raining Center T
raining Center T
Siswa dapa dapatt me m emahami dan menje menj elask laska a n tenta tent ang : memahami laskan an tenta a. Wavele velengt ngth h Div ivis ision ion ulti tipl ple exi xing ng isio n Mul ultip ult iplexin lexing g (WDM). b . Kelebihan dan ke k eku kurangan rangan Sistem Sis tem WDM WD M WDM. M.. c . Perbandingan WDM dengan Sis Sistem tem Trans Transmi misi si phisik lainnya.
raining Center T
DAFTAR ISI. 1. BAB - 01 : DEFINIS DEFINISI. I. 2. BAB - 02 : KONFIGURASI KONFIGURASI DAN FUNGSI SISTEM WDM. 3. BAB – 03 : KOMPONEN KOMPONEN SISTEM WDM DAN CARA KERJANYA KERJANYA : 3.1. OPTICAL TRANSMITTER/WAVELENGTH CONVERTER. 3.2. OPTICAL RECEIVER (DETECTOR). 3.3. WDM MULTIPLEXER (OPTICAL MULTIPLEXER)/ WDM DEMULTIPLEXER (OPTICAL DEMULTIPLEXER). 3.4. OPTICAL ADD/DROP MULTIPLEXER (OADM). 3.5. OPTICAL SWITCH/OPTICAL CROSS CONNECTION (OXC). 3.6. REGENERATOR/OPTICAL AMPLIFIER. 3.7. KABEL OPTIK. 3.8. DISPERSION COMPENSATING DEVICE. 3.9. KOMPONEN PENDUKUNG. 4. BAB - 04 : TRANSMISI TRANSMISI PANJANG PANJANG GELOMBANG GELOMBANG (ITU-T GRID). 5. BAB - 05 : TOPOLOGI TOPOLOGI JARINGAN JARINGAN WDM. 5. BAB - 05 : PERBANDINGA PERBANDINGAN N WDM DENGAN DENGAN SISTEM TRANSMISI TRANSMISI PHISIK LAINNYA. 6. BAB - 06 : KEUNTU KEUNTUNGA NGAN N WDM. WDM.
raining Center T
raining Center T
DEFINISI
• WDM adalah proses menggabungkan (multiplexing) beberapa panjang gelombang yang frekuensinya berbeda ke dalam satu serat • Operasi ini menghasilkan banyak serat virtual yang masingmasing dapat membawa sinyal yang berbeda • Gambar di bawah memperlihatkan skema dari suatu sistem bidirectional WDM – Sistem ini memiliki n interface layanan dan n panjang gelombang yang ditransmisikan pada kedua arah melalui satu buah serat. – Setiap panjang gelombang beroperasi pada frekuensi yang berbeda. • Teknologi WDM menggunakan multiple wavelengths untuk mentransmisikan information melalui single fiber.
raining Center T
WDM
• • • • •
Pertama kali jaringan WDM hanya menggunakan dua wavelengths, yaitu 1310 nm dan1550 nm Kemudian berkembang menjadi lebih dari dua wavelengths, yaitu menjadi s/d 16 pada window 1550 nm. Tiap-tiap wavelength adalah merupakan kanal independent (misalnya : terdiri dari kanal 10 Gb/s digital 2,5 Gb/s dll.nya Rentang standard channel grid adalah dengan spasi 50, 100, 200 dan 1000 GHz. Spasi Wavelength tergantung kepada : – laser line width – optical filter bandwidth
raining Center T
ITU-T G.692 Specification
• “Optical I/F untuk sistem dengan optical amps” • Biasanya digunakan untuk hubungan point-to-point dengan sistem WDM yang menggunakan 4, 8, atau 16 channels • Max span tanpa amps adalah 100 miles; dengan amps adalah 400 miles • Ketentuan wavelength grid dengan spasi merupakan kelipatan dari 50GHz (0.4nm) & centered @ 193.1 THz (1553.5 nm) – Channels/spacing (GHz): 4 / 400, 8 / 200, 16 / 200 • Supervisory wavelengths pada 1310, 1480, 1510 & 1532nm • Kecepatan bit yang dijinkan 622.08 Mbps, 2.488 Gbps dan 9.9 Gbps.
raining Center T
Komponen Kunci untuk WDM Passive Optical Components •Wavelength Selective Splitters •Wavelength Selective Couplers Active Optical Components •Tunable Optical Filter •Tunable Source •Optical amplifier •Add-drop Multiplexer and De-multiplexer
raining Center T
raining Center T
KONFIGURASI SISTEM WDM. Optical Transmitter (Laser) λ1 T1
Optical Receiver (Detector) λ1 R1
Optical Amplifier
λ2
λ2
T2
T3
λ3 Multiplex WDM
λ Ν ... λ3λ2λ1
λ Ν ... λ3λ2λ1
(Coupler)
Tn
λ Ν
λ Ν ... λ3λ2λ1
Demultiplex λ3 WDM
R2
R3
(Splitter)
Kabel Fiber Optic,
Gambar-1a : Konfigurasi Wavelength Division Multiplexing (WDM)
λ Ν
Rn
raining Center T
T1, T2, T3 .. Tn :
Optical Transmitter (Laser) berfungsi untuk mengubah sinyal dengan daya elektrik menjadi sinyal dengan daya optik, dan diteruskan ke Mux, WDM.
Mux WDM
Menggabungkan sinyal dengan daya optik dari Optical Transmitter (laser) menjadi satu (paralel ke serial converter). Multiplex ini juga disebut sebagai “coupler atau combiner”.
:
Kaber Fiber Optik berfungsi sebagai media transmisinya, menyalurkan sinyal optik dari pengirim (T) ke penerima (R). Optical Amplifier akan memperkuat sinyal optik, agar mempunyai daya selalu stabil, sama dengan pada saat keluar dari Laser. Demux WDM
:
R!, R2, R3, .. Rn :
Mengubah dari sinyal optik serial menjadi sinyal optik paralel (serial ke parallel conventer). Demultiplex ini juga disebut sebagai Splitter atau decombiner. Optical Receiver (Detector) untuk mengubah dari Sinyal dengan daya optik menjadi sinyal dengan daya elektrik
raining Center T
Gambar-1b : Konfigurasi Wavelength Division Multiplexing (WDM)
raining Center T
Pertama kali dioperasikan WDM, mempunyai kapastias 2 wavelength; dengan panjang gelombang 1310 nm dan 1550 nm. Terminal : TX : Transmitter (Optical Transmitter/Laser) berfungsi untuk mengubah sinyal dengan daya elektrik menjadi sinyal dengan daya optik, dan diteruskan ke Mux, WDM. Mux WDM : Menggabungkan sinyal dengan daya optik dari Optical Transmitter (laser) menjadi satu (paralel ke serial converter). Multiplex ini juga disebut sebagai “coupler atau combiner”. Regenerator : Mengubah sinyal optik serial menjadi sinyal optik paralel (Mux WDM). Mengubah sinyal optik menjadi sinyal elektrik, dan memperkuat daya sinyal (RX). Mengubah sinyal elektrik menjadi sinyal optik (TX). Mengubah sinyal paralel menjadi sinyal serial (Demux WDM). Terminal : Demux. WDM : Mengubah sinyal dengan daya optik serial menjadi sinyal dengan daya optik paralel. RX : Mengubah sinyal dengan daya optik menjadi sinyal dengan daya elektrik.
raining Center T
Konfigurasi dasar dari suatu sistem WDM adalah sbb. : 1) Pemancar optik (Wavelength Converter) 2) Multiplex optik (Multiplex WDM) 3) Kabel optik 4) Optical Amplifier 5) Dispersion Compensating Device 6) Demultiplex optik (Demultiplex WDM) 7) Penerima optik (Wavelength Converter) Lihat Gambar-1.
raining Center T Fungsi masing-masing bagian pada konfigurasi WDM adalah sbb. : 1). Pada Arah Kirim :
- Optical Transmitter berfungsi : a. untuk mengubah sinyal dengan daya optik menjadi sinyal dengan daya listrik untuk kemudian di regenerasi; dan berikutnya mengubah sinyal dengan daya listrik tersebut menjadi sinyal dengan daya optik yang mempunyai panjang gelombang tertentu. b. untuk mengubah sinyal dengan daya optik menjadi sinyal dengan daya optik juga, tetapi dengan panjang gelombang tertentu yang berbeda. - Optical Multiplexer (WDM) berfungsi menggabungkan beberapa panjang gelombang yang berbeda, yang datang dari perangkat pengirim yang berbeda menjadi satu, untuk kemudian dikirimkan melalui satu kabel serat optik secara bersamaan. - Kabel Serat Optik berfungsi untuk meneruskan sinyal dengan daya optik dari pemancar ke penerima. - Penguat sinyal optik berfungsi menguatkan daya sinyal optik yang diterima, untuk kemudian diteruskan ke lokasi berikutnya. - Dispersion Compensating Device berfungsi untuk mengkompensasi dispersi yang mungkin terjadi didalam kabel serat optik. Untuk lebih jelasnya lihat Gambar-1.
raining Center T
2). 2). Pada Pada Arah Arah Te Teri rima ma :
- WDM berfun berfungsi gsi memisa memisahka hkan n satu satu gabu gabunga ngan n bebe beberap rapaa panja panjang ng gelo gelomba mbang ng yang datang dari kabel serat optik, menjadi beberapa panjang gelombang yang berbeda, dan satu dengan lainnya saling terpisahkan; terpisahkan; untuk selanjutnya selanjutnya diteruskan ke perangkat penerima yang berbeda. - Optical Optical Receiv Receiver er (Dete (Detekto ktor) r) berfu berfungs ngsii mengub mengubah ah siny sinyal al denga dengan n daya daya opti optik k yang diterima menjadi sinyal dengan daya listrik.
Lihat Gambar-1.
raining Center T
raining Center T
Tunable Optical Filter
λ1
Tx1 Laser (λ1 )
λ1
λ Ν λ2λ2λ1
Rx1
λ1
Tx2 Laser (λ2)
λ2
λ Ν
λ Ν λ3λ2λ1
λ3 λ2 λ1
Rx2
Txn Laser (λ3)
λ3
λ3
λ Ν λ3λ2λ1
Txn Laser (λ Ν)
λ Ν
Kabel Fiber Optic, membawa beberapa Wavelength
λ Ν
Rx3
λ Ν λ3λ2λ1
RxN
Beberapa Channel Wavelength Independent
Beberapa Channel Wavelength Independent Multiplex WDM
Demultiplex WDM
(Coupler atau Combiner)
(Splitter)
Gambar : B Block lock diagram diagram Wavelength Division Multiplexing
Spectrum
Detektor Optik
raining Center T
Arah Kirim : Tx1 Laser, Laser, Tx2 Laser, Tx3 Tx3 Laser dan dan Txn Laser berfung berfungsi si : Mengubah sinyal dengan daya elektrik menjadi sinyal dengan daya optik, yang mempunyai wavelength λ 1, 1, λ 2, 2, λ 3 dan λ n untuk untuk diteruska diteruskan n ke Multiple Multiplex x WDM. Dimana Dimana “n” = jumlah jumlah wavelength, wavelength, maximum maximum 16. 16. Multiplex WDM (Coupler/Combiner) : Mengubah Mengubah sinyal sinyal paralel paralel menjadi menjadi sinyal sinyal serial serial,, dan diterusk diteruskan an ke penerima penerima melalui kabel serat optik. Kabel Kabel Fiber Optik Optik berfung berfungsi si meneruska meneruskan n multi multi waveleng wavelength th dari Pengi Pengirim rim ke Penerima. Arah Terima : Demultip Demultiplex lex WDM (Splitter/ (Splitter/Deco Decombin mbiner) er) : Mengubah sinyal dengan daya optik serial menjadi sinyal dengan daya optik paralel, dan diteruskan diteruskan ke Rx1 ….. Rxn. Rx1, Rx2, Rx3 dan Rxn; yang terdiri dari Tunable Optical Filter dan Detector Detector Optik, berfungsi : Mengambil wavelength yang diinginkan ( λ 1, 1, λ 2, 2, λ 3 atau λ n) n) untuk kemudian diubah dari sinyal dengan daya optik menjadi sinyal dengan daya elektrik. Dimana Dimana “n” = jumlah jumlah wavelength, wavelength, maximum maximum 16. 16.
