BAB II SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK 2.1 Umum Perkembangan teknologi telekomunikasi memungkinkan penyediaan sarana telekomunikasi dengan biaya relatif rendah, mutu pelayanan tinggi, cepat, aman, dan juga kapasitas bandwidth yang besar dalam menyalurkan informasi. Seiring dengan perkembangan telekomunikasi yang cepat maka kemampuan sistem transmisi dengan menggunakan teknologi serat optik semakin dikembangkan, sehingga dapat menggeser penggunaan sistem transmisi konvensional dimasa mendatang, terutama untuk transmisi jarak jauh. Dampak dari perkembangan teknologi ini adalah perubahan jaringan analog menjadi jaringan digital baik dalam sistem switching maupun dalam sistem transmisinya. Hal ini akan meningkatkan kualitas dan kuantitas informasi yang dikirim, serta biaya operasi dan pemeliharaan yang lebih ekonomis. Sebagai sarana transmisi dalam jaringan digital, serat optik berperan sebagai pemandu gelombang cahaya. Serat optik dari bahan gelas atau silika dengan ukuran kecil dan sangat ringan dapat mengirimkan informasi dalam jumlah besar dengan rugirugi relatif rendah. Dalam sistem komunikasi serat optik, informasi diubah menjadi sinyal optik (cahaya) dengan menggunakan sumber cahaya LED atau Diode Laser. Kemudian dengan dasar hukum pemantulan sempurna, sinyal optik yang berisi informasi dilewatkan sepanjang serat pada penerima, selanjutnya detektor optik akan mengubah sinyal optik tersebut menjadi sinyal listrik kembali [1]. Gambar 2.1 memperlihatkan sebuah diagram blok sistem komunikasi. 7
Gambar 2.1 Blok Diagram Sistem Komunikasi Komunikasi optik merupakan salah satu bentuk teknologi komunikasi yang terbaru dan paling canggih yang menggunakan gelombang elektromagnetik. Di satu sisi, hal itu berbeda dengan komunikasi radio dan komunikasi microwave yang menggunakan panjang gelombang yang lebih pendek. Komunikasi optik adalah salah satu jenis teknologi telekomunikasi yang menggunakan cahaya sebagai media transmisinya. Sebuah komunikasi optik terdiri dari pemancar yang mengkode pesan menjadi sinyal optik, kemudian pada sisi penerima sinyal tersebut dibawa ke tujuan.selanjutnya pada receiver pesan tersebut diolah dari sinyal optik yang diterima. Sistem komunikasi serat optik pada umumnya terdiri dari media transmisi dan penerima. Pada sisi pengirim, informasi yang akan dikirimkan terlebih dahulu diubah ke bentuk sinyal listrik oleh sebuah transducer sebelum ditransmisikan. Oleh modulator informasi yang terdapat dalam sinyal listrik tersebut diubah lagi ke format yang sesuai. Sejumlah daya diberikan pengirim ke kanal informasi oleh pengkopel kanal (masukan) agar sinyal listrik termodulasi dapat diterima pada sisi penerima. Pengkopel kanal (keluaran) memberi daya ke kanal informasi ke 8
detektor. Isyarat termodulasi diubah oleh fotodetector menjadi sinyal listrik. Dan setelah dipisahkan dari pembawanya, sinyal listrik diubah menjadi sinyal aslinya oleh suatu transducer. 