ANALISIS PERFORMANSI JENIS FORMAT MODULASI PADA NG-PON2 MENGGUNAKAN TEKNOLOGI TWDM

Transkripsi

1 Proceedings Seminar Nasional Pendidikan Teknik Elektro 2017 ANALISIS PERFORMANSI JENIS FORMAT MODULASI PADA NG-PON2 MENGGUNAKAN TEKNOLOGI TWDM Dwiki Kurnia 1, Akhmad Hambali 2, dan Brian Pamukti 3 1 Mahasiswa Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi, Universitas Telkom dwikikurnia@student.telkomuniversity.ac.id 2 Dosen Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi, Universitas Telkom ahambali@telkomuniversity.ac.id 3 Dosen Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi, Universitas Telkom brianp@telkomuniversity.ac.id ABSTRAK Pada NG-PON2, teknik multiplexing yang telah distandarisasi oleh ITU-T yaitu Time-and- Wavelength Division Multiplexing (TWDM). Penelitian ini menganalisis pengaruh jenis format modulasi terhadap performansi dari jaringan NG-PON2 berbasis TWDM. Perlu dilakukan beberapa skenario simulasi, pertama dengan mengubah format modulasi yang digunakan dengan RZ, NRZ, RZ-DPSK, dan RZ-DQPSK. Skenario kedua dengan mengubah agregasi OLT yaitu 4λ dan 8λ pada setiap skenario pertama. Parameter kualitas yang digunakan yaitu Q-Factor dan Bit Error Rate (BER). Berdasarkan kedua skenario tersebut, didapatkan hasil yang paling baik yaitu format modulasi NRZ pada 4λ dan 8λ dengan hasil BER x dan x Kata Kunci: Format Modulasi, Komunikasi Serat Optik, NG-PON2, TWDM. ABSTRACT In NG-PON2, multiplexing techniques that have been standardized by ITU-T is TWDM. This research analyzed the influence of type of modulation format toward the performance of TWDM based NG- PON2 network. Several simulation scenarios were performed, first by changing the modulation format used with RZ, NRZ, RZ-DPSK, and RZ-DQPSK. The second scenario was by changing the aggregation of OLT used of 4λ and 8λ. Quality parameters used are Q-Factor and Bit Error Rate (BER). Using several scenarios, the best result is NRZ modulation format at 4λ and 8λ with the result of BER x dan x 10-42, respectively. Keywords: Format Modulation, Optical Communication System, NG-PON2, TWDM. 136