raining Center T
3.1 OPTICAL TRANSMITTER/ WAVELENGTH CONVERTER
raining Center T
OPTICAL TRANSMITTER (WAVELENGTH CONVERTER) • •
•
•
•
Transmitter merubah bit-bit elektrik menjadi pulsa-pulsa optik dengan frekuensi tertentu Sumber optik yang digunakan dalam sistem komunikasi optik adalah laser karena – Menghasilkan cahaya dengan berkas dan lebar spektral yang sempit – Menghasilkan daya optik yang besar Transmitter menggunakan laser pita sempit (narrow-band) yang memiliki lebar spektral yang sempit untuk membangkitkan pulsa-pulsa optik Transmisi dilakukan pada pita infra merah dan harus dikendalikan dengan sangat ketat agar dapat menghasilkan panjang gelombang yang tepat Transmitter laser memerlukan kondisi lingkungan tertentu dan catu daya listrik yang teratur (regulated) agar dapat beroperasi dengan baik.
raining Center T
TRANSMITTER, TX
raining Center T
TRANSMITTER (TX) : Terdiri dari : 1.Rangkaian Laser (Laser Control dan Laser); untuk membangkitkan sinyal laser, dan diteruskan ke rangkaian Modulator. 2.Rangkaian Modulator (Modulator dan Modulator Driver); berfungsi menerima sinyal laser dari rangkaian laser, untuk memodulasi sinyal dengan daya elektrik (informasi), sehingga diperoleh sinyal dengan daya optik yang mempunyai wavelength tertentu.
raining Center T
Laser
Untuk Sistem WDM kecepatan tinggi :
• • •
Hanya untuk “Long Wavelength Lasers” (1550nm range) Hanya untuk “Single Frequency Lasers“ Tidak ada direct modulation untuk laser current
Rangkaian Laser (Laser Control dan Laser); untuk membangkitkan sinyal laser, dan diteruskan ke rangkaian Modulator.
raining Center T
Modulator
Memilih format modulasi untuk optimalisasi : • Bandwidth meningkatkan efisiensi spectral • Receiver menekan OSNR yang diperlukan • channel power menekan non – linearities
Rangkaian Modulator (Modulator dan Modulator Driver); berfungsi menerima sinyal laser dari rangkaian laser, untuk memodulasi sinyal dengan daya elektrik (informasi), sehingga diperoleh sinyal dengan daya optik yang mempunyai wavelength tertentu.
raining Center T
MODULATOR Direct Modulation.
-
Direct Modulation • Modulator ini melakukan fungsi konversi electrical-to- optical (EO) dan parallel-to serial coverter • Format modulasi yang digunakan adalah return-to-zero (RZ) • Bila ada lojik “1”, dioda laser akan “on” • Bila ada lojik “0”, dioda laser akan “off” – Direct modulation memiliki kelemahan utama untuk data rate yang tinggi, Tidak bisa digunakan pada bit rate yang lebih besar dari 2,5 Gbps – Direct modulation dapat membangkitkan non-linieritas dan Direct modulation, dibatasi jarak dan cocok meningkatkan chirp – untuk aplikasi metro WDM/DWDM.
raining Center T
Chirp Direct Modulation. –
– – – –
Adalah perubahan mendadak panjang gelombang tengah (center wavelength) laser Disebabkan oleh ketidakstabilan laser Efek non-linier dapat menyebabkan chirp pada sistem komunikasi optik Kita dapat mengurangi efek chirping yang berasal dari proses pelaseran dengan menggunakan external modulator Pergeseran chirp biasanya +1 GHz s.d. -1 GHz
raining Center T
Gambar Prinsip Direct Modulation
raining Center T
Direct Modulation :
1.Parallel to Serial Converter berfungsi : Mengubah “n” sinyal dengan daya elektrik paralel menjadi satu sinyal dengan daya elektrik serial; untuk diteruskan ke High Speed Electrical Driver. 2.High Speed Electrical Driver berfungsi : Untuk mengontrol daya dari sinyal electrik berdasarkan kepada sinyal balik dari Laser. 3.Laser berfungsi : Untuk mengubah sinyal dengan daya electrik menjadi sinyal dengan daya optik Jadi modulator ini melakukan fungsi parallel-to serial coverter dan Konversi electrical-to- optical (EO). Format modulasi yang digunakan adalah return-to-zero (RZ) : Bila ada lojik “1”, dioda laser akan “on” Bila ada lojik “0”, dioda laser akan “off”
raining Center T
External modulation
– Pada modulator ini, suatu laser yang di-bias secara DC menghasilkan continuous wave (CW) yang diumpankan ke external modulator yang memodulasi sinyal CW menjadi aliran bit optik – Lebih stabil dan sering digunakan pada sistem WDM – Ada dua jenis: • Electro-absorption modulators (EAMs) • Mach-Zehnder interferometer modulators (MZI) – Pada umumnya menggunakan format non-return-to-zero (NRZ) • Tetapi ada pula sistem WDM yang menggunakan format return-to-zero (RZ) dan carrier-suppressed return-to-zero (CS-RZ) • Format RZ lebih banyak digunakan pada sistem long-haul dan ultra-long-haul
raining Center T
Gambar Prinsip External modulation
raining Center T
External Modulation :
1.Parallel to Serial Converter berfungsi : Mengubah “n” sinyal dengan daya elektrik paralel menjadi satu sinyal dengan daya elektrik serial; untuk diteruskan ke High Speed Electrical Driver. 2.High Speed Electrical Driver berfungsi : Untuk mengontrol daya dari sinyal electrik berdasarkan kepada sinyal balik dari Optical Modulator. 3.Laser berfungsi : Membangkitkan sinyal continuous wave (CW), yang kemudian diumpankan ke external modulator (Optical Modulator). 4.Optical Modulator berfungsi : Menerima sinyal electrik dari High Speed Electrical Driver untuk dimodulasi dengan sinyal Continous Wave (CW) dari Laser, sehingga menghasilkan aliran bit optik. 5.Feedback berfungsi : Menerima sinyal balik dari Optical Modulator, mengubah menjadi tegangan DC, untuk digunakan mengontrol level (amplitudo) dari sinyal elektrik. Jadi modulator ini melakukan fungsi parallel-to serial coverter dan konversi electrical-to- optical (EO).
raining Center T
Modulator Data
Types : Mach-Zehnder
atau
Material: LiNbO3 or InP Typical Data:
• Frequency range s/d 38GHz) • Switching voltage 4V • Insertion loss 4 - 8dB
Contoh External Modulator
Electro-absorption
raining Center T
Coding
• •
Forward Error Correction Meningkatkan Bandwidth 40Gbit/s menjadi 43Gbit/s
FEC di tambahkan pada rangkaian Modulator Driver, berfungsi untuk : Memperbaiki error yang mungkin timbul didalam transmisi sinyal dari pengirim ke penerima. Meningkatkan Bandwidth dari 40 Gbps menjadi 43 Gbps.
raining Center T
Distributed Feedback (DFB) Lasers
raining Center T
Contoh Distributed Feedback (DFB) Lasers. Laser DFB dibangun dengan menempatkan P-N junction di dalam rongga yang seluruh dindingnya memantulkan sinar secara penuh (fully reflecting) . Umpan balik optik diperoleh dengan cara menyisipkan Bragg grating di dalam rongga seperti ditunjukkan pada gambar di atas – Cahaya yang masuk melalui Bragg grating akan dibiaskan, kemudian sebagian kecil akan dipantulkan kembali. –
Panjang gelombang yang dipantulkan disebut Bragg resonance wavelength
–
Umpan balik optik ini disebut distributed feedback karena kemunculannya yang beragam di dalam rongga
–
Umpan balik terjadi sepanjang rongga dan diperlukan untuk mempertahankan ambang pelaseran
raining Center T
Distributed Bragg Reflector (DBR) Lasers
raining Center T
Contoh Laser DBR : • Lase Laserr DBR DBR memi memili liki ki cara cara kerj kerjaa yan yang g ser serup upaa deng dengan an lase laserr DFB DFB.. • Lase Laserr DBR DBR mem mempe perl rlua uass umpa umpan n bali balik k aki akiba batt gra grati ting ng ke selu seluru ruh h bag bagia ian n ron rongg gga. a. • Kema Kemamp mpua uan n pen penal alaa aan n panj panjan ang g gel gelom omba bang ng dipe dipero role leh h den denga gan n mer merub ubah ah peri period odaa grating di luar daerah aktif P-N junction. • Peruba Perubahan han arus arus pada pada gratin grating g juga juga akan akan meru merubah bah panjan panjang g gelo gelomba mbang ng Bragg Bragg dan umpa umpan n bali balik. k. • Deng Dengan an kema kemamp mpua uan n pen penal alaa aan n ini, ini, lase laserr DBR DBR dapa dapatt dit dital alaa pada pada bebe bebera rapa pa nanometer secara cepat. • Lase Laserr DBR DBR digu diguna naka kan n pad padaa sum sumbe berr opti optik k yan yang g dap dapat at dita ditala la.. • Lase Laserr DFB DFB dan dan DBR DBR dapa dapatt dian diangg ggap ap seb sebag agai ai gen gener eras asii pert pertam amaa lase laserr yang yang dapat ditala ditala (tunable (tunable laser). laser).
raining Center T
Contoh Tunable Laser.
raining Center T
Contoh Tunable Laser. • Mech Mechan anic ical al Tuna Tunabl blee Las Laser er –
Menggunakan micro-electro-mechanical micro-electro-mechanical systems (MEMS) sebagai aktuator aktuator panjang panjang gelomban gelombang g
–
Aktuator MEMS akan dapat secara secara fisik merubah merubah panjang antar dinding dinding cangkang cangkang sehingga sehingga dapat menghasil menghasilkan kan varia variasi si panjang panjang gelomb gelombang ang output.
• Jara Jarak k fisi fisik k anta antarr dind dindin ing g cang cangka kang ng haru haruss dika dikali libr bras asii seca secara ra hat hatii-ha hati ti ter terha hada dap p panjang gelombang yang distandardkan ITU-T –
Dengan cara ini variasi tegangan pada aktuator MEMS akan menghasilkan perubahan pada panjang gelombang yang dipancarkan
raining Center T
Contoh External Cavity Tunable Lasers
raining Center T
Contoh External Cavity Tunable Lasers : – Dibangun dari collimating optics, dan external grating – Versi komersial juga mengandung integrated thermal tunner, a gain chip, an isolator, dan sejumlah flexures yang diselaraskan secara tepat dengan serat sebelum dipasang pada bungkusnya – Daya output tipikal lebih dari 20 mW – Pada umumnya semakin lebar laser maka semakin kecil daya yang dipancarkannya – Sistem DWDM baru, dirancang untuk menggunakan laser ini – Perubahan panjang gelombang laser ini dapat berlangsung dalam orde nano detik sehingga sangat berpotensi untuk digunakan sebagai switch optik yang dapat merutekan trafik berdasarkan panjang gelombang.
raining Center T
Contoh Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSELs)
raining Center T
Contoh Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSELs) – Merupakan jenis laser dioda semikonduktor dengan cangkang yang tegak lurus dengan wafer plane – Laser ini memancarkan cahaya yang tegak lurus terhadap bidang P-N junction – Laser ini mengandung distributed Bragg grating yang menstabilkan panjang gelombang dan menekan side modes – Karena laser ini memancarkan cahaya yang tegak lurus terhadap wafer plane, maka laser ini ideal untuk aplikasi susunan laser seperti interkoneksi optik paralel
raining Center T
3.2. OPTICAL RECEIVER (WAVELENGTH CONVERTER)
raining Center T
FUNGSI : • Receiver berfungsi mendeteksi pulsa-pulsa optik dan merubahnya ke dalam deretan bit elektrik • Receiver biasanya menggunakan photodiodes untuk merubah energi foton menjadi elektron • Gambar di bawah menunjukkan skema WDMDWDM receiver • Receiver pada sistem CWDM dan DWDM memerlukan bandwidth yang lebih lebar sehingga dapat menangani seluruh bit rate dan protokol
raining Center T
Receivers
raining Center T
Gambar Rangkaian Receiver : Sinyal multi wavelength diterima oleh Receiver, dan diproses sedcara bertahap sbb. : 1. Diubah dari sinyal optik menjadi sinyal elektrik oleh Photo diode (O/E Converter). 2. Amplitudo sinyal RF dikuatkan oleh Electrical Amplifier. 3. Kemudian dipisahkan antara Data dan Clock, untuk kemudian di perbaiki (Recovery), oleh Data Recovery dan Clock Recovery. 4. Clock yang sudah direcovery diteruskan ke data recovery, untuk memperbaiki kualitas Data. 5. Selanjutnya multi wavelength electrik diubah menjadi multi wavelength paralel oleh Serial/Paralel Converter.