2.2 Skema Modulasi Pada Komunikasi Optik Modulasi optik adalah proses penambahan sinyal-sinyal informasi ke dalam sinyal pembawa (carrier), sehingga dapat ditransmisikan ke tujuan. Modulasi optik atau modulasi cahaya adalah teknik modulasi yang menggunakan berkas cahaya berupa pulsa-pulsa cahaya sebagai sinyal pembawa informasi. Berkas cahaya yang digunakan dihasilkan oleh suatu sumber cahaya yang digunakan adalah berkas cahaya yang dihasilkan oleh suatu sumber cahaya (laser atau LED). Dibandingkan dengan modulasi konvensional, modulasi cahaya memiliki keunggulan dalam hal ketahanan terhadap derau yang sangat tinggi, karena sinyal tidak dipengaruhi oleh medan elektromagnetik. Di samping itu, sistem ini memungkinkan adanya bit rate hingga mencapai ratusan gigabit per detik. Dalam modulasi optik, sinyal dapat dimodulasi amplitudonya yang dikenal dengan modulasi intensitas (Intesity Modulation) berupa Amplitudo Shift Keying (ASK) / On-Off keying (OOK). Selain itu, berkas cahaya dapat juga dimodulasi frekuensinya atau lebih tepatnya adalah modulasi panjang gelombang (Wavelength Modulation). Dan yang ketiga adalah modulasi fasa (Phasa Modulation). Dalam modulasi optik koheren, sinyal cahaya yang dimodulasikan dapat direpresentasikan dalam bentuk rumus besaran elektrik. Adapun rumus dasar besaran tersebut dapat didefinisikan seperti pada persamaan (2.1)[1]. 9
Dimana: [ ω t + φ ( t) ] E s = As cos s s...(2.1) E s = Nilai sesaat besaran sinyal optik A = Amplitudo sinyal optik s ω s = frekuensi sinyal optik atau pembawa φ s = fasa sinyal optik Dari persamaan 2.1, dapat diturunkan teknik modulasi optik yang akan dijelaskan pada bagian berikut. 1. Amplitudo Shift Keying ( ASK) Amplitudo Shift Keying atau pengiriman sinyal berdasarkan pergeseran amplitudo, merupakan suatu metode modulasi dengan mengubah-ubah amplitudo. Dalam proses modulasi ini kemunculan frekuensi gelombang pembawa tergantung pada ada atau tidak adanya sinyal informasi digital. Keuntungan yang diperoleh dari metode ini adalah bit rate (kecepatan digital) lebih besar. Sedangkan kesulitannya adalah dalam menentukan level acuan yang dimilikinya, yakni setiap sinyal yang diteruskan melalui saluran transmisi jarak jauh selalu dipengaruhi oleh redaman dan distorsi lainnya. Oleh sebab itu, metode modulasi ASK ini hanya menguntungkan apabila dipakai untuk hubungan jarak dekat saja. 2. Frequency Shift Keying (FSK) Frekuency Shift Keying (FSK) atau pengiriman sinyal melalui pergeseran frekuensi merupakan suatu bentuk modulasi yang memungkinkan gelombang modulasi menggeser frekuensi output gelombang pembawa. Pergeseran ini terjadi antara nilai-nilai yang telah ditentukan semula dengan gelombang output 10
yang tidak memiliki gelombang terputus-putus. Dalam proses modulasi ini besarnya frekuensi gelombang pembawa berubah-ubah sesuai dengan perubahan ada atau tidaknya sinyal informasi sinyal digital. FSK merupakan metode modulasi yang paling populer. Dalam proses ini, gelombang pembawa digeser ke atas dan ke bawah untuk memperoleh bit 1dan bit 0. Modulasi FSK digunakan untuk komunikasi data dengan bit rate (kecepatan transmisi) yang relatif rendah, seperti untuk Telex dan Modem data dengan bit rate yang tidak lebih dari 2.4 kbps. 3. Phase Shift Keying (PSK) Phase Shift Keying (PSK) atau pengiriman sinyal melalui pergeseran fasa merupakan suatu bentuk modulasi fasa yang memungkinkan fungsi pemodulasi fasa gelombang termodulasi di antara nilai-nilai diskrit yang telah ditetapkan sebelumnya. Dalam proses modulasi ini fasa dari frekuensi gelombang pembawa berubah-ubah sesuai dengan perubahan status sinyal informasi digital. Sudut fasa harus mempunyai acuan kepada pemancar dan penerima. Oleh karena itu sangat diperlukan stabilitas frekuensi pada pesawat penerima. Untuk memudahkan dalam memperoleh stabilitas pada penerima, kadang-kadang dipakai suatu teknik yang koheren dengan PSK yang berbeda-beda. Hubungan antara dua sudut fasa yang dikirim digunakan untuk memelihara stabilitas. Untuk transmisi data atau sinyal digital dengan kecepatan tinggi, maka lebih efisien dipilih sistem modulasi PSK. Ada dua jenis modulasi yang sering kita jumpai yaitu Binary Phase Shift Keying (BPSK) dan Quadrature Phase Shift Keying (QPSK). Binary Phase Shift Keying (BPSK) 11
