SIMULASI PERFORMANSI MODULASI DIRECT PADA JARINGAN FTTH DENGAN GIGABIT PASSIVE OPTICAL NETWORK (GPON) di PERUMAHAN BATUNUNGGAL pada OPTISYSTEM Zillya Fatimah Fakultas Teknik Elektro Universitas Telkom, Zillya.fatimah@gmail.com Abstraksi FTTH atau Fiber To The Home adalah teknologi arsitektur jaringan akses yang menggunakan serat optik sebagai media utamanya sampai dengan pelanggan. Perancangan FTTH dapat diuntungkan dengan menggunakan teknologi GPON (Gigabit Passive Optical Network) yang akan membuat pemasangannya menjadi lebih efisien dengan memecah jaringan dari ODP ke beberapa rumah. Pada penelitian ini dilakukan analisis dengan parameter kelayakan jaringan seperti power link budget, rise time budget, Signal to Noise Ratio (SNR), Bit Error Rate (BER), dan eye diagram yang didapatkan dari hasil simulasi dengan software Optisystem. Pada penelitian digunakan skema jaringan yang didapatkan dari daerah perumahan Batununggal yang dianalisis pada ODC FBG dan distribusi FBG 43 FBG 54. Pada jaringan ini menggunakan transmitter yang menggunakan modulasi direct sesuai spesifikasi dari datasheet. Pada akhir penelitian didapatkan daya keluaran transmitter pada modulasi direct sebesar 1.334 dbm. Analisis power link budget memenuhi kelayakan karena didapatkan hasil daya terima yang lebih besar dari sensitivitas detektor yaitu -28 dbm. Untuk analisis rise time budget pada modulasi ini juga memenuhi kelayakan karena berada dibawah batas maksimum. Penggunaan NRZ yaitu 0,28 ns. dan BER yang didapatkan masih layak karena berada dibawah batas maksimum yaitu 10-9 Kata kunci : GPON, FTTH, Modulasi direct ABSTRACT FTTH or Fiber To The Home is architecture technology of access network that uses optical fiber as the main medium up to the customer. Designing FTTH can be advantaged with using technology GPON (Gigabit Passive Optical Network) that will make the installation more efficient with break up the networks of ODP to several homes. In this study, analysis of the feasibility of a network with network parameters such as power link budget, rise time budget, Signal to Noise Ratio (SNR), Bit Error Rate (BER) and eye diagram obtained from the simulation results with Optisystem software. In the study is used network scheme from residential Batununggalarea which is analyzed in ODC FBG and FBG 43 - FBG 54 for distribution. In this network using a transmitter that uses direct modulation according to the specifications of the datasheet. At the end of the study obtained at the transmitter output power direct modulation of 1.334 dbm. Analysis of the power link budget meets the eligibility for the results obtained greater acceptance of the sensitivity of the detector is -28 dbm. For the analysis rise time budget also meet eligibility because the total below the maximum limit. Using of NRZ is 0.28 ns.. And BER obtained are still worthy of being below the maximum limit is 10-9 keyword : GPON, FTTH, Direct Modulation 1. PENDAHULUAN Perkembangan teknologi telekomunikasi pada masa sekarang ini mengalami kemajuan yang sangat pesat. Hal ini dikarenakan adanya perkembangan masyarakat dan perkembangan layanan-layanan berbasis internet, sehingga kebutuhan terhadap bandwidth juga meningkat. Serat optik, sebagai salah