raining Center T
Receiver Basic elements :
• • • •
Photodiode Clock recovery Decision gate Rx electronics
Contoh bagian Receiver; terdiri dari : 1. Optical Ampliifier (OA), memperkuat amplitudo sinyal (Pre-Amplifier). 2. Filter, untuk memilih sinyal yang dikendaki. 3. Photo Diode, berfungsi mengubah sinyal optik menjadi sinyal slectric. 4. Kemudian dipisahkan antara Data dan Clock, untuk kemudian di perbaiki (Recovery), oleh Decision Gate (Data Recovery) dan Clock Recovery. 5. Clock yang sudah direcovery diteruskan ke Decision Gate (data recovery), untuk memperbaiki kualitas Data. 6. Selanjutnya multi wavelength electrik diubah menjadi multi wavelength paralel oleh DEMUX (Serial/Paralel Converter); yang dilengkapi dengan fungsi deFEC (FEC pada arah terima)..
raining Center T
Photodiode Untuk sistem WDM kecepatan tinggi :
• •
Bandwidth > 35 GHz high output voltage (dibutuhkan untuk elektronik kecepatan tinggi) - Efisiennya bagus - Kemampuan menahan daya yang besar
raining Center T
MENSTABILKAN PANJANG GELOMBANG - Masalah terbesar dalam sistem WDM adalah menstabilkan panjang
gelombang - Pada level sistem, ada sejumlah cara untuk menstabilkan panjang gelombang: = Pada sistem yang menggunakan direct modulation terhadap arus pendorong laser (the laser drive current), skema pengkodean data merupakan hal yang penting - Kita harus menggunakan pengkdoean data yang sedemikian hingga dapat menyamakan jumlah bit 1 dan 0 - Membuat “sisir”(“comb”) dari frekuensi-frekuensi referensi dengan cara: • Membangun laser Fabry-Perot khusus dengan jumlah mode yang sangat banyak • Menstabilkan salah satu mode menggunakan FBG dan feedback loop • Mendistribusikan sisir referensi ini ke seluruh jaringan agar dapat digunakan untuk menstabilkan laser lain atau (setelah dikuatkan) menjadi sumber panjang gelombang jaringan
raining Center T
MENSTABILKAN PANJANG GELOMBANG (lanjutan)
-
-
Perlu serat tambahan Membangun jaringan dengan menempatkan seluruh komponen yang dapat ditala di dalam hub (lokasi) yang terpusat bersama reflective star Pada konfigurasi ini, sebuah laser multimode dapat digunakan untuk menghasilkan sisir untuk seluruh pemancar, penerima dan filter di dalam sistem; masing-masing workstation dapat memiliki pemancar dan penerima yang tetap Mengirimkan frekuensi referensi pada lokasi yang sedidkit terpisah dari sisir kanal
raining Center T
3.3. WDM MULTIPLEXER (OPTICAL MULTIPLEXER) DAN WDM DEMULTIPLEXER (OPTICAL DEMULTIPLEXER)
raining Center T
1. Prinsip multiplexing wavelength. Prinsip multiplexing pada WDM/DWDM didasarkan pada 2 mekanik; yaitu : 1) Angular Dispersion, lihat Gambar-3 2) Optik Filtering, lihat Gambar-4 1. Angular Dispersion . Angular Dispersion ada 2 macam; yaitu : a. Prisma λ1
λ3λ2λ1
λ2 λ3 Gambar-3a : Prisma
raining Center T
Tiga berkas sinar; masing-masing λ 1, λ 2, dan λ 3 dipancarkan ke prisma; oleh prisma ke tiga sinar tersebut dibiaskan ke satu titik. Jadi prisma diatas berfungsi mengubah 3 sinyal parallel menjadi satu sinyal serial.
raining Center T
b. Reflecting Diffraction Grating
λ3λ2λ1 λ1
λ2 λ3
Gambar-3b : Reflecting Diffraction Grating
raining Center T
Tiga berkas sinar; masing-masing λ 1, λ 2, dan λ 3 dipancarkan ke reflecting diffraction grating; oleh reflecting diffraction grating ke tiga sinar tersebut diterima pada satu titik, untuk kemudian dipantulkan ke arah yang berlawanan. Jadi reflecting diffraction grating diatas berfungsi mengubah 3 sinyal parallel menjadi satu sinyal serial.
raining Center T
2. Optik Filtering.
Optik Filter terdiri dari : lapisan “thin” dari material yang transparan dengan index bias yang berbeda-beda. Interferensi antar ”thin film” menyebabkan filter akan melewatkan panjang gelombang optik yang diinginkan, dan memantulkan panjang gelombang optik yang tidak dikehendaki.
raining Center T
Filter-2
λ1λ2λ3
Filter-1
λ1λ2
λ3
λ1
λ2 Gambar-4 : Optic Filtering.
Filter-1 meneruskan λ 1 dan memantulkan λ 2. Filter-2 meneruskan λ 1 dan λ 2, memantulkan λ 3 Jadi Filter pertama berfungsi mengubah dua sinyal paralel λ 1 dan λ 2, menjadi satu sinyal serial; sedangkan Filter kedua mengubah dua sinyal paralel λ 1λ 2 dan λ 3.
raining Center T
Prinsip demultiplexing wavelength. Prinsip demultiplexing pada WDM/DWDM sama dengan prinsip multiplexing WDM/DWDM yaitu : 1) Angular Dispersion, lihat Gambar-5 2) Optik Filtering, lihat Gambar-6
raining Center T
1. Angular Dispersion. Angular Dispersion 2 macam; yaitu : a. Prisma
λ1λ2λ3
λ2
λ3 λ1
Gambar-5a : Prisma
raining Center T
Satu berkas sinar serial λ 1λ 2λ 3 yang diterima oleh prisma akan dibiaskan menjadi tiga berkas sinar λ 1, λ 2, dan λ 3. Masing-masing λ 1, λ 2, dan λ 3; oleh prisma ke tiga sinar tersebut dibiaskan ke tujuan masing-masing. Jadi prisma diatas berfungsi mengubah satu sinyal serial menjadi 3 sinyal parallel.
raining Center T
b. Reflecting Diffraction Grating
λ3λ2λ1 λ1
λ2
λ3
Gambar-5b : Reflecting Diffraction Grating
Satu berkas sinar λ 1λ 2λ 3; yang diterima oleh reflecting diffraction grating akan dipantulkan menjadi tiga berkas sinar λ 1, λ 2, dan λ 3 ke arah yang berlawanan. Jadi reflecting diffraction grating diatas berfungsi mengubah satu sinyal serial menjadi 3 sinyal parallel.
raining Center T
2. Optik Filtering. Optik Filter terdiri dari : lapisan “thin” dari material yang transparan dengan index bias yang berbeda-beda. Interferensi antar ”thin film” menyebabkan filter akan melewatkan panjang gelombang optik yang diinginkan, dan memantulkan panjang gelombang optik yang tidak dikehendaki.
raining Center T
Filter-1
λ3λ2λ1
Filter-2
λ3λ2
λ1
λ3
λ2 Gambar-6 : Optic Filtering.
Filter-1 memantulkan λ 1 dan meneruskan λ 2 dan λ 3. Filter-2 memantulkan λ 2 meneruskan λ 3. Jadi Filter pertama berfungsi mengubah satu sinyal serial λ 1 λ 2 λ 3 menjadi dua sinyal paralel λ 1 dan λ 2 λ 3; sedangkan Filter kedua mengubah satu sinyal serial λ 2 λ 3 menjadi dua sinyal paralel λ 2 dan λ 3.
raining Center T
CONTOH - CONTOH MULTIPLEX/DEMULTIPLEX. 1. Tunable Optik Filter Wavelength yang sudah dimodulasi Tunable Optical Filter
λ Ν
λ3 λ2 λ1 INPUT
λ Ν
λ3 λ2 λ1
OUTPUT
Multi Wavelength λ 1 λ 2 λ 3 ……. λ n diterima oleh Tunable Optical Filter; kemudian Tunable Optical Filter akan memilih satu wavelength; misalnya λ 2, sedangkan wavelength yang lainnya akan diredam atau dipantulkan.
raining Center T
Gambar prinsip Tunable Optical Filter
raining Center T
Multi Wavelength λ 1 λ 2 ……. λ n diterima oleh Tunable Optical Filter; kemudian Tunable Optical Filter akan memilih satu wavelength; misalnya λ 1, untuk kemudian diteruskan ke Receiver Electronics; sedangkan wavelength yang lainnya akan diredam atau dipantulkan. Tunable Optical Filter ini dikendalikan oleh rangkaian CONTROL.
raining Center T
2. Wavelength/polarization demultiplexer. Gambar-4 memperlihatkan suatu konfigurasi “demultiplexer wavelength/polarization”; yaitu yang terdiri dari : a. Demultiplex Optical Filter; yang berfungsi untuk memisahkan channel yang diinginkan b. Polarization Beam Splitter (PBS); yang berfungsi untuk mengeluarkan sisa komponen - komponen channel terdekat c. Automatic Polarization Control; berfungsi untuk membuat match status polarisasi dari channel yang diinginkan untuk kemudian diteruskan ke PBS berikutnya. d. Monitor Photo Diode; berfungsi untuk mengirimkan sinyal feedback ke pengontrol polarisasi. Lihat gambar berikut.
raining Center T
Demux Optical Filter
APC
PBS
λ3
BPF Output Channel Ganjil λ Ν
λ3 λ2 λ1 Monitor Photo Diode
INPUT
Channel Genap
λ Ν
λ5
λ2λ3
λ1
Gambar Demultiplexer Wavelength/Polarization
raining Center T
Sinyal optik serial λ 1 λ 2 ……. λ n dari optical fiber cable diterima oleh Demultiplexer Wavelength (Polarization), kemudian akan diproses dengan urutan sbb. : Sinyal diterima oleh Coupler; dimana coupler akan memecah sinyal menjadi 2 kelompok, yaitu sinyal pada channel genap dan sinyal pada channel ganjil; yang masing-masing diteruskan ke Demux Optical Filter. Demultiplex Optical Filter akan mengubah sinyal serial (channel genap dan channel ganjil) menjadi si nyal parallel; selanjutnya setiap channel akan dilewatkan pada Band Pass Filter (BPF), yang berfungsi untuk meneruskan channel yang diinginkan dan meredam channel yang tidak diinginkan. Automatic Polarization Control (APC); berfungsi untuk mengontrol polarisasi dari channel yang diinginkan. Polarization Beam Splitter (PBS); berfungsi untuk mengeluarkan sisa komponen komponen channel terdekat; sehingga yang diteruskan benar-benar hanya channel yang diinginkan. Monitor Photo Diode; berfungsi untuk mengirimkan sinyal Feedback ke pengontrol polarisasi.
raining Center T
3. Cascaded ‚Multilayer Dielectric Thin-Film Filters‘
Cascaded thin-film filter Cascaded Thin Film Filter (TFF) : 1. Berdasar kepada prinsip Fabry Perot 2. Mirrors mengelilingi cavity yang menggunakan „multiple reflective dielectric thin film layers” 3. Perubahan temperature stabil 4. Low loss & polarization insensitive
raining Center T
Cascaded thin-film filter Cascaded Thin Film Filter (TFF) : Berdasar kepada prinsip Fabry Perot Mirrors mengelilingi cavity yang menggunakan „multiple reflective dielectric thin film layers” Perubahan temperature stabil Low loss & polarization insensitive
raining Center T
4. Arrayed Waveguide Grating (AWG) (1 x n DEMUX atau n x 1 MUX)
Input Coupler
Output Coupler
AWG: arrayed waveguide grating
raining Center T
Satu input signal yang sama di copy ke suatu array dari waveguides (AWG) : λ1... λn Pada setiap waveguides signal tersebut menuju ke suatu path yang berbeda (difference:ΔL) Positive interference untuk input wavelengths λ1... λn pada output ports yang berbeda (1...n) Active temperature control! Silicium based integrated optics
raining Center T
TEKNOLOGI MUX/DEMUX Interleaver , ,
,
. . .
In/Out
, . . .
Out/In ,
50 GHz
.. .