Pada transmisi digital menggunakan teknik modulasi BPSK, yaitu mengirimkan 1 dari 2 sinyal yang mungkin selama interval waktu tertentu dimana setiap sinyal terkirim antara 0 dan 1. Pada BPSK sinyal ditumpangkan pada sinyal pembawa, mempunyai dua kemungkinan dari setiap bitnya yang akan ditransmisikan. Output dari modulator BPSK menghasilkan sinyal yang termodulasi. Quandrate Phase Shift Keying (QPSK) Modulasi QPSK menggunakan empat titik pada diagram lingkaran. Dengan empat tahap, QPSK dapat mendekode dua bit per simbol. Hal ini berarti dua kali dari BPSK. Walaupun QPSK dapat dipandang sebagai suatu modulasi quaternar, maka lebih mudah untuk melihatnya sebagai dua quadrature carriers yang termodulasi sendiri. 2.3 Wavelength Division Multiplexing (WDM) Dalam komunikasi serat optik, teknik WDM (wavelength division multiplexing) merupakan suatu teknik transmisi yang memamfaatkan cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda-beda sebagai kanal informasi, sehingga setelah dilakukan proses multiplexing seluruh panjang gelombang tersebut dapat ditransmisikan melalui sebuah serat optik. 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, kemudian pada perkembangannya 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 12
semakin signifikan sehingga menyebabkan terbatasnya jumlah panjang gelombang 2 sampai 8 buah saja di kala itu. Pada perkembangan selanjutnya, jumlah panjang gelombang yang dapat diakomodasikan oleh sehelai serat optik bertambah mencapai puluhan buah dan masing-masing panjang gelombang pun juga mengalami peningkatan yakni pada kisaran 10 Gbps, kemampuan ini merujuk pada apa yang disebut DWDM [2]. Teknologi WDM pada dasarnya adalah teknologi transport untuk menyalurkan berbagai jenis trafik (data, suara, dan video) secara transparan, dengan menggunakan panjang gelombang (λ) yang berbeda-beda dalam suatu fiber tunggal secara bersamaan. Implementasi WDM dapat diterapkan baik pada jaringan long haul (jarak jauh) maupun untuk aplikasi short haul (jarak dekat). WDM populer karena memungkinkan untuk mengembangkan kapasitas jaringan tanpa menambah jumlah serat. Sistem WDM dibagi menjadi 2 segmen yaitu dense dan coarse WDM [3]. Teknologi CWDM dan DWDM didasarkan pada konsep yang sama yaitu menggunakan beberapa panjang gelombang cahaya pada sebuah serat optik, tetapi kedua teknologi tersebut berbeda pada jarak antar panjang gelombang, jumlah kanal, dan kemampuan untuk memperkuat sinyal pada medium optik. Pada dasarnya, teknologi WDM memiliki prinsip kerja yang sama dengan media transmisi yang lain, yaitu untuk mengirimkan informasi dari suatu tempat ketempat lain. Namun, dalam teknologi WDM pada suatu kabel atau serat optik pengiriman informasi dapat dilakukan secara bersamaan melalui kanal yang berbeda. Setiap kanal ini dibedakan dengan menggunakan prinsip perbedaan panjang gelombang (wavelength) yang dikirimkan oleh sumber informasi. 13
