BAB II DASAR TEORI 2.1 Umum Teknologi serat optik merupakan suatu teknologi komunikasi yang sangat bagus pada zaman modern saat ini. Pada teknologi ini terjadi perubahan informasi yang biasanya berbentuk sinyal listrik menjadi sinyal cahaya dan kemudian disalurkan melalui kabel serat optik dan diterima pada sisi penerima untuk diubah kembali menjadi sinyal listrik. Jaringan Lokal Akses Fiber (JARLOKAF) merupakan contoh suatu teknologi komunikasi dengan serat optik sebagai media transmisi. Sebelum serat optik digunakan dalam sebuah jaringan telekomunikasi maka perlu dilakukan suatu perhitungan dan analisis power link budget (anggaran daya) agar suatu sistem komunikasi optik dapat berjalan dengan lancar dan baik. Hal ini sangat penting dilakukan untuk mengetahui kualitas suatu jaringan, biaya, dan prediksi lamanya usia suatu jaringan telekomunikasi serta untuk mengetahui kelayakan suatu jaringan dalam mengirirm informasi. 2.2 Serat Optik Serat optik merupakan helaian optik murni yang sangat tipis (tebalnya setipis rambut manusia) dan dapat membawa data informasi digital untuk jarak jauh. Helaian tipis ini tersusun dalam bundelan yang dinamakan kabel serat optik dan berfungsi mentransmisikan (mengirim) cahaya, hampir tanpa kerugian. Dimana artinya, cahaya yang berhasil dikirim dari satu tempat ke tempat lain 5
hanya mengalami kehilangan sinyal dalam jumlah yang sangat sedikit. Gambar 2.1 menunjukkan struktur serat optik secara umum. Gambar 2.1 Struktur Serat Optik[1] Dalam Gambar 2.1 terlihat bahwa bagian - bagian dari serat optik biasanya terdiri dari inti (core) yaitu untuk menentukan cahaya merambat dari satu ujung ke ujung lainnya, pembungkus (cladding) yaitu bagian optikal terluar yang mengelilingi inti yang berfungsi sebagai cermin, yakni memantulkan cahaya agar dapat merambat ke ujung lainnya, serta jaket penyangga (coating) yang berfungsi melindungi serat dari temperatur dan kerusakan[1]. 2.3 Jenis 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, terlihat pada Gambar 2.2 bahwa 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 6
diameter cladding, konstruksi demikian dibuat untuk mengurangi atenuasi akibat adanya fading. Single-mode fiber sangat baik digunakan untuk menyalurkan informasi jarak jauh karena di samping atenuasi yang kecil juga mempunyai jangkauan frekuensi yang lebar[2]. Gambar 2.2 Serat Optik Single-mode index[1] 2. Serat Optik Multi-mode Graded Index Multi-mode graded index dibuat dari bahan multi component glass atau dapat juga dibuat dari silca glass baik untuk core maupun claddingnya. Serat optik tipe ini, indeks biasnya berubah secara perlahan-lahan (graded index multi-mode). Pada indeks bias ini perubahan 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. Kriteria diameter serat optik terdiri dari diameter core serat optik berkisar 30 60 μm dan diameter cladding berkisar 100 150 μm. Atenuasi minimum adalah sebesar 0.70 db/km pada panjang gelombang 1180 nm dan lebar pita frekuensi sebesar 150 Mhz sampai dengan 2 Ghz. Berdasarkan kriteria ini maka jenis serat optik ini sangat ideal untuk 7
menyalurkan informasi pada jarak menengah dengan menggunakan seumber cahaya LED maupun LD (Laser Diode). Perambatan cahaya pada jenis Multi-mode graded index dapat dilihat pada Gambar 2.3. Gambar 2.3 Serat optik Multi-mode graded index [1] 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[2]. Perambatan cahaya pada jenis Multi-mode step index dapat dilihat pada Gambar 2.4. Gambar 2.4 Serat optik Multi-mode step index [1] 8
2.4 Rugi 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 adalah salah satu karakteristik yang penting dari serat optik, dimana rugi-rugi ini menghasilkan penurunan dari daya cahaya dan juga penurunan bandwidth 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. 2.4.1 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 dan mode coupling a. Rayleigh scattering Rayleigh scattering terjadi pada seluruh serat yang diakibatkan karena struktur gelas yang tidak rata, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.5. 9
Struktur ini memindahkan sebagian dari berkas cahaya yang seharusnya merambat langsung melalui serat optik. Gambar 2.5 Rugi - rugi karena Rayleigh scattering[1] b. Microbending Microbending dapat terjadi secara tidak sengaja seperti misalnya serat optik yang mendapat tekanan cukup keras sehingga cahaya yang merambat didalamnya akan berbelok dari arah transmisi dan hilang. Hal ini menyembabkan terjadinya rugi rugi. Fenomena ini dapat dilihat pada Gambar 2.6. Gambar 2.6 Rugi rugi karena mikrobending[1] c. Mode coupling Gambar 2.7 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 terjadi pada sambungan serat (connection & splices) bila ujung serat disatukan. 10