In/Out
100 GHz
Gambar menunjukkan teknik multiplexing Interleaver didalam WDM, dimana : Dua deretan multi sinyal paralel ( λ 1, λ 3, λ 5, λ 7, λ 9 dan λ 2, λ 4, λ 6, λ 8, λ 10; dengan spasi 100 GHz) diterima oleh multiplex, untuk digabung menjadi satu deretan sinyal serial (λ 1, λ 2, λ 3, λ 4, λ 5, λ 6, λ 7, λ 8, λ 9, λ 10; dengan spasi 50 GHz) . Satu deretan sinyal serial ( λ 1, λ 2, λ 3, λ 4, λ 5, λ 6, λ 7, λ 8, λ 9, λ 10; dengan spasi 50 GHz) diterima oleh demultiplex, untuk dipecah menjadi dua deretan multi sinyal paralel (λ 1, λ 3, λ 5, λ 7, λ 9 dan λ 2, λ 4, λ 6, λ 8, λ 10; dengan spasi 100 GHz).
raining Center T
• • •
WDM (Optical multiplexers) menggabungkan beberapa panjang gelombang menjadi satu. WDM (Optical demultiplexers) memecah satu panjang gelombang menjadi beberapa. Banyak teknologi yang digunakan dalam optical multiplexing demultiplexing, misalnya: –Thin film filters –Fiber Bragg gratings (FBG) –Arrayed Waveguide gratings (AWG) –FP (Fabry Perot) cavity filter –Mach-Zehnder interferometer –Acousto optical tunable filters
raining Center T
Thin Film Filter
raining Center T
Teknik Multiplexing/Demultiplexing yang menggunakan “Thin Film Filter”; pada ditunjukkan : Pada Arah Multiplexer : 1. TFF Section n menerima λ n dan diteruskan ke tingkat berikutnya. 2. TFF Section 3 menerima λ 3 dan memantulkan λ n untuk diteruskan ke tingkat berikutnya. 3. TFF Section 2 menerima λ 2, memantulkan λ 3 dan λ n untuk diteruskan ke tingkat berikutnya. 4. TFF Section 1 menerima λ 1, memantulkan λ 2, λ 3 dan λ n untuk diteruskan ke tingkat berikutnya. Pada Arah Demultiplexer : 1. TFF Section n menerima λ n dan diteruskan ke tingkat berikutnya. 2. TFF Section 3 menerima λ 3 dan memantulkan λ n untuk diteruskan ke tingkat berikutnya. 3. TFF Section 2 menerima λ 2, memantulkan λ 3 dan λ n untuk diteruskan ke tingkat berikutnya. 4. TFF Section 1 menerima λ 1, memantulkan λ 2, λ 3 dan λ n untuk diteruskan ke tingkat berikutnya.
raining Center T
Fiber Bragg grating
FBG banyak digunakan pada sistem WDM misalnya untuk elemen channeldrop, perangkat kompensasi dispersi, dan filter FBG memiliki rentang 10 nm dan memerlukan waktu penalaan dari 1 s.d. 10 detik.
raining Center T
Array Waveguide (AWG)
AWG dapat menggantikan sejumlah Bragg grating. Waktu penalaan filter AWG mendekati 10 ms.
raining Center T
Fabry Perot Cavity Filter
raining Center T
Fabry Perot Cavity Filter. • Mechanical Tunable Laser – Menggunakan Transducer sebagai aktuator panjang gelombang. – Aktuator Transducer akan dapat secara fisik merubah panjang antar dinding cangkang sehingga dapat menghasilkan variasi panjang gelombang output. • Jarak fisik antar dinding cangkang harus dikalibrasi secara hati-hati terhadap panjang gelombang yang distandardkan ITU-T. – Dengan cara ini variasi tegangan pada aktuator Transducer akan menghasilkan perubahan pada panjang gelombang yang dipancarkan.
raining Center T
Mach-Zehnder Interferometers
3 dB Coupler
3 dB Coupler
raining Center T
Mach Zehnder Filters:
Bentuk dasar dari Mach Zehnder interferometer (MZI) adalah sbb. Gambar diatas menunjukkan dua coupler 3-dB, saling dihubungkan untuk membentuk suatu rangkaian interferometer. Pada coupler 3 dB pertama sinyal di split kedalam dua fiber path dan kemudian digabung lagi menjadi satu oleh coupler 3-dB kedua. Bagian penggeser phase dipasang pada salah satu lengan interferometer (fiber yang satu). Pergeseran phasa bisa dilakukan dengan mengubah panjang path optik di lengan interferometer yang satunya lagi. Kondisi ini akan menghasilkan “time delay” phase diantara sinar yang merambat didalam tiap-tiap lengan dari fiber interferometer.
raining Center T
Skematik 4-channel wavelength demultiplexer. Splitter pertama menerima 4 wavelength serial; untuk kemudian dipecah menjadi dua, yaitu λ 1, λ 2 dan λ 3, λ 4. Splitter kedua masing-masing menerima dua sinyal serial, untuk kemudian dipecah menjadi dua; yaitu λ 1 dan λ 2 - λ 3 dan λ 4. Keempat wavelength tersebut selanjutnya diteruskan ke band pass filter masing-masing.
raining Center T
3.4. OPTICAL ADD/ DROP MULTIPLEXER (OADM )
raining Center T
Optical Add / Drop Multiplexer (OADM)
Suatu optical add/drop multiplexer (OADM) adalah perangkat yang berfungsi untuk menambahkan (add) atau mengambil (drop) individual wavelengths ke/dari WDM aggregate pada sisi “in-line”, untuk membentuk fungsi add/drop optical level. Sebelum OADM, “back to back WDM terminal” sudah ada untuk mengakses individual wavelengths pada sisi “in-line”. OADMs bisa bekerja untuk “add and drop fixed wavelenghts”, dan juga bisa untuk add/drop selective wavelength. Lihat gambar berikut.
raining Center T
Sistem WDM dengan OADM
raining Center T
Gambar Sistem WDM dengan OADM : WDM Mux : menggabungkan multi wavelength paralel menjadi serial. ADD/DROP : melakukan drop – insert – pass through (Express Channel) terhadap sinyal optik serial. WDM Demux : Memecah sinyal multi wavelength serial menjadi sinyal multi wavelength paralel.
raining Center T
Add-Drop Multiplexers
●
●
Digunakan untuk meng “couple out” satu atau lebih wavelengths dan untuk memasukkan wavelengths yang sama. Menggunakan Switch.
raining Center T
Gambar Add Drop Multiplexer dengan Coupler : WDM Demux
: Memecah sinyal multi wavelength serial menjadi sinyal multi wavelength paralel.
ADD/DROP
: melakukan drop – add – pass through (Express Channel) terhadap sinyal optik serial.
WDM Mux
: menggabungkan multi wavelength paralel menjadi serial.
Gambar (a)
: seluruh wavelength di drop/add.
Gambar (b)
: Setiap wavelength akan di pecah menjadi 2 oleh splitter; setengah sinyal diteruskan, dan setengah lainnya di drop
raining Center T
Functional Diagram Contoh 4 band aplikasi OADM pada 10 channel add/drop node didalam sistem 40 channel.
raining Center T
Add - Drop dengan Thin Film Filter : Multi wavelength serial (sebanyak 40 kanal, kanal 20 – 59) diterima oleh Demux Common, kemudian diteruskan ke - 4 band OADM, yang terdiri dari : C20 – 29
: menerima multi wavelength kanal 20 – 59; melewatkan wavelength kanal 20 – 29 (pass through/Drop 1), dan diteruskan ke Add 1 : C20 – 29); memantulkan kanal 30 – 59.
C30 – 39
: menerima multi wavelength kanal 30 – 59; melewatkan wavelength kanal 30 – 29 (pass through/Drop 2), dan diteruskan ke Add 2 : C30 – 39); memantulkan kanal 40 – 59.
C40 – 49
: menerima multi wave length kanal 40 – 59; melewatkan wavelength kanal 40 – kanal 49 (pass through/Drop 3), dan diteruskan ke Add 3 : C40 – 49); memantulkan kanal 50 – 59.
C50 – 59
: menerima multi wave length kanal 50 – 59; untuk diteruskan ke perangkat DEMUX (Drop)
raining Center T
OADM dengan circulator dan FBG FFP FBG
= Filter Febry Perot = Fiber Brag Grating
raining Center T
Operasi add-drop pada stasiun end-user dengan menggunakan circulators dan serat yang di- Bragg grating
raining Center T
Losses Connector loss ( Lc), Tap loss ( Ltap), Throughput loss ( Lth), Intrinsic loss dan Fiber loss
raining Center T
Loss pada Linear Bus Coupler : Loss kenektor (= 4 buah) + Tap Loss + Throughput Loss + Intrinsic Loss. F = connector. C = Coupler. T = Transmit. R = Receiver.
raining Center T
raining Center T
3.5. OPTICAL SWITCHES/OPTICAL CROSS CONNECTION (OXC)
raining Center T
SWITCHING.
Ada 2 jenis Switching : 1. “Circuit Switching” 2. “Packet Switching”. Untuk transmisi optik dengan kecepatan tinggi, yang digunakan adalah packet switching, karena dapat mentransfer data lebih effisien. Jaringan yang berbasis pada “packet switching” dapat menyediakan keperluan yang dibutuhkan oleh suatu node untuk mendeteksi dan mengirimkan optoelectronically setiap packet data optik yang datang.
raining Center T
OPS (Optical Packet Switching) NODE ARCHITECTURE
Gambar dibawah memperlihatkan diagram balok fungsi architecture node Optical Packet Switching (OPS). OPS tdr. dr. : 1. Sepasang multiplexers dan demultiplexers 2. Satu input interface, 3. Space switch fabric dengan optical ber (Misalnya ber delay lines) dan wavelength converters, 4. Satu out-put interface, 5. Dan switch control unit. Packets yang tiba di pada OPS pertama akan di demultiplex menjadi individual wavelengths, kemudian dikirim ke “input interface”. Setiap packet berisi payload dan optical header (mis. IP header) yang digunakan untuk routing didalam daerah optical.
raining Center T
Gambar architecture node Optical Packet Switching
raining Center T
Input interface berfungsi bertanggung jawab untuk mengeluarkan “optical packet header” dan kemudian meneruskan ke “switch control unit” untuk diproses. Switch control unit berfungsi memproses : 1. “Header information, 2. Menentukan out-put port dan wavelength yang sesuai untuk packet, 3. Memerintahkan switch fabric untuk melakukan route packet yang dikehendaki. Untuk keperluan routing packet, switch mungkin harus mengubah menjadi wavelength baru. 4. Menentukan header baru untuk packet, dan meneruskannya ke output interface. Output interface, berfungsi memberikan header baru untuk packet, dan kemudian meneruskan packet ke outgoing link (ke node berikutnya) didalam path.
raining Center T
Optical cross-connect architecture
raining Center T
Gambar : 2 × 2 OXN crossconnecting channels 1 dan 2 sepanjang dua paths (dotted and dashed lines, respectively) dengan tujuan ke port output fiber yang sudah ditentukan.
raining Center T
Gambar - OXC yang diimplementasikan dengan menggunakan FBGs, circulators, dan passive combiners
raining Center T
3.6. OPTICAL AMPLIFIER/REGENERATOR
raining Center T
Optical Amplifier 1.
Pre-amplifier Ditempatkan persis sebelum receiver, untuk menaikkan kekuatan signal; sesuai dengan rentang sensitivitas receiver.
2.
Post amplifier menguatkan sinyal pada sisi pengirim, dipasang persis setelah transmitter.
3.
In-Line Amplifier (ILA). Ditempatkan kira-kira setiap 80 s/d 100km media optik, untuk menguatkkan signal yang mengalami redaman selama dalam transmisi untuk mencapai tempat yang dituju, ILA berikutnya atau sisi terminal. ILA bekerja pada daerah optik, dan berfungsi sebagai amplifier 1R.
4.
Amplifier dikatagorikan kedalam 1R, 2R, dan 3R: –1R : Re-amplify –2R : Re-amplify dan reshape –3R : Re-amplify, reshape, dan retime
5.
Pengembangan jaringan WDM/DWDM agar mencakup jarak lebih jauh dan/atau menambah jumlah node memerlukan penyisipan repeater atau amplifier.
raining Center T
Contoh suatu jaringan WDM untuk jarak jauh. Gambar diatas menunjukkan contoh jaringan WDM untuk jarak jauh; dimana pada jaringan dilengkapi dengan : - Post Amplifier. - In-Line Amplifier. - Pre Amplifier. Sehingga diperoleh kualitas sinyal terima sama sinyal yang dikirim.
raining Center T
7.
Amplifier dapat menyediakan regenerasi 1R hanya untuk menanggulangi redaman daya optik
8.
Repeater dapat menyediakan regenerasi 3R untuk menanggulangi redaman dan dispersi
9.