Penggunaan teknologi WDM menawarkan kemudahan dalam hal peningkatan kapasitas transmisi dalam suatu sistem komunikasi serat optik, khususnya kabel laut. Hal ini dimungkinkan karena setiap sumber data memiliki sumber optiknya masing-masing, yang kemudian digandengkan ke dalam sebuah serat optik. Meski demikian, besarnya daya untuk masing-masing sumber optik mesti dibatasi karena serat optik yang dipergunakan akan mengalami kenonliniearan apabila jumlah total daya dari sumber-sumber optik tersebut melebihi suatu ambang nilai, yang besarnya tergantung pada jenis kenonliniearan-nya. Gambar 2.2 memperlihatkan diagram suatu sistem WDM. Gambar 2.2 Diagram suatu sistem WDM Gambar 2.3 menunjukkan pengaturan jarak antar kanal dalam suatu sistem WDM, yang besarnya lebih kurang 1 nm. Dengan demikian, di sisi penerima mesti ditempatkan suatu filter guna mencegah terjadinya cakap-silang/crosstalk dari kanal-kanal yang berdekatan. 14
Gambar 2.3 Jarak antarkanal dalam sistem WDM 2.2 Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) merupakan suatu teknik transmisi yang yang memanfaatkan cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda-beda sebagai kanal informasi, sehingga setelah dilakukan proses pemultipleksan seluruh panjang gelombang tersebut dapat ditransmisikan melalui sebuah serat optik. Teknologi DWDM adalah teknologi dengan memanfaatkan sistem SDH (Synchoronous Digital Hierarchy) yang sudah ada (solusi terintegrasi) dengan memultiplekskan sumber-sumber sinyal yang ada. Menurut definisi, teknologi DWDM dinyatakan sebagai suatu teknologi jaringan transport yang memiliki kemampuan untuk membawa sejumlah panjang gelombang (4, 8, 16, 32, dan seterusnya) dalam satu serat tunggal. Artinya, apabila dalam satu serat itu dipakai empat gelombang, maka kecepatan transmisinya menjadi 4x10 Gbs (kecepatan awal dengan menggunakan teknologi SDH). Konsep ini diilustrasikan seperti tampak pada Gambar 2.4 15
Gambar 2.4 Prinsip Dasar Sistem DWDM Teknologi DWDM beroperasi dalam sinyal dan domain optik dan memberikan fleksibilitas yang cukup tinggi untuk memenuhi kebutuhan akan kapasitas transmisi yang besar dalam jaringan. Kemampuannya dalam hal ini diyakini banyak orang akan terus berkembang yang ditandai dengan semakin banyaknya jumlah panjang gelombang yang mampu untuk ditramsmisikan dalam satu serat. Pada perkembangan selanjutnya, teknologi DWDM ini tidak saja dipergunakan pada jaringan utama (backbone), melainkan juga pada jaringan akses di kota-kota metropolitan di seluruh dunia, seperti halnya New York yang memiliki distrik bisnis yang terpusat. Alasan utama yang mendorong penggunaan penggunaan DWDM pada jaringan akses ini tentu saja kemampuan sehelai serat optik yang sudah mampu mengakomodasikan puluhan bahkan ratusan panjang gelombang, sehingga setiap perusahaan penyewa dapat memiliki access pribadi masing-masing. Kemunculan teknologi DWDM tersebut dengan segera menjadi daya tarik sendiri bagi perusahaan-perusahaan penyedia jasa telekomunikasi (carriers). Hal ini dikarenakan teknologi DWDM memungkinkan carriers untuk memiliki 16