Gambar 2.7 Rugi rugi karena mode kopling[1] 2. Penyerapan (absorption loss) Rugi-rugi akibat penyerapan dibedakan menjadi dua macam, yaitu serapan intriksik yang merupakan sifat alamiah kaca atau gelas, dan serapan ekstrinsik yaitu karena adanya ketidakmurnian dalam serat. Rugi-rugi ini terutama disebabkan karena adanya molekul-molekul air dalam inti gelas seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.8. Gambar 2.8 Rugi rugi karena penyerapan [1] 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 Ada 3 (tiga) macam cara melakukan penyambungan serat optik yaitu busur api, mekanis dan konektor. Rugi rugi ini terjadi akibat sambungan pada core 11
serat optik yang satu dengan yang lain. Redaman terjadi karena goresan maupun debu yang ada pada permukaan core serat optik yang akan disambung. Masalah yang sering terjadi adalah karena kesalahan sambungan maupun putusnya sambungan. 2. Rugi rugi karena pantulan Fressnell Terjadi bila cahaya melewati antara dua buah material dengan indeks bias yang berbeda. Cahaya yang jatuh tegak lurus pada sebuah permukaan tidak dapat seluruhnya, melampaui permukaan tersebut, sebagian cahaya akan direfleksikan, seperti pada Gambar 2.9. Gambar 2.9 Rugi - rugi karena pantulan Fressnell 3. Rugi rugi karena bengkokan Rugi rugi bengkokan terjadi karena pengaruh dari luar yang mengakibatkan kondisi core tidak seperti biasa (mengalami pembengkokan) [3]. 2.5 Jaringan Lokal Akses Fiber (JARLOKAF) Jaringan kabel lokal serat optik paling sedikitnya terdapat 2 perangkat aktif (Opto Elektrik) yang dipasang di Central Office dan yang satu lagi dipasang di dekat dan atau di lokasi pelanggan selanjutnya disebut Titik Konversi Optik (TKO)[4]. Berdasarkan perbedaan letak TKO maka terdapat beberapa konfigurasi ataupun modus aplikasi, antara lain sebagai berikut: 12
1. Fiber To The Building (FTTB) Titik Konveresi Optik (TKO) 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]. Arsitektur FTTB dapat dilihat pada Gambar 2.10 Gambar 2.10 Arsitektur FTTB[5] 2. Fiber To The Zone (FTTZ) Titik Konversi Optik (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[4]. Arsitektur FTTZ dapat dilihat pada Gambar 2.11. Gambar 2.11 Arsitektur FTTZ[5] 13
3. Fiber To The Curb (FFTC) Titik Konversi Optik (TKO) terletak disuatu tempat di luar bangunan, baik di dalam kabinet, di atas tiang maupun di manhole, terminal pelanggan dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga hingga beberapa ratus meer saja, FTTC dapat dianologikan sebagai pengganti titik pembagi[4]. Arsitektur FTTC dapat dilihat pada Gambar 2.12. Gambar 2.12 Arsitektur FTTC[5] 4. Fiber To The Tower (FTTT) Titik Konversi Optik (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) Titik Konversi Optik (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)[4]. Arsitektur jaringan FTTH dapat dilihat pada Gambar 2.13. 14
Gambar 2.13 Arsitektur jaringan FTTH [5] 2.6 Power Link Budget Dalam suatu sistem komunikasi serat optik, kita tidak akan lepas dari perhatian anggaran daya (power budget). Sistem komunikasi optik berjalan baik dan lancar apabila tidak kekurangan anggaran daya (power Budget). Anggaran daya merupakan suatu hal yang sangat menentukan apakah suatu sistem komunikasi optik bisa berjalan dengan baik atau tidak. Perhitungan dan analisis power budget merupakan salah satu metode untuk mengetahui performansi suatu jaringan. Hal ini dikarenakan metode ini bisa digunakan untuk melihat kelayakan jaringan untuk mengirimkan sinyal dari pengirim sampai ke penerima. Tujuan dilakukannya perhitungan power budget adalah untuk menentukan apakah komponen dan parameter disain yang dipilih dapat menghasilkan daya sinyal di penerima sesuai dengan tuntutan persyaratan perfomansi yang diinginkan. Gambar 2.14 menunjukkan contoh OTDR power budget dengan panjang gelambang 1550 nm [6]. 15
Gambar 2.14 Contoh OTDR power budget dengan panjang gelambang 1550 nm 2.7 Satuan Pengukuran Power Budget Pada umumnya satuan yang sering dipakai dalam power link budget adalah menggunakan decibel (db). db (decibel) merupakan satuan relatif yang menyatakan level daya atau tegangan yang dilogaritmakan. Ada satuan absolut ada yang relatif. Untuk satuan absolut adalah: 1. dbm : menyatakan level daya terhadap referensi daya 1 miliwatt. Daya (dbm) = 10 log P(mwatt)/1 mwatt Level tegangan pada satuan ini umum digunakan pada komponen komponen sistem optik, misalnya sumber optik dan penerima optik. 2. dbw : menyatakan level daya terhadap referensi daya 1 watt. Daya (dbw) = 10 log P(watt)/1 watt 3. satuan-satuan lainnya seperti : dbv, dbm, dbmc. 16