satu media transmisi yang dipercaya dapat menangani kebutuhan tersebut. PT. Telkom membangun jaringan serat optik hingga sampai kepada rumah pelanggan atau biasa disebut Fiber To The Home (FTTH). Jaringan FTTH tersebut menggunakan teknologi Gigabit Passive Optical Network (GPON). teknologi ini mempunyai bitrate yang tinggi hingga 2.5 Gbps untuk downstream dan 1.25 Gbps untuk upstream. 2. DASAR TEORI 2.1 Konsep Dasar FTTH Fiber to the Home (FTTH) merupakan suatu format penghantaran isyarat optik dari pusat penyedia (provider) ke kawasan pengguna dengan menggunakan serat optik sebagai medium penghantaran. Perkembangan teknologi ini tidak terlepas dari kemajuan perkembangan teknologi serat optik yang dapat mengantikan penggunaan kabel konvensional. Dan juga didorong oleh keinginan untuk mendapatkan layanan yang dikenal dengan istilah Triple Play Services yaitu layanan akan akses internet yang cepat, suara (jaringan telepon, PSTN) dan video (TV Kabel) dalam satu infrastruktur pada unit pelanggan. 2.2 GPON Komponen GPON 1. Sumber Cahaya Gamabar 2.1 Jaringan FTTH Sumber cahaya yang digunakan untuk memancarkan cahaya yang membawa informasi merupakan hasil pengubahan sinyal listrik menjadi sinyal optik. Sumber cahaya yang digunakan dalam teknologi GPON adalah Injection Laser Diode (ILD). Jenis ILD yang digunakan pada sistem GPON antara lain Fabry Perot Laserdan Distributed Feedback Laser (DFB), dengan lebar spektrum masing-masing 3 nm da 1 nm. 2. Serat Optik Jenis serat optik yang digunakan dalam GPON yang diaplikasikan untuk komunikasi jarak jauh harus memiliki kemampuan untuk membawa banyak sinyal dengan laju bit yang tinggi. Dari dua jenis serat optik yang ada yaitu single mode dan multimode, yang digunakan sebagai media transmisi teknologi GPON adalah jenis single mode, hal ini dikarenakan daerah kerja panjang gelombang single mode lebih tinggi daripada daerah kerja panjang gelombang multimode. Sehingga serat optik jenis
ini lebih sesuai digunakan pada trasmisi jarak jauh yang memerlukan transmisi kecepatan tinggi dan rugi -rugi yang kecil. 3. Optical Line Termination (OLT) Optical Line Termination (OLT) sebagai daerah pusat dari sistem jaringan. OLT merupakan gabungan dari CWDM, Gigabit-capable Ethernet (GbE) dan SONET / SDH yang dipergunakan untuk mentransmisikan suara, data, dan video yang melewati fungsi untuk melakukan konversi dari sinyal elektrik menjadi optik. 4. Optical Network Terminal (ONT) Optical Network Terminal (ONT) berada di sisi pelanggan dari sistem jaringan. Optimate 1000NT (ONT) mempunyai tugas utama yaitu dipergunakan untuk mentransmisikan suara, data, dan video yang melewati jaringan Gigabit-capable Passive Optical Network(GPON) kepada para pelanggan dan OLT. 5. Flex Manage Flex Manage yang adalah suatu software untuk memonitor dari layanan GPON. Flex Manage merupakan solusi dari management jaringan dari FlexLight yang dirancang berdasarkan sistem yang berbasiskan web. 6. Splitter Splitter adalah Optical Fiber Coupler sederhana yang membagi sinyal optik menjadi beberapa path (multiple path) atau sinyalsinyal kombinasi dalam satu path. Selain itu, splitter juga dapat berfungsi untuk merutekan dan mengkombinasikan berbagai sinyal optik 7. Splicer Alat sambung serat optik dikenal dengan sebutan fusion spliceryaitu suatu alat yang digunakan untuk menyambung core serat optik yang berbasis kaca yang mengimplementasikan daya listrik yang sudah diubah menjadi sebuah media sinar berbentuk sinar laser yang berfungsi memanasi 8. Konektor Konektor terdapat pada ujung dari serat optik yang terhubung langsung pada perangkat. Konektor pada fiber optik terbuat dari material yang sederhana seperti plastic, karet, dan kaca sehingga lebih praktis. 2.3 Modulasi Direct Modulasi direct terjadi pada sumber cahaya, dimana proses modulasi dilakukan dengan memodulasi arus drift sesuai dengan pesan sinyal. Proses modulasi directjuga biasa disebut directly modulated laser (DML).Pada modulasi direct cahaya dipancarkan dari sumber laser semikonduktor hanya jika tanda pengiriman sinyal mempresentasikan nilai 1, idealnya tidak ada cahaya yang di emisi ketika 0 dipancarkan.