2 Dwiki Kurnia, Analisis Performansi Jenis Format Modulasi pada NG-PON2... PENDAHULUAN Pada era serba digital ini, kebutuhan bandwidth dan kecepatan transfer data semakin meningkat dengan pesat. Keterbatasan bandwidth dan laju bit yang belum cukup untuk menangani layanan broadband merupakan alasan bagi para pengembang jaringan akses untuk meneliti teknologi yang dapat menyelesaikan permasalahan tersebut. Permasalahan tersebut terpecahkan saat ditemukannya teknologi jaringan akses optik. Jaringan akses optik dipilih karena kebutuhan layanan masa kini yang terus meningkat sehingga dibutuhkan jaringan akses yang mampu melayani layanan suara, data, maupun video kualitas tinggi dengan performansi yang sangat baik. Jaringan akses optik yang sering dipakai yaitu pengembangan dari teknologi Passive Optical Network (PON). Salah satu teknologi PON yang sedang dikembangkan saat ini yaitu NG- PON2. NG-PON2 digagas dengan tujuan untuk memenuhi kebutuhan teknologi komunikasi masa depan yang membutuhkan bandwidth yang besar. Teknologi NG-PON2 telah distandarisasi pada tahun 2015 oleh ITU- T. Persyaratan utama pada NG-PON2 untuk laju bit rate terdapat 3 macam dengan yaitu 2.5 simetris upstream dan downstream, 2.5 Gbps downstream dan 10 Gbps upstream, dan 10 Gbps simetris upstream dan downstream dengan sistem utamanya yaitu TWDM-PON (Asaka dan Kani, 2015: 2). Pada NG-PON2, teknik multiplexingnya yang digunakan yaitu TWDM dengan skema Wavelength Division Multiplexing (WDM) pada saat downstream dan skema Time Division Multiplexing (TDM) pada saat upstream. Pada NG-PON2, untuk menghasilkan sistem NG-PON2 yang optimal maka diperlukan suatu format modulasi yang tepat. Format modulasi dapat mempengaruhi kualitas sinyal, kecepatan pengiriman, dan mengurangi efek dispersi (Israr dan Junaid, 2015: 77). Pada penelitian ini menganalisis pengaru format modulasi terhadap performansi dari jaringan NG-PON2 berbasis TWDM. 137 METODE Apabila Metodologi penelitian yang dilakukan pada penelitian ini yaitu sebagai berikut: 1. Studi Kepustakaan Bertujuan untuk mempelajari dasar teori dari literatur-literatur terkait penggunaan cahaya dalam sistem komunikasi dan jenisjenis komunikasi serial yang mungkin digunakan. 2. Perancangan Jaringan Bertujuan untuk merancang jaringan NG-PON2 berbasis TWDM dengan menggunakan berbagai jenis format modulasi dengan parameter agregasi OLT dan panjang gelombang pada perangkat lunak Optisystem. 3. Analisa Performansi Bertujuan untuk melakukan analisa performansi rancangan dengan mengacu pada parameter kualitas yaitu Q-Factor dan BER. 4. Kesimpulan Bertujuananalisa yang telah dilakukan. NG-PON2 Pada tahun 2010, Full Service Access Network (FSAN) Group menginisasi dan mulai menentukan standar yang digunakan untuk teknologi NG-PON2. FSAN merupakan forum dengan pembahasan mengenai teknologi telekomunikasi terbaru khususnya teknologi PON. Rekomendasi dari ITU-T mengenai NG-PON2 telah ditetapkan pada seri G.989 yang termasuk didalamnya yaitu G.989, G Pada G Pada Gambar 1 (Asaka dan Kani, 2015: 2) ditunjukan arsitektur umum pada NG-PON2. Gambar 1. Arsitektur NG-PON2