Perangkat 1R hanya menguatkan sinyal yang diterima
10. Perangkat 2R menyediakan amplification dan reshaping gelombang untuk menyediakan recovery data 11. Perangkat 3R melakukan amplifications dan reshaping serta memerlukan suber waktu yang digunakan bagi pewaktuan kembali transponder 12. Power Amplifier/Booster Gambar berikut menggambarkan tiga aplikasi optical amplifier, dimana amplifier pertama adalah Power Amplifier (Booster). Power amplifiers (atau juga disebut booster amplifiers) ditempatkan langsung setelah optical transmitter. Aplikasi ini membutuhkan EDFA untuk mendapatkan signal input yang besar dan memperoleh signal output dengan level maksimum.
raining Center T
Tiga Aplikasi EDFA Tiga Aplikasi EDFA : 1.Power Booster. 2.In-Line Amplifier. 3.Pre Amplifier.
raining Center T
EDFA digunakan untuk Kompensasi Loss didalam Optical Networks Yaitu dengan meng-insert-kan EDFA sebelum splitter 1 x 8 optical akan menaikkan power hampir sekitar +19 dBm, sehingga memungkinkan setiap signal dari 8 signal akan mendapat 9 dBm, dengan akibat output power akan hampir sama dengan original transmitter power. Optical splitter sendiri mempuyai “nominal optical insertion loss” sebesar 10 dB. Transmitter mempunyai optical output sebesar +10 dBm, berarti bahwa optical splitter outputs tanpa EDFA adalah sebesar 0 dBm. Output power ini dapat diterima hampir oleh seluruh aplikasi digital.
raining Center T
+ 9 dBm
+ 19 dBm + 10 dBm
Loss 10 dB
Loss Compensation didalam Optical Networks
Untuk mengkompensasi loss terhadap sinyal selama dalam perjalan dari Transmitter ke Receiver didalam jaringan optik digunakan Power Amplifier; dalam hal ini yang digunakan EDFA..
raining Center T
Network Regeneration
Untuk sistem WDM, regenerasi diperlukan bagi seluruh panjang gelombang. Untuk jaringan metro WDM dengan jumlah node yang banyak, bisa digunakan Semiconductor Optical Amplifier (SOA). Pada gambar menunjukkan suatu jaringan WDM yang terdiri dari : 1. Transponder (synchronous dan asynchronous), dengan regenerasi 2R. 2. Multiplexer. 3. Optical Amplifier, dengan regenerasi 1R. 4. Demultiplexer. 5. Regenerator, dengan regenerasi 3R. 6. Multiplexer.
raining Center T
Ada 3 tipe Amplifier :
1. 2. 3.
Erbium Doped Fiber Amplifiers (EDFA) Raman Fiber Amplifiers Semiconductor Optical Amplifiers (SOA)
raining Center T
1. Erbium-Doped Fiber Amplifiers (EDFAs)
EDFAs menyediakan mekanisme gain untuk penguatan DWDM. • Sistem DWDM menggunakan erbium amplifier karena dapat bekerja dengan baik dan sangat efisien sebagai amplifier pada rentang 1530 nm –1565 nm. • Cahaya dipompakan pada sekitar 980 nm dan/atau 1480 nm untuk mengeksitasi ion erbium yang kemudian menguatkan panjang gelombang pita C yang masuk dari sumber.
raining Center T
Block Diagram EDFA 1 Tingkat
raining Center T
Block Diagram EDFA 2 Tingkat
raining Center T
Input coupler, Coupler #1, adalah microcontroller untuk memonitor input light melaui detector #1. Input isolator, isolator #1 (selalu ada) untuk mencegah signal balik. WDM #1 (selalu ada) untuk meng-injeksikan pump wavelength 980 nm kedalam panjang (length) dari “erbium-doped fiber”. WDM #1 mengkopel optical input signal kedalam “erbium-doped fiber” dengan minimal optical loss. Erbium-doped optical fiber biasanya sepanjang 10meters. Energy 980 nm memompa atom erbium kedalam “slowly decaying, excited state”. Jika energy didalam band 1550 nm berjalan melalui fiber, hal ini akan menyebabkan “stimulated emission of radiation”, sehingga akan menguatkan signal 1550 nm .
raining Center T
WDM #2 (hanya ada pada dual pumped EDFAs); mengkopel energi 980 nm tambahan dari Pump Laser #2 kedalam ujung dari erbium-doped fiber, meningkatkan penguatan dan daya output. Isolator #3 (selalu ada). Coupler #2 optional. Tap yang terhubung ke Detector #3 digunakan untuk memonitor daya optical output. Tap yang terhubung ke Detector #2 digunakan untuk memonitor “reflections back” kedalam EDFA. Fitur ini bisa digunakan untuk mendedteksi apabila konektor pada “optical output” putus. Hal ini akan menaikkan signal back-reflected, dan microcontrolled dapat meng- set pump lasers ke disable, untuk keselamatan tenaga teknik yang sedang bekerja dengan EDFAs.
raining Center T
Untuk sistem optikal fiber dengan performansi tinggi perlu digunakan dua tingkat EDFA dengan “mid-stage access”. Dalam hali ini, dua “single-stage EDFAs” di paket menjadi satu. Output EDFA tingkat pertama dan input EDFA tingkat kedua membawa sinyal untuk user. Untuk menekan “overall dispersion” dari sistem, secara periodik bisa digunakan “dispersion compensating fiber (DCF)”. Tetapi hal ini akan menyebabkan naiknya insertion loss sekitar 10 dB.
raining Center T
Figure 3 - Two-stage EDFA with Mid-stage Access
raining Center T
Pertama optical input dilewatkan pada optical Isolator #1, kemudian keWDM #1, dimana di injeksikan “980 nm pump wavelength” kedalam length pertama dari erbium-doped fiber. WDM #1 juga bisa mengkopel “optical input signal” kedalam erbium-doped fiber dengan optical loss minimal. Erbium-doped optical fiber biasanya sepanjang 10meters. Energy 980 nm memompa atom erbium kedalam “slowly decaying, excited state”.
Jika energy didalam band 1550 nm berjalan melalui fiber, hal ini akan menyebabkan “stimulated emission of radiation”, sehingga akan menguatkan signal 1550 nm . Dan signal ini akan diteruskan ke optical isolator #2, dan diteruskan untuk user. Biasanya “dispersion compensating device” akan dihubungkan pada “mid-stage access point”. Sinar kemudian berjalan melalui isolator #3 dan WDM #2, yang akan mengkopel energi 980 nm tambahan dari “second pump laser” kedalam ujung lain dari “second length” erbium-doped fiber, menaikkan penguatan dan output power. Dan akhirnya sinar berjalan melalui isolator #4.
raining Center T
Keuntungan EDFA : • • • • • •
Efficient pumping Minimal polarization sensitivity High output power Low noise Low distortion dan minimal crosstalk Mempunyai efisiensi lebih tinggi dari Raman untuk “low amplifier pump powers” (aplikasi kanal rendah)
Kekurangan EDFA : • Limited untuk band C dan L • Pada “higher amplifier pump powers” (aplikasi kanal lebih tinggi) kurang efisien dibanding Raman amplifiers Pump Laser Sumber daya untuk menguatkan signal biasanya laser pada 980nm atau 1480nm laser.
raining Center T
Erbium Doped Fiber Single mode fiber, doped dengan ion-ion erbium, bekerja sebagai penguat fiber, mentransfer power dari pump laser ke target wavelengths. Wavelength Selective Coupler Meng-couple “pump laser wavelength” ke gain fiber dan menyaring (mengeluarkan) “extraneous wavelengths” dari “laser output”. Isolator Mencegah setiap sinar yang terpantul kembali (back-reflected light), agar tidak masuk ke amplifier.
raining Center T
2. Raman Fiber Amplifiers (RFAs)
• • • • • • • • •
Raman fiber amplifiers menggunakan “Raman effect” untuk mentransfer power dari “pump lasers” ke wavelengths yang dikuatkan. Memanfaatkan efek stimulated Raman scattering (SRS) SRS adalah tipe nonlinear scattering yang menghasilkan penguatan broadband untuk sejumlah kanal optik Penguatan Raman terjadi ketika sinyal pompa dengan panjang gelombang yang lebih pendek dibuat agar berpropagasi melalui serat Sinyal pompa menimbulkan gelombang Stoke’s pita lebar yang mentransfer energi dan menguatkan sejumlah kanal di dalam sistem WDM Gain spectra dari penguatan Raman cukup lebar (150 s/d 200 nm) dan meliputi seluruh pita operasi S, C, L, dan U Biasanya, amplifier Raman menghasilkan gain 20 dB-35 dB dengan daya pompa 800 mW –1 W RFA memiliki profil gain yang lebih datar pada pita operasi dan NF yang lebih rendah daripada EDFAs Kelemahan RFA dibanding EDFAs yaitu memerlukan daya input pompa yang tinggi yang dapat menyebabkan cacat akibat non-linieritas
raining Center T
raining Center T
raining Center T
Keuntungan Raman : • • • •
Bandwidth lebar. Bisa bekerja pada band U, C, L, dan S. Penguatan Raman bisa muncul didalam “ordinary silica fibers” Pada “higher amplifier pump powers” (aplikasi kanal lebih tinggi) lebih efisien dari EDFAs.
Kekurangan Raman : Mempunyai efisiensi lebih rendah dari EDFAs untuk “low amplifier pump powers” (aplikasi kanal rendah)
raining Center T
3. Semiconductor Optical Amplifier (SOA) Sama seperti laser, SOA menggunakan “current injection” melalui layer junction didalam semiconductor untuk men-stimulate emisi photon. Pada SOA, “anti-reflective coating” digunakan untuk mencegah lasing. SOA bekerja pada 1310 nm and 1550 nm Keuntungan SOA : Penguatan dilakukan pada bandwidh yang lebar. Kekurangan SOA : • • • • • •
Nois tinggi dibanding EDFAs dan Raman amplifiers. Low power. Crosstalk antar channels. Sensitiv terhadap polarisasi “input light”. Insertion loss tinggi. Coupling diantara SOA dan transmission fiber sulit.
raining Center T
Semiconductor Optical Amplifier
raining Center T
Semiconductor Optical Amplifiers (SOA), adalah “semiconductor lasers” dimana mirror feedback sudah di eliminasi. SOA bekerja pada daerah 1300 and 1550 nm.
raining Center T
Pada jaringan optik modern SOAs digunakan sebagai : Power Boosters: Banyak designs “tunable laser” dengan level power optical output rendah dan harus segera diikuti dengan suatu optical amplifier. (Power booster ini bisa SOA atau EDFA.) In-Line Amplifier. Menguatkan signal optik didalam path optik. Wavelength Conversion: Mengubah wavelength dari optical signal. Receiver Preamplifier: SOAs bisa dipasang didepan detectors untuk meningkatkan sensitivitas.
raining Center T
Perbandingan Amplifier Optik
*SOA = Semiconductor Optical Amplifier; digunaka pada “loss-limited WDM metro network”
raining Center T
3.7. OPTICAL FIBER
raining Center T
JENIS OPTICAL FIBRE. 1. Multimode: supports hundreds paths for light.
2. Single mode: supports a single path for light
raining Center T
Multi-Mode vs Single-Mode Multi-Mode
Single-Mode
Modes Cahaya
Banyak
Satu
Jarak Tempuh
Dekat
Jauh
Bandwidth
Rendah
Tinggi
Aplikasi Umum
Access
Metro, Core
raining Center T
Attenuation • Hal disebabkan oleh menurunnya daya dari sinar selama dalam transmisi disepanjang fiber. – Utamanya disebabkan oleh scattering. – Tergantung kepada “transmission frequency”. dB = 10 log10 ( Pout Pin ) ) – Diukur dalam dB/km (
raining Center T
SINGLE MODE FIBER STANDARDS •
ITU-T G.652 – standard Single Mode Fiber (SMF) atau Non Dispersion Shifted Fiber (NDSF). – Fiber Optik yang paling banyak dikembangkan (95% dari produk dunia).
•
“Water Peak Region”: yaitu pada daerah wavelength sekitar 80 nanometers (nm) dari pusat 1383 nm dengan redaman tinggi.
raining Center T
• ITU-T G.653 – Dispersion Shifted Fiber (DSF) – Dia menggeser harga “zero dispersion” diantara window 1550nm. – Kanal-kanal yang dialokasikan dekat dengan panjang gelombang 1550 nm pada DSF akan sangat dipengaruhi oleh induksi noise “nonlinear effects” yang disebabkan oleh Four Wave Mixing (FWM).