Gambar 2.2 Skema modulasi optic secara direct 2.4 BER Bit error rate merupakan laju kesalahan bit yang terjadi dalam mentransmisikan sinyal digital. Sensitivitas merupakan daya optik minimum dari sinyal yang datang pada bit error rate yang dibutuhkan. Kebutuhan akan BER berbeda-beda pada setiap aplikasi, sebagai contoh pada aplikasi komunikasi membutuhkan BER bernilai 10-10 atau lebih baik, pada beberapa komunikasi data membutuhkan BER bernilai sama atau lebih baik dari 10-12. BER untuk sistem komunikasi optik sebesar 10-9. 2.5 Power Link budget Link power budget dihitung sebagai syarat agar link yang kita rancang dayanya melebihi batas ambang dari daya yang dibutuhkan. Untuk menghitung Link power budget dapat dihitung dengan rumus : α tot = L. α serat + Nc.αc + Ns.αs + Sp Keterangan : αtot = Redaman Total sistem (db) L = Panjang serat optik ( Km) Αc = Redaman Konektor (db/buah) αs = Redaman sambungan ( db/sambungan) αserat = Redaman serat optik ( db/ Km) Ns = Jumlah sambungan Nc = Jumlah konektor Sp = Redaman Splitter (db) 2.6 Rise time budget Rise time budget merupakan metode untuk menentukan kerterbatasan akibat pengaruh dispersi pada saluran transmisi. Tujuan dari metode ini adalah untuk menganalisa apakah unjuk kerja jaringan secara keseluruhan telah tercapai dan mampu memenuhi kapasitas kanal yang diinginkan. Umumnya degradasi total waktu transisi dari link digital tidak melebihi 70 persen dari satu periode bit NRZ (Non-retum-to-zero)atau 35 persen dari satu periode bit untuk data RZ (return-to-zero). Untuk menghitung Rise Time budget dapat dihitung dengan rumus : t total = (t tx ² + t mat ² + t mod + t rx ²)½
Keterangan : ttx = Rise time transmitter (ns) trx = Rise time receiver (ns) tmod = bernilai nol (untuk serat optik single mode) tmaterial = σ x L x Dm σ = Lebar Spektral (nm) L = Panjang serat optik (Km) Dm = Dispersi Material (ps/nm.km) 2.7 Optisystem Optisystem merupakan sebuah paket simulasi yang inovatif untuk sistem komunikasi optik yang dapat merancang, menguji, dan mengoptimalkan secara virtual, hampir semua link optik di lapisan fisik untuk spektrum yang luas dari jaringan optik. Perangkat lunak ini merupakan system level simulator yang didasarkan pada pemodelan realistis sistem komunikasi serat optik. Opti System memiliki library yang cukup lengkap untuk komponen-komponennya. Perangkat ini memiliki kemampuan dapat dengan mudah dihubungkan dengan berbagai komponen yang ada di dalamnya. 3. PERANCANGAN DAN SIMULASI SISTEM 3.1 Sample Lokasi Table 3.1 data jaringan ODC dan ODP ODC ODP Jarak ODC-ODP (km) Jumlah splitter FBG FBG-54 0.224 1 FBG-53 0.337 1 FBG-52 0.538 1 FBG-51 0.71 2 FBG-50 0.872 1 FBG-49 0.952 2 FBG-48 1.027 2 FBG-47 1.276 2 FBG-46 1.349 2 FBG-45 1.481 1 FBG-44 1.572 2 FBG-43 1.659 2 3.2 Simulasi Jaringan a. Blok Transmitter
Gambar 3.2 Blok OLT Modulasi Direct Pada modulasi direct, komponen yang dibutuhkan adalah PRBS sebagai pembangkit bit, lalu dengan menggunakan line coding NRZ, dan komponen DML sebagai pemodulasi langsung. b. Blok feeder Gambar 3.3 Blok Feeder Dapat dilihat blok feeder dengan panjang fiber sesuai dengan denah jaringan yaitu 4.04 km, serta terdapat konektor dan splice. c. Blok ODC Gambar 3.4 Blok ODC Pada blok ODC terdapat lima splitter 1:4 agar dapat terhubung dengan semua splitter yang ada di masingmasing ODP d. Blok ditribusi Gambar 3.5 Blok Distribusi Pada kabel distribusi terdapat panjang fiber yang berbeda-beda tergantung dari panjang ODC ke ODP, serta terdapat juga konektor dan splicing. Kabel distribusi ini terdapat total 19 core.