3 Proceedings Seminar Nasional Pendidikan Teknik Elektro 2017 Perlu dilakukan dua skenario simulasi, pertama dengan mengubah format modulasi yang digunakan dengan RZ, NRZ, RZ-DPSK, dan RZ-DQPSK. Skenario kedua dengan mengubah panjang gelombang yang digunakan pada setiap skenario pertama dengan 4λ dan 8λ. Dengan menggunakan kedua skenario tersebut didapatkan hasil yang paling baik yaitu format modulasi NRZ pada 4λ dan 8λ dengan hasil BER x dan x Terdapat beberapa rekomendasi dan persyaratan menurut (Caroll dkk, 2015) yang menjadi target utama pada teknologi NG- PON2 antara lain: 1. Dapat meningkatkan kapasitas agregasi setiap OLT dengan laju bit 40 Gbit/s. 2. Kecepatan yang diberikan pada setiap ONU yaitu dengan downstream 1 Gbit/s dan upstream 500 Mbit/s to 1 Gbit/s, 3. Mendukung lebih dari 64 ONU atau pelanggan setiap satu OLT, 4. Kompatibel dengan teknologi PON sebelumnya, 5. Mampu mencapai jarak maksimum 60 km. Pada tahun 2012, TWDN-PON terpilih sebagai solusi utama dari teknologi NG-PON2. Pemilihan ini dilihat dari beberapa parameter yaitu biaya implementasi sistem, kematangan teknologi, loss budget, kompleksitas sistem, dan tingkat kehematan daya. Dengan teknologi TWDM menurut (Caroll dkk, 2015) terdapat 3 macam laju bit rate yang dapat dilayani yaitu 2.5 Gbps simetris, 2.5 downstream dan 10 Gbps upstream, dan 10 Gbps simetris. FORMAT MODULASI Pada format modulasi RZ, transisi level sinyal bangkit selama beberapa atau semua periode bit yang mengandung timing informasi. Format RZ membutuhkan dua kali bandwidth NRZ dan juga tidak terdapat kemampuan koreksi dan deteksi error. Pada unipolar RZ, bit 1 direpresentasikan oleh setengah periode bit pertama atau kedua. Bit 0 direpresentasikan pada saat tidak adanya sinyal yang masuk selama periode bit. Kekurangan format RZ unipolar yaitu apabila banyak bit 0 selama periode bit yang lama, maka dapat menimbulkan rugi-rugi pada waktu sinkronisasi (G. Keiser, 2010). Gambar 2. Blok transmitter RZ Pada format modulasi NRZ, mengirim setiap data stream secara serial dan on-off (unipolar) sinyal direpresentasikan sebagai bit 1 dari masukan arus atau cahaya yang masuk dan pada periode bit 0 sebagai tidak adanya cahaya yang masuk dan pulsa yang ditransmisikan. Format NRZ merupakan kode yang sederhana untuk membangkitkan dan mendeteksi sinyal. Kekurangan pada format NRZ yaitu tidak memiliki kemampuan untuk koreksi dan deteksi error maupun melakukan self clocking (G. Keiser 2010). Gambar 3. Blok transmitter NRZ RZ-DPSK dapat meningkatkan toleransi sistem untuk distorsi nonlinier dan untuk mencapai jarak transmisi yang lebih jauh. Pada RZ-DPSK, lebar pulsa optik lebih sempit dibandingkan dengan slot bit sehingga daya sinyal optik kembali ke nol setiap slot bit. Selanjutnya, untuk menghasilkan sinyal optik RZ-DPSK, digunakan perangkat tambahan yaitu intensity modulator (Zulia, 2016). 138

4 Dwiki Kurnia, Analisis Performansi Jenis Format Modulasi pada NG-PON2... Gambar 4. Blok transmitter RZ-DPSK DQPSK merupakan salah satu jenis dari PSK yang diperuntukkan pada laju bit rate dengan kecepatan tinggi. Sifat dari modulasi DQPSK yaitu mengirim bit dalam empat waktu fasa yaitu (0,+ π, π, π) ke 2 2 dalam satu rate simbol dari total bit rate. transmisi, dan receiver. Selanjutnya dari sistem tersebut, dilakukan pemodelan kombinasi topologi dengan menambah jumlah ODC. Penelitian ini memiliki 2 skenario penelitian, skenario pertama dengan mengubah format modulasi yaitu RZ, NRZ, RZ-DPSK, dan RZ-DQPSK. Skenario kedua yaitu mengubah 4λ dan 8λ pada setiap skenario pertama dengan kanal spasi 0.85 nm dimulai dari panjang gelombang nm. Kemudian dilakukan pemodelan sistem NG- PON2 sesuai dengan rancangan skenario pertama dan TWDM-PON secara umum berdasarkan ITU-T. Performansi jaringan dianalisis menggunakan nilai SNR, Q-Factor dan BER. Penelitian diakhiri dengan melakukan perbandingan terhadap setiap performansi skema. MODEL SISTEM Berikut ini diagram sistem TWDM- PON pada gambar 6 dibawah ini. Gambar 5. Skema modulasi DQPSK DQPSK memecah data stream menjadi dua dan menggunakan modulasi DPSK pada setiap stream dan menggunakan delay π pada salah satu stream yang kemudian 2 disatukan kembali dan menghasilkan empat shift fasa. Simbol informasi DQPSK dikodekan dalam satu fasa yang kemudian berubah-ubah setiap pergantian simbol satu dengan simbol lainnya. DQPSK lebih melihat perubahan itu sendiri yang diterjemahkan ke dalam fasa dibandingkan melihat satu fasa yang dideteksi secara utuh, sehingga sistem modulator dan demodulatornya menjadi lebih rumit (Condro, 2013). HASIL DAN PEMBAHASAN Metode penelitian pada mulanya menentukan parameter pada transmitter, Gambar 6. Diagram sistem TWDM-PON Model Perancangan sistem jaringan NG-PON2 berbasis teknologi TWDM mengacu pada Gambar 6. Terdapat beberapa bagian utama pada sistem jaringan tersebut yaitu bagian pengirim berupa OLT, bagian kanal transmisi, dan bagian penerima berupa ONU. Perancangan sistem ini menggunakan 4 OLT dan 8 OLT yang terdiri dari transmitter dan receiver. Pada blok transmisi ODN (Optical Distribution Network) yang terdiri dari serat optik G.652c serta dua tingkat titik pembagi dengan total rasio splitter 1:64. Pada 139