• ITU-T G.655 – Non Zero Dispersion Shifted Fiber (NZDSF) – Sedikit dispersi chromatic pada panjang gelombang 1550 nm: akan meminimalkan “nonlinear effects”. • Bagus untuk transmisi DWDM (band C dan L)
raining Center T
ITU-T Standard
Name
Typical Attenuation value (1550nm)
Typical CD value (1550nm)
Applicability
G.652
standard Single Mode Fiber
0.25dB/km
17 ps/nm-km
OK untuk xWDM
G.652c
Low Water Peak SMF
0.25dB/km
17 ps/nm-km
Good untuk CWDM
G.653
DispersionShifted Fiber (DSF)
0.25dB/km
0 ps/nm-km
Bad untuk xWDM
G.655
Non-Zero DispersionShifted Fiber (NZDSF)
0.25dB/km
4.5 ps/nm-km
Good untuk DWDM
raining Center T
Attenuation Single channel
WDM multi-channel
0,40dB/km 0,25dB/km 1319 nm
1550 nm wavelength
Gambar-1 : Kurva Redaman versus wavelength
raining Center T
Pada window 1319 nm mempunyai redaman kecil (0,40 dB/km), dan cocok untuk transmisi single channel. Pada window 1550 nm mempunyai lebih kecil lagi (0,25 dB/km), dan cocok untuk transmisi multi channel (WDM/DWDM).
raining Center T
wavelength
Dispersi(+)
Dispersi Zero
Dispersi(-)
1319 nm
1550 nm
DSF G.653
SMF ( Rec.G.652) Shifted
NZDSF(- ) (Rec. G.655)
C-band : 1530-1565nm L-band : 1565-1625nm WDM multi-channel area
NZDSF(+) G.655
Gambar-2 : Wavelength versus karakteristik dispersi; dan sejarah pergeseran (shifted) zero dispersi dari 1310 nm ke 1550 nm.
raining Center T
Produksi kabel optik Single Mode pertama adalah SMF (Rec. ITU-T G.652), bekerja pada center panjang gelombang 1319 nm, yang kabelnya disebut Single Mode Fiber (SMF). Kemudian berikutnya diketemukan tipe kabel optik yang lebih bagus lagi, yaitu pada window 1550 nm (center frekwensi); diatur dalam Rec. ITU-T G.653, yang dikenal dengan Shifted SMF. Jadi kabel Shifted SMF ini mempunyai dispersi “0” pada panjang gelombang 1550 nm. Untuk transmisi multi panjang gelombang pada window 1550 nm tidak bagus, karena pada dispersi “0” akan mengalami gangguan Four Wave Mixing (FWM). Efek FWM bisa diatasi dengan menggeser zero dispersi menjadi lebih besar (dispersi +) atau menjadi lebih kecil (dispersi -); dan diatur pada ITU-T G.655.
raining Center T
3.8. DISPERSION COMPENSATING DEVICE
raining Center T
“Dispersion”
Adalah suatu phenomena yang membatasi kecepatan transmisi dari suatu signal optical yang dilewatkan pada kabel optik. Tipe Dispersion Utama.
• Dispersi Wavelength (atau Chromatic) : Adalah suatu phenomena dimana kecepatan transmisi berubah diantara panjang gelombang yang berbeda didalam suatu signal optik tunggal.
raining Center T
Image dari Wavelength Dispersion Suatu spektrum signal optical sebenarnya bukanlan merupakan suatu panjang gelombang tunggal. “Wavelength dispersion” adalah suatu phenomena dimana kecepatan transmisi didalam kabel fiber berubah tergantung kepada panjang gelom bang optiknya.
Satuan dari Wavelength (Chromatic) Dispersion: adalah ps/nm (Delay pada picoseconds diantara wavelengths yang terpisah sejauh 1 nanometer) Biasanya diekspresikan dalam satuan ps/nm/km (Dispersion per kilometer dari
raining Center T
Pengaturan Dispersion didalam Sistem WDM : 1.Chromatic Dispersion didalam fiber adalah dibutuhkan.
Dapat dicegah dengan menggunakan Dispersion didalam Fiber
2. Tetapi pada signal dengan kecepatan tinggi membutuhkan karakteristik Chromatic Dispersion end-to-end yang sangat rendah. 3. Oleh karena itu perlu adanya “Dispersion Management”
raining Center T
Optical signals U1 s/d U12 tidak dibutuhkan, dibangkitkan oleh FWM (Four Wave Mixing), dari 3 spasi signal yang sama S1 s/d S3 dengan frequensi f1, f2 dan f3 secara bersamaan di pancarkan pada titik dispersi zero.
raining Center T
Dispersion Management in WDM sistem (lanjutan) :
4. Jaminan dispersi didalam semua segment fiber. 5. Menjaga dispersi End-to-End agar tetap didalam batas yang sudah ditentukan.
raining Center T
Image dari Dispersion Compensation Transmission path fiber
Dispersion compensation fiber
Meng-eliminasi efek dispersion dengan menggunakan “transmission path fiber” dan “special fiber” (dispersion compensation fiber: DCF) yang mempunyai karakteristik dispersion berlawanan, dan memungkinkan penggunaan rentang yang lebih panjang.
Equivalent fiber yang bebas dari dispersion
raining Center T
Results dari Dispersion Compensation Kompensasi Dispersion adalah dibutuhkan sesuai dengan jumlah “transmission path dispersion”. Kompensasi dispersion yang benar akan menkompensasi dispersion secara total (hampir 100%). Waveform yang diterima setelah transmisi SMF 80 km Tanpa “dispersion compensation”
Dengan “dispersion compensation”
raining Center T
Methode Umum “Dispersion Compensation” Penggunaan “Dispersion Compensation Fiber (DCF) untuk meng-eliminasi karakteristik dispersion sehingga dimungkinkan transmisi melalui fiber pada jarak yang jauh dengan bit rate 10 G.
raining Center T
Gambar menunjukkan perbandingan antara transmisi melalui fiber optik yang tidak menggunakan dan yang menggunakan “Dispersion Compensation Fibre (DCF)” : Tanpa DCF transmisi hanya menempuh jarak beberapa km; sedangkan dengan DCF transmisi mampu menempuh jarak s/d 80 km
raining Center T
Dispersion Compensation Unit (DCU)
Berfungsi untuk mengeluarkan efek dari dispersion yang menumpuk selama dalam transmisi, yaitu dengan jalan memperbaiki pulsa signal yang di distorsi oleh “chromatic dispersion”. Jika signal kurang dari efek “positive dispersion” selama dalam transmission, maka DCU akan memperbaiki signal dengan menggunakan “negative dispersion”; dan sebaliknya.
raining Center T
Prinsip Kompensasi Dispersi
raining Center T
Sinyal ditransmisikan melalui optical fiber dengan jarak dari “0 km s/d n km”; sinyal awal (Initial Pulse) pada jarak “0 km” lebar pulsa bagus, pada jarak “n km” pulsa akan mengalami pelebaran (mengalami Positif Dispersion). Pada jarak “n km” sinyal dilewatkan pada DCU (Dispersion Compensating Device), dimana sinyal akan mengalami proses kompensasi dispersi; sehingga keluaran dari DCU diperoleh sinyal dengan kualitas sama seperti pada jarak “0 km”.
raining Center T
3.9. KOMPONEN PENDUKUNG
raining Center T
ATTENUATOR
Attenuator merupakan salah satu komponen pasif yang digunakan untuk meredam daya optis yang dilewatkan padanya. Terdapat dua jenis attenuator : Variable Fixed
attenuator
attenuator (Pad)
Besarnya redaman dinyatakan dalam dB. Biasanya digunakan untuk mengurangi besarnya daya agar sesuai dengan persyaratan input dari suatu perangkat (device).
raining Center T
CONTOH FIXED ATTENUATOR
5 dB
10 dB
Fixed attenuator dengan redaman 5 dB dan 10 dB.
raining Center T
CONTOH SPESIFIKASI ATTENUATOR (VENDOR = RADIANT COMMUNICATIONS CORP) Return Loss : - 70 dB Insertion Loss : • Variable : 1.0 s/d 40 dB • Fixed : 1.0 s/d 20 dB Pigtail Length : 0,5 m (standard - each side) Fiber type : Single mode Wavelength : Insertion loss is measured at 1300 nm (standard - 1500 nm optional).
raining Center T
Wavelength Coupler Directional Coupler digunakan untuk menggabungkan dan memecah optical signals Input 1
Output 1
2 x 2 coupler Input 2
Output 2 L, coupling length
PRINCIPLE Gabungkan 2 fibers secara bersama pada panjang L (coupling length) Sinar dipancarkan dari satu waveguide ke waveguide yang lainnya 3dB coupler:
power split 50 : 50
Contoh
combiner MX pada WL8 terdiri dari 3 x 3dB coupler (kira-kira 10dB)
:
tap coupler :
power split 5 : 95
Contoh
OMC=optical monitoring card
:
raining Center T
CONTOH COUPLER :
Contoh Prinsip Coupler.
raining Center T
Prinsip Kerja Coupler pada gambar diatas adalah : Sinyal optik (Input Spectrum) di teruskan ke Coupler; oleh coupler sinyal yang diterima di couple menjadi dua : Satu dilewatkan melalui core optik yang dilengkapi dengan periodic filter, “direct spectrum”. Satunya lagi dilewat fiber murni (tanpa filter) “Complementary Spectrum”. Keluaran dari coupler, diteruskan ke tingkat selanjutnya pada arah yang berlawanan.
raining Center T
raining Center T
Prinsip Kerja Coupler pada gambar diatas adalah : Multi Sinyal optik (λ 1, λ 2, λ 3, λ 4, λ 5) di teruskan ke Coupler 3-dB; oleh coupler sinyal yang diterima di couple menjadi : Satu sinyal λ 3 diteruskan ke port-2. Empat sinyal serial (λ 1, λ 2, λ 4, λ 5) diteruskan ke circulator kedua melalui fiber optik yang dilengkapi dengan periodic filter. Dari circulator kedua, multi sinyal optik serial diteruskan ke port-4.
raining Center T
Wavelength Isolator Isolator berfungsi untuk meneruskan transmisi optical hanya pada satu arah, dan memblokir (menyetop) transmisi optik arah sebaliknya. State of polarization (SOP) Incoming light Polarizer
Faraday rotator
Polarizer
Isolator
Reflected light BLOCKED PRINCIPLE Faraday rotator – memutar SOP, sesuai dengan arah propagation Sinar Reflected akan di blokir (isolation 40-50dB) Contoh : Isolator yang dipasang di depan “optical amplifiers” berfungsi untuk mencegah reflections agar tidak masuk ke optical amplifier.
raining Center T
Circulator Pada prisipnya suatu Circulator adalah sama dengan suatu Isolator, bedanya hanya Karena circulator mempunyai banyak port (biasanya tiga atau empat)
2
2
3
1
1
3
4
Contoh : Untuk memisahkan signal optik dengan arah propagation yang berbeda (panjang gelombang biru/merah).
raining Center T
CONTOH CIRCULATOR.
Prinsip Kerja Circulator pada gambar diatas adalah : Multi Sinyal optik (λ 1, λ 2, λ 3, λ 4, λ 5) di teruskan ke Circulator; oleh circulator sinyal yang diterima di split menjadi dua : 1. Satu sinyal λ 3 diteruskan ke port-2. 2. Empat sinyal serial (λ 1, λ 2, λ 4, λ 5) diteruskan ke circulator kedua melalui fiber optik yang dilengkapi dengan periodic filter. Dari circulator kedua, multi sinyal optik serial diteruskan ke port-3.
raining Center T
Contoh prinsip kerja Circulator
raining Center T
Prinsip Kerja Circulator pada gambar diatas adalah : Sinyal optik (Input Spectrum) di teruskan ke Circulator; oleh circulator sinyal yang diterima di split menjadi dua, satu dilewatkan melalui periodic filter, dan yang satunya lagi lewat fiber murni (tanpa filter). Keluaran dari circulator ada dua sinyal, yaitu “direct spectrum” dan “Complementary Spectrum” untuk diteruskan ke tingkat selanjutnya.
raining Center T
raining Center T
Jumlah Panjang Gelombang. Jumlah panjang gelombang misalnya : 2 - 4 - 8 – 16. Sampai saat ini, sebagai contoh : -
Fujitsu memproduksi WDM dengan jumlah lambda = 16 x 10 Gbps (160 Gbps) per fiber, atau 32 x 10 Gbps (320 Gbps) per fiber.