e. Blok ODP Penerima Gambar 3.6 blok ODP ke Penerima Pada Gambar 3.6 dapat dilihat splitter yang terdapat pada ODP terhubung dengan perangkat receiver yang ada di penerima. Pada gambar diatas akan dilihat sampel ujicoba dari panjang fiber yang berbeda yaitu 25 m, 50 m, 75 m, dan 100 m. Dan pada simulasi akhir akan dilihat performansi dari jaringan yang telah disimulasikan dengan BER analyzer untuk dapat melihat BER dan eye diagram. Dan berikut adalah gambaran secara ringkas dari satu pengirim ke penerima yang akan digambarkan pada simulasi berikut : Gambar 3.7 Jaringan FTTH pada optisystem
4. PENGUJIAN dan ANALISIS HASIL SIMULASI Berikut adalah tahap untuk menganalisis performansi yang dihasilkan dari modulasi direct Analisis ini diawali dengan menghitung kelayakan dari jaringan yang akan dilihat apakah sistem dapat memenuhi kelayakan power link budget dan rise time budget. Setelah kedua sistem memenuhi kelayakan tersebut, makal langkah selanjutnya adalah menganalisis performansinya dari hasil simulasi dengan software Optisystem berupa BER dan SNR, serta akan dilihat juga bentuk eye diagram sebagai gambaran untuk melihat kualitas jaringan. 4.1 Analisis perhitungan Power Link budget Untuk menganalisis performansi dari modulasi direct dan eksternal, terlebih dahulu dihitung power link budget untuk mengetahui apakah data yang ada sampai dengan baik ke sisi pelanggan, perhitungan ini dilakukan pada jarak terjauh dan terdekat. Sebelumnya dilakukan pengukuran terhadap power keluaran transmitter yang diukur dengan Optical Power Meter (OPM) yang dapat dilihat pada gambar berikut : Gambar 4.1 Daya keluaran modulasi direct dengan jarak terdekat Gambar 4.2Daya keluaran modulasi direct dengan jarak terjau Pada hasil pengukuran dari OPM diatas, dari dua skema modulasi baik untuk jarak terjauh dan terdekat tidak ada perbedaan terlalu jauh. loss dari STO ke ODC αtot = L. αkabel + Nc.αc + Ns.αs + Sp αtot = (4,04 Km x 0,2 db/km) + (5 x 0,25 db) + (4 x 0,1 db) + (7,8 db) αtot = 10,258 db loss dari ODC ke ODP αtot = L. αkabel + Nc.αc + Ns.αs + Sp αtot = (0,224 Km x 0,2 db/km) + (1 x 0,25 db) + (1 x 0,1 db) + (11 db) αtot = 11,3948 db loss dari ODP ke ONT αtot = L. αkabel + Nc.αc + Ns.αs αtot = (0,025 Km x 0,2 db/km) + (1 x 0,25 db) + 0 αtot = 0,255 db
loss total αtot = 10,258 db + 11,3948 db + 0,255 db αtot = 21,9078 db Sehingga : Prx = Ptx - tot Prx = 2,388 dbm 21,9078 db Prx = -19,5198 dbm Maka : Prx Sensitifitas Detektor -19,5198 dbm -28 dbm Nilai Prx pada jaringan optik masih berada di atas sensitifitas detektor ONU/ONT.Semakin positif nilai Prx nya, maka sistem tersebut semakin baik. Hal ini berarti bahwa hasil link power budget pada jaringan optik dengan jarak terdekat pada modulasi direct telah memenuhi syarat kelayakan 4.2 Analisis perhitungan Rise time budget Langkah selanjutnya adalah perhitungan rise time budget dengan data-data yang didapatkan sebagai berikut : Lebar Spektral (Δσ) (DML/EML) Dispersi material (Dm) Rise time transmitter (ttx) (DML/EML) Rise time receiver (trx) : 0,5 nm / 0,3 nm : 18 ps/nm.km : (100x10-3 /30x10-3 )ns : 200x10-3 ns Berikut dilakukan perhitungan rise link budget dengan modulasi direct pada jarak terdekat yaitu pada STO ke ODP FBG-54 hingga ke pelanggan yaitu 4,289 km.bit Rate uplink (Br) = 2,5 Gbps, sehingga : Menentukan t intramodal : tmaterial = σ x L x Dm tmaterial = 0,5 nm x 4,289 Km x 0.018 ns/nm.km = 0.038601 ns tmod = 0, karena single mode Sehingga besarnya untuk serat optik singlemode: t total = (t tx ² + t mat ² + t mod + t rx ²)½ = [(0.1)² +(0.038601)² + (0.2)²] 1/2 = 0.2269 ns Dari hasil perhitungan rise time total sebesar 0.2269 ns masih dibawah maksimum rise time dari bit rate sinyal NRZ sebesar 0.28 ns. Berarti dapat disimpulkan bahwa sistem memenuhi rise time budget. Sedangkan dengan cara yang sama pada jarak terjauh yaitu dari STO ke ODP FBG -43 dengan jarak 5,799 didapatkan total sebesar 0.2729 ns yang juga memenuhi rise time budget.
