pelanggan.
d. Fiber To The Home (FTTH)
Fiber to the home merupakan jaringan akses fiber yang titik terakhirnya merupakan jaringan akses fiber hingga ke customer. Pada jaringan fiber to the home (FTTH) sudah terkoneksi secara end to end menggunakan jaringan akses fiber.
Jika dilihat dari efektivitas bandwith pada tabel 1.1 terhadap komparasi teknologi terdahulu terhadap fiber to the home (FTTH), ternyata teknologi GPON lebih unggul dalam efektivitas bandwith(13)
Table 2.1 Broadband Test Skenario
Teknologi Nominal Bandwith (b/s) Effective Bandwith (b/s)
Downstream Upstream Downstream Upstream
LAN 100 M 100 M 100 M 100 M
GPON
100 M 10 M 93 M 9,3 M
30 M 3 M 27,9 M 2,79 M
ADSL 24 M 1 M 20,04 M 835 K
Hal ini lah yang menyebabkan teknologi serat optik telah diaplikasikan pada berbagai bidang, baik di bidang telekomunikasi,
kedokteran, industri maupun masyarakat umum. Di bidang telekomunikasi, serat optik digunakan sebagai saluran trunk, backbone, rute junction, kabel laut, dan loop pelanggan, juga sebagai saluran antar-komputer (LAN), dan sebagai saluran TV cable. Serat optik juga dapat digunakan sebagai sensor untuk pengukuran tekanan, ada atau tidak ada suatu obyek, dan temperatur. Di bidang kedokteran, sistem serat optik telah digunakan untuk mendeteksi dan menyembuhkan
2.3 Teknologi Passive Optical Network (PON)
PON (Passive Optical Network) adalah jaringan point-to-multipoint berbasis fiber optik yang memiliki elemen pembagi optik (optical splitter) yang berfungsi sebagai penyalur data pada beberapa tujuan. Elemen pembagi tersebut bersifat passive artinya tidak melakukan manipulasi sinyal seperti penguatan pada sinyal optik. PON pertama kali dibuat oleh FSAN (Full Service Access Network) yang kemudian distandarisasi oleh ITU-T (A/BPON, GPON) or IEEE (EPON) seperti yang dapat dilihat pada tabel 2.1 berikut ini(11);
Tabel 2.2 Perbandingan Tipe PON
Tipe PON BPON GPON EPON
Standard ITU-T G.983 ITU-T G.984 IEEE 802.3ah (1 Gb/s) IEEE 802.3av (10Gb/s) Downstream Bitrate 155, 622 Mb/s, 1.2 Gb/s 155, 622 Mb/s, 1.2, 2.5 Gb/s 1.25 Gb/s, 10.3 Gb/s Upstream Bitrate 155, 622 Mb/s 155, 622 Mb/s, 1.2, 2.5 Gb/s 1.25 Gb/s, 1.25 or 10.3 Gb/s
Tipe PON BPON GPON EPON Downstream Wavelength 1490, 1550 1490, 1550 1490, 1550 Upstream Wavelength 1310 1310 1310
Protocol ATM Ethernet over
ATM/IP or TDM Ethernet Video RF at 1550 or IP at 1490 RF at 1550 or IP at 1490 IP Video Max PON Splits 32 32, 64 16
Power Budget ~13dB (min) to 28dB (max) w/32 split ~13dB (min) to 28dB (max) w/32 split Coverage <20 km <60 km <20 km Transmission Format
ATM Ethernet, ATM,
TDM
Ethernet
Secara umum, arsitektur jaringan PON seperti gambar berikut ;
Pada PON (Passive Optical Network) terdapat sinyal upstream dan sinyal downstream. Sinyal optik downstream dan upstream merupakan dua buah sinyal yang berbeda panjang gelombangnya dan dilewatkan pada jalur fiber yang sama. Sinyal tersebut digabungkan dan dipisahkan oleh sebuah alat pada ujung jaringan yaitu pada kantor pusat service provider atau pada alat yang ada di sisi pelanggan. Pemisahan dan penggabungan sinyal optik dilakukan menggunakan sebuah filter wavelength division multiplexer (WDM). Sinyal downstream adalah berupa paket-paket yang dikirimkan dengan cara broadcast lewat sebuah fiber, kemudian optical splitter akan mengirimkan paket-paket tersebut ke semua end-point. Jadi setiap ujung (termination) akan menerima paket data yang sama untuk kemudian disaring hanya data yang ditujukan padanya saja yang akan diproses. Untuk menjaga keamanan data maka setiap paket atau frame dapat dienkripsi tersebih dahulu. Karena kemampuannya untuk mentransfer dengan bandwith yang tinggi dan jarak yang jauh (sekitar 20 sampai 30 km), PON biasa digunakan untuk jaringan metro atau untuk mobile backhaul yaitu koneksi antara core network dengan core network lain atau antara base station dengan core network.