Panjang Gelombang yang biasa digunakan. Panjang Gelombang yang biasanya digunakan adalah : Sekitar 1550 nm; karena panjang gelombang optik pada ring adalah yang terbaik,karena mempunyai redaman yang sangat kecil. Jarak (spasi) antara panjang gelombang. Jarak (spasi) antara panjang gelombang yang berdekatan adalah : Setiap panjang gelombang biasanya mempunyai perbedaan kelipatan dari 0,8 nm (kadang-kadang dengan spasi frekwensi 100 GHz, yaitu frekwensi pemisah, atau sesuai dengan ITU-Grid).
raining Center T
Jadi jika kita mempunyai 4 panjang gelombang, berarti masing-masing panjang gelombang adalah : - 1549,2 nm - 1550 nm - 1550,8 nm dan 1551,6 nm; (spasi 0,8 nm) - 1548,4 nm - 1550 nm - 1551,6 nm dan 1553,2 nm; (spasi 1,6 nm) - 1547,6 nm - 1550 nm - 1552,4 nm dan 1554,8 nm; (spasi 2,4 nm) Tetapi hal ini dapat menimbulkan problem, apabila panjang gelombang melebar (spreading out), yang dikenal dengan istilah “dispersion” dan dapat mengganggu panjang gelombang yang berdekatan; oleh sebab itu penggunaan spasi didalam WDM harus dipertimbangkan dengan matang.
raining Center T
3.3. ITU - GRID.
Spasi antar kanal sebesar 100 GHz (0,1 THz)
raining Center T
Spasi antar kanal sebesar 100 GHz (0,1 THz)
raining Center T
Jadi kunci utama dari WDM adalah : 1. 2. 3. 4.
5. 6.
Meningkatkan kapasitas dari kabel serat optik. Beberapa panjang gelombang yang berbeda ditransmisikan dalam satu kabel serat optik secara bersamaan. Pada arah kirim (Multiplexing), menggabungkan beberapa panjang gelombang yang berbeda menjadi satu. Pada arah terima (Demultiplexing), memisahkan satu gabungan panjang gelombang menjadi beberapa panjang gelombang yang mandiri. Jumlah panjang gelombang yang digabungkan biasanya kelipatan dari - 2, atau pangkat - 2 : yaitu : 2 - 4 - 8 – 16. Jarak antar panjang gelombang yang berdekatan biasanya kelipatan dari - 0,8 (100 GHz, ITU-Grid), yaitu : 0,8 - 1,6 - 2,4 dst.
raining Center T
raining Center T
Ada tiga topologi jaringan umum yang bisa digunakan pada sistem WDM; yaitu : 1. Jaringan Point-to-point 2. Jaringan Star 2. Jaringan Ring Gambar - gambar berikut memperlihatkan contoh sistem WDM yang dikonfigurasi pada jaringan point-to-point, star dan jaringan ring. Pada jaringan star, setiap node mempunyai pemancar dan penerima; dimana satu transmitter dihubungkan ke satu input passive star, dan receiver dihubungkan dihubungkan ke satu output star. Jaringan WDM juga dapat dikonfigurasi pada bermacam-macam jaringan ring yang berbeda. Jaringan ring ini mejadi terkenal, karena banyak jaringan elektrik menggunakan topologi ini; disebabkan pada jaringan ring mudah mengimplementasikan konfigurasi jaringan sesuai dengan geografi yang ada. Pada contoh berikut, setiap node bisa me-recovery setiap signal wavelength node yang lainnya, yaitu dengan cara menggunakan “wavelength-tunable receiver”.
raining Center T
Gambar berikut memperlihatkan contoh hubungan point-to-point sistem WDM, dimana pada salah satu node digabungkan beberapa wavelength, untuk kemudian ditransmisikan melalui fiber optik ke beberapa lokasi; dan pada node tujuan gabungan wavelength tersebut akan di-demultiplex. Hal ini bisa dilakukan, apabila fiber optik yang digunakan mempunyai bandwidth tinggi (high-bandwidth). Sebagai tambahan, routing bandwidth tinggi (high-bandwidth routing) bisa diterapkan pada sistem WDM, didalam jaringan multi-user ; seperti diperlihatkan pada Gambar - 5. Tiap-tiap Wavelength harus mempunyai address, agar dapat dibedakan antara wavelength yang satu dengan yang lainnya didalam jaringan optikal. Sebab setiap NODE akan mengadakan komunikasi dengan NODE lainnya, setiap transmitter atau receiver harus mempunyai wavelength yang tunable. Pada gambar, dipilih transmitter yang tunable.
raining Center T
λ1
λ1
λ Ν λ2
λ2 λ2 λ1
λ2
λ3
λ3
λ Ν
λ Ν
WDM MUX
WDM DEMUX
Gambar Contoh Simple Sistem Transmisi WDM Point-to-Point
raining Center T
Contoh Simple suatu Sistem Transmisi WDM point-to-point; dimana WDM MUX menggabungkan multi wavelength paralel menjadi satu wavelength serial, diteruskan melalui label serat optik, dan regenerator (jika diperlukan) ke arah penerima. Oleh WDM DEMUX multi wavelength serial diubah menjadi multiwavelength paralel.
raining Center T
Routing ditentukan oleh Panjang Gelombang User Node
λ3
1
User Node N
Jaringan Optik
User Node 4
User Node 2
λ4
λ3 User Node 3
Gambar Contoh Jaringan Generik Multi-user, dimana link komunikasi dan path routing ditentukan oleh panjang gelombang yang digunakan diantara switching optik.
raining Center T
Gambar diatas menunjukkan contoh bentuk umum jaringan multi user; dimana link komunikasi dan routing path ditentukan oleh wavelength yang digunakan antar switching optik. Pada gambar diumpamakan User Node-1 terhubung ke User Node-3 dengan λ 3; dan User Node-2 terhubung ke User Node-4 dengan λ 4.
raining Center T
Tx 1
Tx 2
λ1
λ1 λ2
λ Ν
λ1
λ2
λ1 λ2
λ Ν
λ2
λ1 λ2
λ Ν
λ Ν
Rx 1
Rx 2
WDM N X N STAR
Tx N
λ Ν
Tunable Optical Fiber
Gambar Block Diagram Jaringan Bintang Sederhana, dimana WDM digunakan untuk routing dan multiplexing.
Rx N
raining Center T
Gambar diatas menunjukkan block diagram jaringan bintang yang sederhana; dimana : Tx1 transmit λ 1, Tx2 transmit λ 2, …….. Txn transmit λ n ke WDM N x N STAR, yang kemudian akan diteruskan ke penerima. Semua wavelength diterima pada perangkat penerima; dalam hal ini pertama – tama multi wavelength akan diterima oleh Tunable Optical Fiber. Tunable Optical Fiber akan memilih dan meneruskan wavelngth yang dikehendaki, dan menekan (meredam) wavelength yang tidak dikehendaki.
raining Center T
User Node 2 User Node
User Node
λ2
3
1
λ3
User Node
User Node
4
N
Gambar Contoh Jaringan Ring Unidirectional Sistem WDM.
Gambar diatas menunjukkan contoh jaringan ring sistem WDM unidirectional, dimana User Node-2 transmit ke User Node-N dengan λ 2; dan User Node-3 transmit ke User Node-1 dengan λ 3.
raining Center T
Gambar Contoh Sistem Transmisi WDM Ring
raining Center T
Gambar diatas memperlihatkan suatu jaringan Transmisi WDM Ring; terdiri dari OADM (Optical Add Drop Multiplexer); yang bisa add dan drop sinyal optik. Sinyal IP dan STM digabungkan menjadi satu dan diteruskan ke E/O converter untuk di “add” kan ke OADM. Atau sebaliknya dari OADM sinyal di drop, diteruskan ke O/E converter untuk diteruskan ke DEMUX, dan dipecah menjadi IP dan STM. HUB mengubah sinyal IP dan STM dari elektrik menjadi optik dan digabungkan dengan wavelength yang lainnya, atau memisah sinyal dengan wavelength tertentu untuk di drop dan diubah menjadi IP dan STM.
raining Center T Pada gambar kedua jaringan diatas, jaringan bintang dan jaringan ring; setiap node mempunyai panjang gelombang yang berbeda, dan setiap 2 node dapat saling berkomunikasi dengan menggunakan panjang gelombang tersebut. Hal ini berarti, untuk menghubungkan N node, dibutuhkan N panjang gelombang. Keuntungan dari topologi ini, transmisi data dari pengirim hingga penerima tidak akan mengalami interupsi; sistem seperti ini dikenal dengan istilah “jaringan hop tunggal”. Karena data optik start dari node pengirim (originating) dan berakhir pada node penerima (destination) tanpa berhenti di suatu node perantara. Kerugian dari jaringan WDM single hope adalah : Jaringan dan semua komponen harus sebanyak N panjang gelombang, dan hal ini dapat menimbulkan kesulitan (bahkan tidak mungkin) untuk diterapkan pada jaringan yang besar. Sampai saat ini teknologi pabrik belum bisa menyediakan dan mentransmisikan sebanyak 1000 panjang gelombang untuk 1000 jaringan pemakai. Sebagai alternatif untuk mengatasi kebutuhan N panjang gelombang untuk mengakomodasikan N node adalah dengan diterapkannya suatu jaringan multihop; dimana setiap 2 node dapat saling berkomunikasi dengan mengirimkan sinyalnya melalui node ke-3, dengan dimungkinkan terdapat beberapa node perantara diantara ke dua node ybs.
raining Center T
Gambar dibawah memperlihatkan suatu bus ganda multihop pada jaringan WDM 8 node, Dimana setiap node dapat mentransmisikan 2 panjang gelombang, dan dapat menerima 2 Panjang gelombang yang lainnya. Sedangkan Gambar memperlihatkan logika hubungan yang ada. Sebagai contoh, jika Node-1 ingin berhubungan dengan Node-5; maka Node-1 akan mentransmisikan panjang gelombangnya sendiri, yaitu λ1 . Dan dalam hal ini hanya dibutuhkan “single hop”. Dan jika Node-1 ingin berhubungan dengan Node-2, maka pertama-tama Node-1 harus mengirimkan sinyalnya ke Node-5, baru kemudian ke Node-2; jadi dalam hal ini dibutuhkan 2 hope.
raining Center T
Suatu hop tambahan akan di hapus, apabila : 1. Waktu transmit antara 2 node yang saling berhubungan meningkat, sehingga pada umumnya hop membutuhkan suatu bentuk pendeteksian dan pengiriman kembali. 2. Keluaran (throughput) antara 2 node yang saling berhubungan menurun; sehingga node pengulang (relaying node) dapat mengirimkan datanya sendiri, sementara node pengulang sedang memproses pengulangan (relaying) data dari node-node yang lainnya. Walaupun demikian; suatu jaringan multihop dapat memperkecil jumlah panjang gelombang dan komponen pengatur panjang gelombang (wavelength tunable range).
raining Center T
λ1 Node 1 Node 2
λ2 λ3 λ4
Node 3
λ5
Node 4
λ7
λ6
λ8
λ9 Node 5 Node 6
λ10 λ11 λ12
Node 7
λ13
Node 8
λ15
λ14
λ16
Node 1 Node 2 Node 3 Node 4
Gambar Logika Koneksi Jaringan Multihop 8 node, dengan dual-rail WDM bus.
raining Center T
Gambar diatas menunjukkan contoh Koneksi Jaringan Multihop yang terdiri dari node, dengan dual-rail WDM bus; dimana masing-masing node bisa mengirimkan/menerima 2 wavelength; pada contoh digambarkan : Node-1 berhubungan dengan Node-5 menggunakan λ 1, dan dengan Node -6 menggunakan λ 2. Node-2 berhubungan dengan Node-7 menggunakan λ 3, dan dengan Node -8 menggunakan λ 4. Node-3 berhubungan dengan Node-5 menggunakan λ 5, dan dengan Node -6 menggunakan λ 6. Node-4 berhubungan dengan Node-7 menggunakan λ 7, dan dengan Node -8 menggunakan λ 8. Node-5 berhubungan dengan Node-1 menggunakan λ 9, dan dengan Node -2 menggunakan λ 10. Node-6 berhubungan dengan Node-3 menggunakan λ 11, dan dengan Node -4 menggunakan λ 12. Node-7 berhubungan dengan Node-1 menggunakan λ 13, dan dengan Node -2 menggunakan λ 14. Node-8 berhubungan dengan Node-3 menggunakan λ 15, dan dengan Node -4 menggunakan λ 16.
8
raining Center T
ROUTING WAVELENGTH PASIV.