5 Proceedings Seminar Nasional Pendidikan Teknik Elektro 2017 bagian OLT dan ONU terdapat sistem format modulasi yang menjadi fokus utama dari penelitian ini. Tabel 1. Parameter transmitter NG-PON2 Parameter Nilai Bitrate per channel (DS) Bitrate per channel (US) Transmit power (DS) Transmit power (US) Channel spacing Bandwidth 10 Gbps 2.5 Gbps 3-8 dbm 3-9 dbm 100 Ghz 2.5 Ghz Bagian utama yang berfungsi sebagai pengirim informasi dari sentral ke pelanggan yaitu optical transmitter dengan nama perangkat OLT. Pada Tabel 1 (ITU-T G.989.2) dijelaskan parameter yang digunakan pada blok transmitter OLT sesuai rekomendasi ITU-T G Pada blok transmitter menggunakan agregasi 4 OLT dan 8 OLT dengan bitrate downlink per kanal yaitu 10 Gbps sehingga menghasilkan total agregasi bitrate 40 Gbps dan 80 Gbps. Pada arah uplink, bitrate per kanal yaitu 2,5 Gbps sehingga menghasilkan total agregasi bitrate 10 Gbps dan 20 Gbps. Daya pancar yang dapat digunakan pada transmitter downstream yaitu berkisar 3-9 dbm, namun pada penelitian ini menggunakan 7 dbm yang dihitung berdasarkan perhitungan manual Link Power Budget dibawah ini. αtot = L. αf + Nc. αc + Ns. αs + Sp αtot = (20x0.3) + (2x0.35) + (8x0.25) + (2x0.1) αtot = db Pr = 7 dbm db = dbm Pada saat menggunakan 7 dbm, dihasilkan daya terima sebesar dbm yang masih sesuai dengan spesifikasi daya terima berdasarkan ITU-T G Berikut tabel frekeunsi NG-PON2 Tabel 2. Frekuensi NG-PON2 Kanal Downstream (THz) Upstream (THz) Kanal spasi yang digunakan yaitu 100 THz atau 0.85 nm dengan panjang gelombang downstream dan upstream dimulai dari nm dan nm. Frekuensi dan panjang gelombang NG-PON2 pada Tabel 2 (ITU-T G.989.2) diterapkan pada penelitian ini. Pada penelitian ini menggunakan two stage dengan splitter pertama 1:2 diletakkan pada sisi ODC dan splitter kedua 1:8 diletakkan pada sisi ODP, ditambah satu splitter di sisi OLT. Berikut dibawah ini spesifikasi komponen distribusi pada Tabel 3. Tabel 3. Spesifikasi komponen distribusi Komponen Redaman (db) Konektor SC/UPC 0.25 Konektor SC APC 0.35 Sambungan 0.10 Splitter 1: Splitter 1: Splitter 1: Setelah cahaya ditransmisikan melewati ODN, cahaya tersebut sampai pada bagian penerima dengan terlebih dahulu melewati filter dan photodiode. Berikut parameter blok receiver pada Tabel 4 (ITU-T G.989.2). 140