Komponen utama pada arsitektur PON adalah sebagai berikut ; a. Optical Light Terminal (OLT)
Merupakan sebuah perangkat yang menjadi titik awal routing ODN, serta menerapka standar passive optical network dan menyesuaikan interface layanan ke arah service provider. OLT ini menyediakan fungsi manajemen dan pemeliharaan untuk ODN dan ONU/ONT b. Optical Netwok Unit (ONU)
Merupakan sebuah istilah umum yang menunjukkan perangkat yang mengakhiri salah satu dari end point atau titik akhir yang di distribusikan oleh ODN. Menerapkan protocol PON dan menyesuaikan protocol data unit untuk interface ke arah pelanggan.
Dalam beberapa konteks, onu menyiratkan beberapa perangkat pelanggan
c. Optical Network Termination (ONT)
Merupakan perangkat tunggal sebagai titik akhir dari distribusi ODC yang juga menerapkan protocol PON, dan merupakan bentuk lain dari ONU
d. Optical Distribution Network (ODN)
Merupakan jaringan dari serat optik pada jaringan akses, yang dilengkapi dengan splitter dan perangkat optik pasif lainnnya
Pada PON (Passive Optical Network) terdapat sinyal upstream dan sinyal downstream. Sinyal optik downstream dan upstream merupakan dua buah sinyal yang berbeda panjang gelombangnya dan dilewatkan pada jalur fiber yang sama. Sinyal tersebut digabungkan dan dipisahkan oleh sebuah alat pada ujung jaringan yaitu pada kantor pusat service provider atau pada alat yang ada di sisi pelanggan.
Pemisahan dan penggabungan sinyal optik dilakukan menggunakan sebuah filter wavelength division multiplexer (WDM). PON memiliki kelebihan dalam penggunaan wavelength division multiplexing (WDM). Panjang gelombang yang digunakan untuk downstream dan upstream pada satu fiber optik (ITU-T G.652) berbeda. BPON, EPON, GEPON, dan GPON mempunyai panjang gelombang yang sama untuk downstream 1490 nm dan upstream 1310 nm. Sedangkan panjang gelombang 1550 nm digunakan untuk overlay service, biasanya RF (analog) video. Untuk bit rate, standar yang digunakan adalah sebesar 28 dB terhadap total loss pada GPON dan BPON, 28 dB merepresentasikan sepanjang 20 km dengan 32 pembagian (split). Sedangkan untuk FEC (forward error correction) adalah sebesar 2-3 dB dari total budget GPON. Perkembangan fiber optik juga meningkatkan total
loss pada link budget. Walaupun GPON dan EPON protocols hanya memperbolehkan rasio pembagian sampai 128 subscribers untuk GPON dan 32,768 untuk EPON. Tetapi pelaksanaannya PON dibangun hanya dengan rasio pembagian 1:32 atau lebih kecil.