Dalam hal jumlah wavelength available yang kita miliki terbatas, maka jaringan dapat menggunakan “routing passive” untuk melalukan suatu sinyal pada jaringan yang hanya berbasis pada panjang gelombangnya sendiri. Routing di desain dengan jalan menggunakan kembali wavelength pada link-link lainnya (non-shared links). Sebagai contoh dapat kita lihat pada Gambar-10, dimana user I dapat menggunakan panjang gelombang λ1 untuk berhubungan dengan user II; dan secara bersamaan user V dapat menggunakan kembali panjang gelombang yang sama, λ1 , untuk komunikasi dengan user III. Fungsi ini sesuai dengan prinsip cross-connect, dimana route sinyal input pada suatu wavelength menentukan output sinyal. Contoh simpel operasi cross-connect WDM passive dapat dilihat pada Gambar dibawah.
raining Center T
Cross-connect Cross-connect terdiri dari : - Demultipl Demultiplex ex Wavelen Wavelength gth untuk untuk arah sinyal sinyal masuk masuk - Multiplex Multiplexer er Waveleng Wavelength th untuk sinyal sinyal arah arah keluar keluar - Fiber Fiber yang menghu menghubung bungkan kan tingkat tingkat input input dan outpu outputt Pada contoh, walaupun hanya ada 2 wavelength, namun terdapat 4 kemungkinan path routing tanpa saling mengganggu, mengganggu, yang berdasar kepada wavelength dan transmitternya (origin). Pada umumnya, N wavelength untuk N kemungkinan koneksi path; tetapi sekarang N wavelength untuk N2 koneksi path. Panjang gelombang yang sama dapat digunakan kembali oleh setiap port input untuk akses ke port output yang sama sekali berbeda, dan menentukan penambahan koneksi. Teknik ini ini mengingkatkan mengingkatkan kapasitas dari jaringan WDM. WDM.
raining Center T
User Node
User Node
I
λ3 λ1
V WDM passive Routing
λ3
λ1
λ3 λ2 λ2
λ1 User Node II
λ2
User Node IV
λ1 User Node III
Gambar Contoh Jaringan yang dilengkapi dengan wavelength reuse dengan routing wavelength passive.
raining Center T
Gambar Gambar diatas diatas menunjukka menunjukkan n suatu contoh contoh jaringan jaringan yang dilengkapi dengan wavelength reuse dengan routing wavelength passive; yaitu yaitu routing tanpa terjadi terjadi perubahan wavelength. wavelength. User Node-1 berhubungan dengan User Node-2 menggunakan λ 1, 1, dan dengan User Node -5 menggunakan λ 3. 3. User Node-2 berhubungan dengan User Node-1 menggunakan λ 1, 1, dan dengan User Node -4 menggunakan λ 2. 2. User Node-3 berhubungan dengan User Node-5 menggunakan λ 1. 1. User Node-4 berhubungan dengan User Node-2 menggunakan λ 2. 2. User Node-5 berhubungan dengan User Node-1 menggunakan λ 3, 3, dan dengan User Node -3 menggunakan λ 1. 1.
raining Center T
λ1Α, λ2 Α Input A
λ1Α, λ2 Β λ DMUX
λ MUX
Output C
λ2 B λ2 A
λ1B, λ2 B Input B
λ DMUX
λ1B, λ2Α λ MUX
Output D
Kabel fiber optik
Gambar Contoh Cross-connect Wavelength 2 X 2, yang routing portoutputnya ditentukan oleh “spesific input wavelength dan spesific spesifi c input port”.
raining Center T
Gambar diatas menunjukkan contoh jaringan Cross Coonnect Wavelength 2 x 2; dimana routing port outputnya ditentukan oleh : Input wavelength tertentu dan input port tertentu pula. Dua buah Wavelength DEMUX masing-masing menerima input 2 wavelength λ A dan λ B. Masing-masing wavelength ditransmisikan ke dua wavelength Mux yang berbeda.
raining Center T
SHIFTING WAVELENGTH AKTIV.
Berbeda dengan routing passive, yang dibatasi pada kondisi jaringan statis, pada shifting wavelength aktiv sifatnya dinamis, dapat menyesuaikan dengan perubahan yang terjadi pada kondisi jaringan. Hal ini berarti bahwa perubahan routing tergantung pada wavelength dan link yang ada. Konsep jaringan ini memerlukan “shifting wavelength aktiv”, seperti diperlihatkan pada Gambar berikut. Pada gambar diperlihatkan 2 LAN kecil dihubungkan ke suatu WAN yang lebih besar, dimana setiap LAN hanya dapat mentransmisikan melalui 2 l, yaitu l a dan l b. Node-I ingin berhubungan dengan Node-II. Apabila Node-I ingin kirim, maka wavelength yang bisa digunakan hanya l a. Karenanya, jika sinyal muncul pada LAN kanan, hal ini akan “revealed” bahwa l a sudah digunakan oleh LAN kanan. Berarti, hanya ada satu cara bagi sinyal yang akan muncul di node-II, yaitu dengan mengaktifkan switch ke l b yang bisa digunakan.
raining Center T
Node Jaringan
λa
λa λ b
Ring A Node I
λa d an λ b
Ring B Active Switching
Wavelength Router
λa d an λ b
λ b
Gambar Active Wavelength Switching didalam suatu WAN, dimana 2 LAN yang lebih kecil dapat saling berkomunikasi hanya pada sepasang wavelength yang terbatas.
Node II
raining Center T
Gambar Active Wavelength Switching didalam satu WAN, dua jaringan LAN bisa saling berhubungan hanya dengan menggunakan sepasang wavelength; yaitu λ a dan λ b. Gambar diatas menunjukkan : Pada Ring A : untuk komunikasi digunakan λ b. Pada Ring B : untuk komunikasi digunakan λ a. Untuk komunikasi antara Ring A dan Ring B : Dari Ring A sampai Wavelength Router menggunakan λ a. Pada Wavelength Router wavelength di switch dari λ a ke λ b. Λ b dari Wavelength Router diteruskan ke Ring B
raining Center T
Skenario lainnya yang membutuhkan switching wavelength aktif adalah suatu kondisi dimana : 1. satu set wavelength yang digunakan secara didalam suatu jaringan LAN. 2. satu set lainnya digunakan secara untuk komunikasi antar LAN. Wavelength yang digunakan didalam suatu LAN bisa digunakan lagi oleh LAN yang lainnya, selama diantara wavelength tersebut tidak saling mengganggu (interference). Lihat Gambar berikut.
raining Center T
JARINGAN WAN
LAN “A”
LAN “B”
1……. 10
1……. 10 11…. 14
11…. 14
STAR
LAN “C” 1…….
10
LAN “D” 11…. 14
11…. 14
1……. 10
Gambar Satu set Wavelength Lokal yang bisa digunakan lagi oleh tiap-tiap LAN, dan satu set Wavelength Global yang digunakan untuk menghubungkan antar LAN
Gambar diatas menunjukkan jaringan Wide Area Network (WAN), dimana beberapa jaringan LAN (A – B – C – D) saling dihubungkan.
raining Center T
Penggeseran satu panjang gelombang ke panjang gelombang yang lainnya merupakan pekerjaan yang sangat sulit sulit didalam suatu jaringan. Satu methode untuk membentuk membentuk switching panjang panjang gelombang aktif adalah dengan menggunakan optoelectronic penggeser panjang gelombang. Methode ini membutuhkan pengubah optoelectronic dan akan menyebabkan suatu kejadian dimana kecepatan optoelectronic menjadi leher botol. Untuk mengatasi masalah ini, adalah dengan jalan digunakannya “all-optical active wavelength shifting” yang bekerja pada kecepatan tinggi. All-optical disini berarti bahwa semua penggeser panjang gelombang (shifter) harus optical murni; misalnya tidak menggunakan pengubah optoelectronic data optik. Dalam hal ini ada beberapa methode methode untuk all- optical wavelength shifting”; dimana dimana setiap methode mempunyai keuntungan dan kerugian.
raining Center T
λ1
λ3
λ5
λ7
λ9
λ11
λ13
λ15
λ2
λ4
λ6
λ8
λ10
λ12
λ14
λ16
Node 1
Node 2
Node 3
Node 4
Node 5
Node 6
Node 7
Node 8
λ9
λ10
λ11
λ12
λ1
λ2
λ3
λ4
λ13
λ14
λ15
λ16
λ5
λ6
λ7
λ8
Gambar Jaringan Multihop 8 node, dengan dual-rail WDM bus. Node-1 berhubungan berhubungan dengan Node-5 (wavelength - 1); dan Node-1 berhubungan dengan Node-2 (wavelength-2 dan wavelength-10, melalui Node-5)
raining Center T
Gambar diatas adalah menunjukkan suatu jaringan multihop dengan 8 node; yang menggunakan bus WDM dual-rail, dimana : Masing-masing node bisa bekerja dengan 2 pasang wavelength yang berbeda, kombinasi λ 1 s/d λ 16. 16. Semua node bisa saling berhubungan. Dalam Dalam gambar gambar dicontohkan dicontohkan node-1 node-1 berhubunga berhubungan n dengan : Node-5; menggunakan menggunakan λ 1. 1. Node-2; melalui melalui node 5 dengan menggunakan menggunakan λ 1 dan λ 10. 10.
raining Center T
raining Center T
Perbandingan Sistem WDM Konvensional dan WDM-PON..
raining Center T
Gambar diatas menunjukkan : Sistem WDM Conventional; dimana satu core fiber optik digunakan untuk mentransmisikan multi wavelength dalam satu arah, jadi untuk komunikasi antara dua tempat dibutuhkan minimum dua core fiber optik. Sistem WDM pada λ PON; dimana satu core fiber optik digunakan untuk mentransmisikan multi wavelength dalam dua arah, jadi untuk komunikasi antara dua tempat dibutuhkan hanya core satu fiber optik. “n” maksimum 16.
raining Center T
Perbandingan WDM dengan SDM dan TDM T1 T2 T3 T4
λ1
λ1
λ2
λ2
λ3
λ3
λ4
λ4
R1 R2 R3 R4
Gambar SDM dengan 4 fiber optik, untuk 4 x 2,5 Gbps λ
T
λ
R
Gambar TDM dengan 1 fiber optik, untuk 1 x 10 Gbps
T1 T2 T3 T4
λ1 λ2
λ1 λ4 λ3 λ2 λ1
λ4 λ3 λ2 λ1
λ3 λ4
λ2 λ3
Gambar WDM dengan 1 fiber optik, untuk 4 x panjang gelombang
λ4
R1 R2 R3 R4
raining Center T
Gambar diatas menunjukkan : Sistem SDM (Space Division Multiplexing); setiap sinyal optik (masing-masing 2,5 Gbps) ditransmisikan melalui satu core fiber optik, semakin banyak sinyal optik yang ditransmisikan semakin banyak jumlah core fiber optik yang dibutuhkan. Sistem TDM (Time Division Multiplexing); satu core optik digunakan untuk mentransmisikan satu sinyal optik 10 Gbps. Sistem WDM (Wavelength Division Multiplexing); satu core optik digunakan untuk mentransmisikan multi sinyal optik (misalnya masing-masing mempunyai kapasitas 10 Gbps).
raining Center T
raining Center T
Dari bahasan diatas dapat ditarik kesimpulan, bahwa sistem WDM menawarkan keuntungan-keuntungan sbb. : 1) Memperkecil jumlah penggunaan kabel serat optik, karena adanya kemampuan mentransmisikan beberapa panjang gelombang didalam satu kabel serat optik. 2) Memperpanjang batasan jarak tempuh dari sinyal 3) Bisa di upgrade dari suatu kapasitas ke kapasitas lainnya tanpa mengganggu pelayanan yang ada, dan berarti mempersingkat waktu yang dibutuhkan untuk provisioning. Bisa dikembangkan dari kemampuan transmisi 1 kanal menjadi n kanal (misalnya 16 kanal 2,5 Gbps per fiber). 4) Kecepatan bit dan protokol yang digunakan pada sistem WDM dapat dengan mudah diubah. 5) Menekan biaya untuk Mux/Demux
raining Center T
Keuntungan dan Aplikasi Benefits • • • • • •
Capacity Multiple high-speed optical channels pada single fiber Memperpanjang life time optical fiber Pengembangan kapasitas mudah dan murah Optical transmission Kebal terhadap BER, EMI/RFI, distance (none or minimal “O-EO”conversion, bandwidth
Applications • • • •
Submarine Long Haul Terrestrial Long haul Metro Area networks Passive Optical networks