6 Dwiki Kurnia, Analisis Performansi Jenis Format Modulasi pada NG-PON2... Tabel 4. Parameter receiver NG-PON2 Parameter Nilai Photodetector Bandwidth Filter type Temperature Responsivity APD 2.5 GHz Bessel 298 K 0.85 A/W Avalanched gain 10 Resistance 50 Ohm Ionization ratio 0.45 ANALISIS FORMAT MODULASI Gambar 8. Eye Diagram RZ 4λ dan 8λ Hasil eye diagram pada skenario format modulasi RZ dapat dilihat pada Gambar 8 dengan 4λ menghasilkan BER x10-15 dan Q-Factor Sedangkan dengan 8λ menghasilkan BER yang lebih baik yaitu x dan Q- Factor Gambar 7. Eye Diagram NRZ 4λ dan 8λ Hasil eye diagram pada skenario format modulasi NRZ ditunjukkan pada Gambar 7 dengan 4λ menghasilkan BER x dan Q-Factor Sedangkan dengan 8λ menghasilkan BER yang lebih baik yaitu x dan Q- Factor

7 Proceedings Seminar Nasional Pendidikan Teknik Elektro 2017 BER x dan Q-Factor Sedangkan dengan 8λ menghasilkan BER yang lebih baik yaitu x dan Q- Factor Tabel 3. Hasil BER 4λ FM Bit Error Rate Q-Factor RZ x NRZ x RZ-DPSK x Gambar 9. Eye Diagram RZ-DPSK Hasil eye diagram pada skenario format modulasi RZ-DPSK dapat dilihat pada Gambar 9 dengan 4λ menghasilkan BER x dan Q-Factor Sedangkan dengan 8λ menghasilkan BER yang lebih baik yaitu x dan Q- Factor RZ-DQPSK x Berdasarkan Tabel 3, dapat disimpulkan bahwa format modulasi dengan BER yang paling baik yaitu format modulasi NRZ dengan nilai BER sebesar x Tabel 4. Hasil BER 8λ FM Bit Error Rate Q-Factor RZ x NRZ x RZ-DPSK x RZ-DQPSK x Berdasarkan Tabel 4, format modulasi dengan BER terbaik pada 8λ yaitu format modulasi NRZ dengan nilai BER sebesar x dan Q-Factor sebesar SIMPULAN Format modulasi RZ, NRZ, RZ- DPSK, dan RZ-DQPSK dapat digunakan pada jarak 20 km pada agregasi OLT 4λ dan 8λ. Berdasarkan perbandingan bit error rate pada empat format modulasi yang diuji, didapatkan format modulasi terbaik yaitu NRZ pada 4λ maupun 8λ demgam BER yang dihasilkan sebesar x dan x Gambar 10. Eye Diagram RZ-DQPSK Hasil eye diagram pada skenario format modulasi RZ-DQPSK dapat dilihat pada Gambar 10 dengan 4λ menghasilkan DAFTAR PUSTAKA Asaka, K., & Kani. (2015: 2). Standardization Trends for Next-Generation Passive Optical Network Stage 2 (NG-PON2). 142

8 Dwiki Kurnia, Analisis Performansi Jenis Format Modulasi pada NG-PON2... Caroll dkk. (2015). FSAN Highlights & NG-PON2 Standards Update. Hantoro dan Karyadi. (2013). Pengenalah FTTH. Jakarta: PT. Indobiz Connection. Israr, A., & Junaid. (2015: 77). Performance Analysis of Advance Optical Modulation Formats For GPON System. ITU-T G (2014). 40-Gigabitcapable passive optical networks 2 (NG- PON2): Physical media dependent (PMD) layer specification. Karimah, Z., N. (2016) Analisis Perbandingan Kinerja Modulator Optik Mach-Zender Berdasarkan Ragam Format Modulasi Melalui Serat Optik Non-Linier Pada Jaringan FTTH. Keiser, G. (2010). Optical Fiber Communication Third Edition, McGraw-Hill Higher Education. Prakoso, C. A,. (2013). Analisa Format Modulasi RZ dan NRZ - DQPSK Pada Sistem Komunikasi Optik 40G DWDM Multikanal.. 143