2.4 Multipleksing
Multipleksing adalah istilah yang digunakan untuk menunjuk ke sebuah proses di mana beberapa sinyal pesan analog atau aliran data digital digabungkan menjadi satu sinyal. Tujuannya adalah untuk berbagi sumber daya. Contohnya, dalam elektronik, multipleksing mengizinkan beberapa sinyal analog untuk diproses oleh satu analog-to-digital converter (ADC), dan dalam telekomunikasi, beberapa panggilan telepon dapat disalurkan menggunakan satu kabel. Dalam komunikasi, sinyal yang telah dimultipleksing disalurkan ke sebuah saluran komunikasi, yang mungkn juga merupakan medium transmisi fisik. Multipleksing membagi kapasitas saluran komunikasi tingkat-rendah menjadi beberapa saluran logik tingkat-tinggi, masing-masing satu untuk setiap sinyal pesan atau aliran data yang ingin disalurkan. Sebuah proses kebalikannya, dikenal dengan demultipleksing, dapat mengubah data asli di sisi penerima.
Dalam komunikasi, sinyal yang telah dimultipleks disalurkan ke sebuah saluran komunikasi, yang mungkn juga merupakan medium transmisi fisik. Multipleksing membagi kapasitas saluran komunikasi tingkat-rendah menjadi beberapa saluran logik tingkat-tinggi, masing-masing satu untuk setiap sinyal pesan atau aliran data yang ingin disalurkan. Sebuah proses kebalikannya, dikenal dengan demultipleksing, dapat mengubah data asli di sisi penerima. Sebuah alat yang melakukan multipleksing disebut multiplekser (MUX) dan alat yang melakukan proses yang berlawanan disebut demultiplekser, (DEMUX).Bentuk paling dasar dari multipleksing adalah time-division
multipleksing (TDM) dan frequency-division multiplexing (FDM).Dalam komunikasi optik, FDM sering disebut sebagai wavelength-division multiplexing (WDM).
2.4.1 Time Division Multiplexing (TDM)
Time Division Multiplexing merupakan sebuah proses pentransmisian beberapa sinyal informasi yang hanya melalui satu kanal transmisi dengan masing-masing sinyal di transmisikan pada peride waktu tertentu. Akan ada beberapa sinyal informasi yang akan masuk ke dalam Multiplexer dari TDM, sinyal-sinyal tersebut memiliki bit rate yang rendah dengan sumber sinyal yang berbeda-beda. Ketika sinyal tersebut memasuki multiplexer, maka sinyal akan melalui sebuah switch rotary yang menyebabkan sinyal informasi yang sebelumnya telah disampling itu akan dibuat berubah-ubah tiap detiknya. Hasil Output dari switch ini adalah merupakan gelombang PAM (Pulse Amplitude Modulation) yang mengandung cuplikan dari sinyal informasi yang periodik terhadap waktu. Ketika sinyal transmisi memasuki demultiplexer, gabungan sinyal yang ber-bit-rate tinggi (sinyal transmisi) dibagi-bagi kembali menjadi sinyal informasi seperti sinyal informasi awal yang ber-bit-rate rendah. Kemudian akan ada rotary switch pula disana yang akan mengarahkan sinyal-sinyal ke tujuan masing-masing dari sinyal itu. Pada multiplexer terdapat filter yang berfungsi melewatkan sinyal dengan frekuensi rendah, dan pada demultiplexer akan terdapat filter yang bertujuan untuk mendapatkan sinyal keluaran yang akan sama dengan sinyal informasi inputnya.
Setelah melalui multiplex, sinyal kemudian ditransmisi dengan membagi-bagi sample inomasi berdasar (Hold Time/Jumlah Kanal). Kanal transmisi ini merupakan sebuah kanal dengan rangkaian yang disinkronisasikan. Kanal sinkron ini dibutuhkan untuk membangun tiap kelompok dari sample dan membagi sample-samle tepat ke dalam frame nya.