4.3 Analisis BER, SNR, dan Eye Diagram ODP User Jarak ODC- ODP (km) FB3 43 Jarak ODP-ONT (Km) Loss total (db) Faktor Q BER SNR User 1 1,659 0,025 22.825 12.7235 2.188E-037 34.2069 User 2 1,659 0,050 22.302 13.6439 1.0967E-042 35.4598 User 3 1,659 0,075 22.284 11.4397 1.3210E-030 35.1031 User 4 1,659 0.1 22.305 12.2763 6.0715E-035 35.0796 User 5 1,659 0,025 22.275 11.961 2.8264E-033 35.2066 User 6 1,659 0,050 22.301 13.6966 5.3212E-043 34.768 User 7 1,659 0,075 22.261 12.1039 5.0141E-034 34.4051 User 8 1,659 0,1 22,286 11.918 4.9505E-033 34.5972 Hasil modulasi menghasilkan kualitas yang jauh diatas standar yang ditetapkan untuk BER yaitu 10-9.Sehingga hasil modulasi ini masih dapat dikatakan layak untuk digunakan di lapangan.dari eye diagram, untuk mengetahui kualitas dari sinyal dapat dilihat dari bentuk,dari grafik yang dihasilkan. Jika bentuk dari grafik semakin sempurna membentuk sebuah mata maka jaringan dikatakan bagus, namun jika pada grafik dihasilkan bentuk yang tidak sempurna maka dapat dikatakan bahwa kulitas jaringan tersebut tidak sempurna, bisa disebabkan oleh noise dan redaman dari jaringan. Dan berikut adalah hasil dari eye diagram yang dihasilkan BER analyzer dari Optisystem dengan mengambil sampel pada jarak terjauh yaitu ODP FBG-43 pada modulasi direct. Gambar 4.1Eye Diagram pada Modulasi Directs Pada gambar 4.1 dapat dilihat bahwa gambar grafik yang dihasilkan tidak sempurna membentuk mata, dan pada bagian atas dan bawah dari eye diagram terdapat banyak sinyal yang tidak beraturan yang menggambarkan bahwa sinyal mendapatkan noise dan redaman yang cukup besar. Hal ini berarti pada modulasi direct dihasilkan kualitas sinyal yang tidak begitu baik.
5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 1. Berdasarkan analisis yang diukur dari optical power meter (OPM), didapatkan daya keluaran dari modulasi direct yang cukup besar 2. Pada perhitungan power link budget baik modulasi direct sudah layak dan memenuhi syarat yaitu berada diatas sensitifitas minimum dari detektor sebesar -28 dbm. 3. Pada perhitungan rise time budget, modulasi direct memenuhi kelayakan rise time 4. Pada analisa BER dengan software Optisystem juga telah memenuhi kelayakan nilai BER yaitu 10-9 5.2 Saran Penelitian penggunaan modulasi direct selanjutnya diharapkan dapat mengukur langsung ke lapangan agar mendapatkan hasil yang akurat. Serta dapat mencari lebih dalam tentang penggunaan modulai direct di lapangan.
DAFTAR PUSTAKA [1] G.Keiser. 1991. Optical Fiber Communication. Mc Graw Hill Inc. United Kingdom [2] Prawira Surya Gandaatmaja, Ridhwan.Analisis Simulasi Performansi Modulasi Direct Dan Eksternal Pada Jaringan Ftth Dengan Gigabit Passive Optical Network (Gpon).Bandung: Universitas Telkom.2015 [3]Rizki Yulizar,Nur. Analisis Perancangan Teknologi Hybrid Gpon Dan Xgpon Pada Jaringan Ftth Di Perumahan Batununggal.).Bandung: Universitas Telkom.2015