sebuah jaringan tanpa perlu susah payah membangun sendiri infrastruktur jaringannya. Mereka cukup menyewa beberapa panjang-gelombang sesuai kebutuhan dengan daerah tujuan yang sama ataupun berbeda. Metode penyewaan panjang-gelombang ini pula yang saat ini banyak dilakukan oleh carriers, khususnya yang tergolong baru, di kawasan Eropa, dimana trafik telepon dan internet di kota-kota besar di kawasan tersebut menunjukkan pertumbuhan yang sangat tinggi. Namun pada dasarnya, DWDM merupakan pemecahan dari masalahmasalah yang ditemukan pada WDM, dimana dari segi infrastruktur sendiri praktis hanya terjadi penambahan peralatan pemancar dan penerima saja untuk masing-masing panjang-gelombang yang dipergunakan. Inti perbaikan yang dimiliki oleh teknologi DWDM terletak pada jenis filter, serat optik dan penguat (amplifier). Jenis filter yang umum dipergunakan di dalam sistem DWDM ini antara lain Fiber Bragg Gratings (FBG) dan Array Waveguide Filters (AWG). Komponen berikutnya adalah serat optik dengan dispersi yang rendah, dimana karakteristik demikian sangat diperlukan mengingat dispersi secara langsung berkaitan dengan kapasitas transmisi suatu sistem. Sementara penguat optik yang banyak dipergunakan untuk aplikasi demikian adalah EDFA dengan karakteristik flat untuk semua panjang-gelombang di dalam spektrum DWDM 2.2.1 Prinsip Kerja Dense Wavelength Division Multiplexing Pada dasarnya, teknologi WDM (awal adanya teknologi DWDM) memiliki prinsip kerja yang sama dengan media transmisi yang lain, yaitu untuk mengirimkan informasi dari suatu tempat ke tempat yang lain. Namun, dalam teknologi ini pada suatu kabel atau serat optik dapat dilakukan pengiriman secara 17
bersamaan banyak informasi melalui kanal yang berbeda. Setiap kanal ini dibedakan dengan menggunakan prinsip perbedaan panjang gelombang (wavelength) yang dikirimkan oleh sumber informasi. Sinyal informasi yang dikirimkan awalnya diubah menjadi panjang gelombang yang sesuai dengan panjang gelombang yang tersedia pada kabel serat optik kemudian dimultipleksikan pada satu serat. Dengan teknologi DWDM ini, pada satu kabel serat optik dapat tersedia beberapa panjang gelombang yang berbeda sebagai media transmisi yang biasa disebut dengan kanal. Konsep pengiriman informasi pada WDM ini diilustrasikan pada Gambar 2.5. Gambar 2.5 Pengiriman Informasi Pada WDM Skema pengiriman informasi pada WDM berbeda dengan skema pengiriman informasi pada TDM. TDM (Time Division Multiplexing) menggunakan teknik pengiriman tetap pada satu kanal dengan mengefisiensikan skala waktu untuk mengangkut berbagai macam informasi. Pada WDM informasi adalah berupa berkas cahaya yang melewati suatu kanal, informasi tersebut dikirim berdasarkan inisial berkas cahaya sesuai serat optik yang dilalui. Data atau informasi yang dimultipleksing tetap berupa berkas cahaya pada keluaran kanal multipleksing, setelah dimultipleksing informasi tersebut langsung ditransmisikan pada kanal serat optik, sedangkan pada sistem multipleksing TDM informasi yang 18
dikirim harus berupa sinyal listrik sebelum melewati kanal serat optik. Informasi tersebut melewati kanal serat optik. Informasi tersebut melewati kanal-kanal yang telah ada, dan dikuantisasi menjadi sinyal-sinyal diskrit. Sinyal dari masingmasing kanal yang telah dikuantisasi lalu dimultipleksing berdasarkan kesamaan waktu sampling. Sinyal hasil multipleksing lalu dikirim pada kanal transmisi, jika ingin melalui kanal serat optik, maka sinyal informasi tersebut harus diubah menjadi berkas cahaya (optik). Skema pentransmisian informasi pada sistem TDM ini diilustrasikan pada Gambar 2.6. Gambar 2.6 Pentransmisian dengan Sistem TDM Pada gambar 2.6 tampak perbedaan informasi yang melewati kanal setelah dimultiplekxing. 