2.4.2 Wavelength Division Multiplexing (WDM)
WDM (wavelength division multiplexing) merupakan salah satu jenis multipleksing frekuensi. Multipleksing yang dilakukan adalah dengan membagi-bagi sinyal dalam bentuk cahaya ke dalam beberapa frekuensi tertentu. Masing-masing frekuensi tersebut akan berfungsi nantinya sebagai kanal trafik. Kabel optik, terdiri dari beberapa serat optik, ada yang berjumlah 24, 48, 72 dan sebagainya. Anggap dalam suatu waktu karena kebutuhan pengembangan jaringan ternyata serat optik di dalam kabel optik tersebut terpakai semua. Maka jika akan dilakukan penambahan kapasitas yang baru, pastilah perlu dilakukan penanaman kabel baru. Namun ternyata penambahan jumlah hal ini sebagai media transmisinya, bukan merupakan solusi yang tepat. Karena pada penanaman kabel optik yang baru, selain memakan banyak waktu, juga
akan menambah banyak biaya dan tenaga. Belum lagi kesulitan-kesulitan lainnya.
Tabel 2.3 Band Panjang Gelombang Pada Optik
Band Description Wavelength Range
O band original 1260 to 1360 nm
E band extended 1360 to 1460 nm
S band short wavelengths 1460 to 1530 nm C band conventional ("erbium window") 1530 to 1565 nm L band long wavelengths 1565 to 1625 nm U band ultralong wavelengths 1625 to 1675
Untuk itulah diterapkan teknologi multipleksing (dalam hal ini WDM), sebagai solusi seandainya akan dilakukan penambahan kapasitas transmisi jaringan. Meskipun jumlah terminal semakin banyak, namun serat optik yang digunakan jumlahnya tetap seperti sediakala atau dengan kata lain tidak perlu menambah serat optik sebagai media transmisinya(12)
Konsep ini pertama kali dipublikasikan pada tahun 1970, dan pada tahun 1978 sistem WDM telah terealisasi di laboratorium. Sistem WDM pertama hanya menggabungkan 2 sinyal. Pada perkembangan WDM,
beberapa sistem telah sukses mengakomodasikan sejumlah panjang-gelombang dalam sehelai serat optik yang masing-masing berkapasitas 2,5 Gbps sampai 5 Gbps. Namun penggunaan WDM menimbulkan permasalahan baru, yaitu ke-nonlinieran serat optik dan efek dispersi yang kehadirannya semakin signifikan yang menyebabkan terbatasnya jumlah panjang-gelombang 2-8 buah saja, sehingga dari permasalahan tersebut muncullah pengembangan dari WDM yang dikenal dengan dense wavelength division multiplexing (DWDM) dan coarse wavelength division multiplexing (CWDM).
2.5 Gigabit Passive Optical Network (GPON)
GPON merupakan salah satu teknologi yang dikembangkan oleh ITU-T via G.984 dan hingga kini bersaing dengan GEPON (Gigabit Ethernet PON), yaitu PON versi IEEE yang berbasiskan teknologi Ethernet. GPON mempunyai dominansi pasar yang lebih tinggi dan roll out lebih cepat dibanding penetrasi GEPON. Hal ini karena arsitektur GPON seperti pada gambar 2.11 lebih unggul dibandingkan arsitektur GEPON.
Standar GPON G.984 mendukung bit rate yang lebih tinggi, perbaikan keamanan, dan pilihan protokol layer 2 (ATM, GEM, atau Ethernet). Baik GPON ataupun GEPON, menggunakan serat optik sebagai medium transmisi. Satu perangkat akan diletakkan pada sentral, kemudian akan
mendistribusikan trafik Triple Play (Suara/VoIP, Multi Media/Digital Pay TV dan Data/Internet) hanya melalui media 1 core kabel optik disisi subscriber atau pelanggan. Yang menjadi ciri khas dari teknologi ini dibanding teknologi optik lainnya semacam SDH adalah teknik distribusi trafik dilakukan secara pasif. Dari sentral hingga ke arah subscriber akan didistribusikan menggunakan splitter pasif (1:2, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32, 1:64)
GPON menggunakan TDMA sebagai teknik multiple access upstream dengan data rate sebesar 1.2 Gbps dan menggunakan broadcast kearah downstream dengan data rate sebesar 2.5 Gbps. Selain itu GPON mempunyai DBA (Dinamic Bandwith Allocation) yang berfungsi dalam
Tabel 2.4 Spesifikasi Pada GPON
Items Deskripsi Target
Performansi layanan dan QoS Full Services(19/100 Base-T, Voice, Leased lines) Bit Rates 1.25 Gb/s symmetric dan 155 Mb/s & 622 Mb/s upstream Jarak pencapaian fisik maksimum Max 20 km dan Max 10 km
Logical Reach Branches
Max 60 km (for ranging protocol) Max 64 pada layer fisik
Max 128 pada layer TC
Alokasi panjang gelombang
Downstream : 1480 – 1500 nm Upstream: 1260 – 1360 nm Kelas ODN Kelas A, B, dan C (sama seperti persyaratan B-PON)
Model paketisasi data menggunakan GEM (GPON Encapsulation Methode) atau ATM cell untuk membawa layanan TDM dan packet based. GPON jadi memiliki efisiensi bandwidth yang lebih baik dari BPON (70 %), yaitu 93 %.