2.2.2 Aplikasi DWDM Kemunculan teknologi DWDM menjadi daya tarik sendiri bagi perusahaan-perusahaan penyedia jasa telekomunikasi (carriers). Hal ini dikarenakan teknologi DWDM memungkinkan carriers untuk memiliki sebuah jaringan tanpa perlu susah payah membangun sendiri infrastruktur jaringannya, cukup menyewa beberapa panjang-gelombang sesuai kebutuhan dengan daerah tujuan yang sama ataupun berbeda. Metode penyewaan panjang-gelombang ini pula yang saat ini banyak dilakukan oleh carriers, khususnya yang tergolong 19
baru, di kawasan Eropa, dimana trafik telepon dan internet di kota-kota besar di kawasan tersebut menunjukkan pertumbuhan yang sangat tinggi. Keadaan ini memicu bermunculannya carriers baru yang dengan segera memiliki jaringan yang luas di benua tersebut dengan akses ke seluruh penjuru dunia, meski beberapa carriers yang tergolong mapan lebih memilih untuk membangun sendiri infrastrukturnya dengan alasan kemudahan dalam pengawasan, keamanan, dan lain - lain. Perbedaan strategi tersebut nantinya bakal mewarnai persaingan dalam penguasaan teknologi, manajemen jaringan, dan sebagainya. Sementara bagi produsen perangkat telekomunikasi sendiri, kemunculan teknologi ini seakan memberi angin segar bagi perusahaan baru untuk turut bermain di dalam bisnis bernilai milyaran dollar ini. Sebagai contoh adalah Cina, yang menjadi pemain papan atas untuk produk DWDM. 2.2.3 Komponen Penting pada DWDM Pada teknologi DWDM, terdapat beberapa komponen utama yang harus ada untuk mengoperasikan DWDM dan agar sesuai dengan standar kanal ITU sehingga teknologi ini dapat diaplikasikan pada beberapa jaringan optik seperti SONET dan yang lainnya. Komponen-komponennya adalah sebagai berikut [4]: 1. Transmitter, yaitu komponen yang mengirimkan sinyal informasi untuk dimultipleksikan pada sistem DWDM. Sinyal dari transmitter ini akan dimultipleks untuk dapat ditransmisikan. 2. Receiver, yaitu komponen yang menerima sinyal informasi dari demultiplexer untuk dapat dipilah berdasarkan informasi originalnya. 20
3. DWDM terminal multiplexer. Terminal Mux sebenarnya terdiri dari transponder converting wavelength untuk setiap sinyal panjang gelombang tertentu yang akan dibawa. Transponder converting wavelength menerima sinyal input optik (sebagai contoh dari sistem SONET atau yang lainnya), mengubah sinyal tersebut menjadi sinyal optik dan mengirimkan kembali sinyal tersebut menggunakan pita laser 1550 nm. Terminal Mux juga terdiri dari multiplekser optik yang mengubah sinyal 550 nm dan menempatkannya pada suatu fiber SMF (Single Mode Fiber) -28. 4. Intermediate optical terminal (amplifier). Komponen ini merupakan amplifier jarak jauh yang menguatkan sinyal dengan banyak panjang gelombang yang ditransfer sampai sejauh 140 km atau lebih. Diagnostik optical dan telemetry dimasukkan di sekitar daerah amplifier ini untuk mendeteksi adanya kerusakan dan pelemahan pada fiber. Pada proses pengiriman sinyal informasi pasti terdapat atenuasi dan dispersi pada sinyal informasi yang dapat melemahkan sinyal. Oleh karena itu harus dikuatkan. Sistem yang biasa dipakai pada fiber amplifier ini adalah sistem EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier), namun karena bandwith dari EDFA ini sangat kecil yaitu 30 nm (1530 nm-1560 nm) dan minimum attenuasi terletak pada 1500 nm sampai 1600 nm, kemudian digunakan DBFA (Dual Band Fiber Amplifier) dengan bandwidth 1528 nm sampai 1610 nm. Kedua jenis penguat ini termasuk jenis EBFA (Extended Band Filter Amplifier) dengan penguatan yang tinggi, saturasi yang lambat dan noise yang rendah. Teknologi amplifier optic yang lain adalah sistem Raman Amplifier yang merupakan pengembangan dari sistem EDFA. 21