2.6 Parameter Ukur Jaringan Link Budget FTTH
Suatu kegiatan yang dilakukan untuk mengetahui nilai dari parameter suatu kabel dan atau perangkat akses fiber optik. Parameter pengukuran kabel fiber optik meliputi redaman, loss sambungan, jarak kabel, redaman end to end, power level, dan continuitas. Adapun pengukuran perangkat aktif akses fiber optik meliputi power transmit, power recieve, BER dan sensitivitas
2.6.1. Power Link Budget
Perhitungan link budget untuk mengetahui batasan redaman total yang diijinkan antara daya keluaran pemancar dan sensitivitas penerima. Perhitungan ini dilakukan berdasarkan standarisasi ITU-T G.984 dan juga peraturan yang diterapkan oleh PT. Telkom Indonesia yaitu jarak tidak lebih dari 20 km dan redaman total tidak lebih dari 28 dB.
L.αserat Nc.αc Ns.αs tot α Sp ……….(2.9)
Sedangkan untuk perhitungan margin menggunakan rumus;
M = ( Pt – Pr ) - α total - SM ………...(2.10) Keterangan :
Pt = Daya keluaran sumber optik ( dBm)
Pr = Sensitivitas daya maksimum detektor ( dBm) SM = Safety margin, berkisar 6-8 dB
α tot = Redaman Total sistem (dB) L = Panjang serat optik ( Km) α c = Redaman Konektor (dB/buah)
α s = Redaman sambungan ( dB/sambungan) α serat = Redaman serat optik ( dB/ Km) Ns = Jumlah sambungan
Nc = Jumlah konektor Sp = Redaman Splitter (dB)
Margin daya disyaratkan harus memiliki nilai lebih dari 0 (nol), margin daya adalah daya yang masih tersisa dari power transmit setelah dikurangi dari loss selama proses pentransmisian, pengurangan dengan nilai safety margin dan pengurangan dengan nilai sensitifitas receiver.
2.6.2. Performansi Sistem
Performansi sistem jaringan optik ditentukan oleh parameter parameter pendukung seperti daya sinyal yang diterima, perhitungannya dapat dilihat dibawah ini ;
𝑷𝒓=𝑷𝒕−𝑳𝒄𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍−𝑳𝒔𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍−𝑳𝒇𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍−𝑴………….. (2.12) 𝑳𝒕=𝟐.𝑳𝒄𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍+𝒏.𝑳𝒔𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍+𝑳𝒇𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍+𝑴……… (2.13) Berdasarkan dua rumus 2.12 dan 2.13 dapat disimpulkan bahwa ;
𝑷𝒓=𝑷𝒕− 𝑳𝒕 ……... (2.14) Keterangan :
Pr = sensitivitas daya maksimum detektor (dBm)
Pt = daya optis yang dipancarkan dari sumber cahaya (dBm) Lctotal = rugi yang terjadi pada konektor (dB/Km)
Lstotal = rugi yang terjadi pada splice sammbungan permanen (dB) Lftotal = rugi yang terjadi pada serat optik (dB), dapat dirumuskan ;
𝑳𝒇𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍=𝑳×𝜶f ………..…... (2.15)
Keterangan :
L = Panjang saluran optik (Km)
𝜶f = Redaman kabel serat optik (dB/Km) M = Loss margin system