5. DWDM terminal Demux. Terminal ini mengubah sinyal dengan banyak panjang gelombang menjadi sinyal dengan hanya 1 panjang gelombang dan mengeluarkannya ke dalam beberapa fiber yang berbeda untuk masingmasing client untuk dideteksi. Sebenarnya demultiplexing ini beritndak pasif, kecuali untuk beberapa telemetry seperti sistem yang dapat menerima sinyal 1550 nm. Teknologi terkini dari demultiplekser ini yaitu terdapat couplers (penggabung dan pemisah power wavelength) berupa Fiber Bragg Grating. 6. Optical supervisory channel (OSC). Ini merupakan tambahan panjang gelombang yang selalu ada di antara 1510 nm-1310 nm. OSC membawa informasi optic multi wavelength sama halnya dengan kondisi jarak jauh pada terminal optik atau daerah EDFA. Jadi OSC selalu ditempatkan pada daerah intermediate amplifier yang menerima informasi sebelum dikirimkan kembali. Secara skematis, rangkaian komponen utama DWDM ini dapat dilihat pada Gambar 2.7. Gambar 2.7 Komponen pada DWDM 22
Pada Gambar 2.7 dapat dilihat, empat buah informasi masukan, masing masing dengan panjang gelombang λ 1, λ 2, λ 3, λ 4 dimultipleksing dengan multiplexer DWDM 4 kanal dan selanjutnya ditransmisikan melalui sebuah serat tunggal. Setelah melewati jarak tertentu (100 km), sinyal tersebut dikuatkan dengan amplifier (EDFA) karena telah mengalami pelemahan akibat rugi rugi yang dialami selama pentransmisian. Setelah mengalami penguatan, sinyal tersebut diteruskan hingga ke ujung penerima. Di ujung penerima, sinyal informasi tersebut didemultiplekskan hingga kembali menjadi seperti sinyal informasi masukan (λ 1, λ 2, λ 3, λ 4 ). 2.2.4 Channel Spacing Channel spacing menentukan performansi dari sistem DWDM. Standar channel spacing dari ITU adalah 50 GHz sampai 100 GHz (100 GHz akhir-akhir ini sering digunakan). Spacing (jarak) ini membuat kanal dapat dipakai dengan memperhatikan batasan-batasan fiber amplifier. Channel spacing bergantung pada komponen sistem yang dipakai. Channel spacing merupakan sistem frekuensi minimum yang memisahkan 2 sinyal yang dimultipleksikan, atau biasa disebut sebagai perbedaan panjang gelombang di antara 2 sinyal yang ditransmisikan. Optical amplifier dan kemampuan receiver untuk membedakan sinyal menjadi penentu dari spacing pada 2 gelombang yang berdekatan. Gambar 2.8 menunjukkan karakteristik tipikal optikal kanal WDM. 23
Gambar 2.8 Karakteristik Tipikal Optik Kanal DWDM Pada Gambar 2.8, total channel isolation merupakan isolasi dari kanal secara keseluruhan. Channel passband menunjukkan rentang (band) dari kanal yang dapat dilewatkan. Center wavelength adalah pusat panjang gelombang. Adjacent channel isolation adalah isolasi dari kanal yang berdekatan. Passband ripple merupakan fluktuasi atau atau toleransi band yang dapat dilewatkan. Pada perkembangan selanjutnya, sistem DWDM berusaha untuk menambah kanal yang sebanyak-banyaknya untuk memenuhi kebutuhan lalu lintas data informasi. Salah satunya adalah dengan memperkecil channel spacing tanpa adanya suatu interferensi dari pada sinyal pada satu serat optik tersebut. Dengan demikian, hal ini sangat bergantung pada komponen sistem yang digunakan. Salah satu contohnya adalah pada demultiplexer DWDM yang harus memenuhi beberapa kriteria, di antaranya adalah bahwa Demux harus stabil pada setiap waktu dan pada berbagai suhu, harus memiliki penguatan yang relatif besar pada suatu daerah frekuensi tertentu dan dapat tetap memisahkan sinyal informasi sehingga tidak terjadi interferensi antar sinyal. 24
2.3 Coarse Wavelength Division Multiplexing (CWDM) Konsep Coarse Wavelength Division Multiplexing (CWDM) ialah memanfaatkan kanal spasi yang tetap untuk dapat meningkatkan band frekuensinya. Tujuan utama teknologi ini adalah menekan biaya investasi dan biaya operasi teknologi DWDM terutama untuk area metro. 2.3.1 Prinsip Kerja Coarse WDM Prinsip kerja dasar dari CDWM adalah sama dengan prinsip kerja umum teknologi DWDM yaitu mentransmisikan kombinasi sejumlah panjang gelombang yang berbeda dengan menggunakan perangkat multipleks panjang gelombang optik dalam satu fiber. Pada sisi penerima terjadi proses kebalikannya dimana panjang gelombang tersebut dikembalikan ke sinyal asalnya. 2.3.2 Perbedaan Antara CWDM dan DWDM Perbedaan yang paling mendasar antara CWDM dan DWDM terletak pada channel spacing (parameter jarak antar kanal) dan area operasi panjang gelombangnya (band frekuensi) [4]. CWDM memanfaatkan channel spacing 20 nm yang lebih memberi ruang kepada sistem untuk toleran terhadap dispersi. Hal ini berkaitan langsung dengan teknologi perangkat multipleks (terutama laser dan filter) yang akan diimplementasikan dalam sistem, dimana untuk channel spacing yang semakin presisi (DWDM = 0,2 nm s/d 1,2 nm) laser dan filter yang digunakan akan semakin mahal. Jarak antar kanal merupakan jarak antara dua panjang gelombang yang dialokasikan sebagai referensi. Semakin sempit jarak antar kanal, maka akan semakin besar jumlah panjang gelombang yang dapat ditampung. Jarak antar kanal yang paling umum digunakan oleh para pemasok DWDM saat ini adalah: 25
0,2 nm s/d 1,2 nm, sedangkan untuk CWDM ditetapkan 20 nm. Deskripsi jarak antar kanal adalah seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.9 dan Gambar 2.10 Gambar 2.9 Jarak Antar Kanal pada DWDM Gambar 2.10 Jarak Antar Kanal pada CWDM Pada DWDM dibutuhkan laser transmitter yang lebih stabil dan presisi daripada yang dibutuhkan pada CWDM. Artinya, DWDM menempati level teknologi yang lebih tinggi dari CWDM. Pada sistem DWDM laser yang digunakan adalah yang menggunakan teknologi tinggi dengan toleransi panjang gelombang sekitar 0,1 nm (presisi dan sangat sempit) dan mengakibatkan temperatur tinggi sehingga membutuhkan sistem pendingin. Sedangkan pada sistem CWDM sekitar 2-3 nm, tanpa sistem pendingin dan membutuhkan konsumsi daya yang lebih kecil (hanya sekitar 15% dibanding DWDM). Demikian pula terjadi pada sistem filter diantara keduanya. Tentunya hal ini menimbulkan perbedaan biaya yang sangat signifikan. Perbedaan antara CWDM dan DWDM dapat dilihat pada Tabel 2.1 [3,4]. 26
Tabel 2.1 Perbedaan Antara CWDM dan DWDM No. Parameter CWDM DWDM 1 Jarak antarkanal 20 nm 0,2 nm s/d 1,2 nm 2 Band frekuensi 1290 nm s/d 1610 nm 1470 s/d 1610 nm 3 Type serat optimal ITU-T G.652, G.653, ITU-T G.655 G.655 4 Area implementasi Metro Jarak jauh optimal 5 Ukuran perangkat Lebih kecil Lebih besar 6 OLA (Regenerator) Tidak ada Ada 7 Konsumsi daya Lebih rendah Lebih tinggi 8 Perangkat laser Lebih murah Lebih mahal 27