PAPER SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK
POWER LINK BUDGET
Oleh :
GrendyEkiAliandy
NIM. 121344012
SabdaMaulid
NIM. 1213440….
PROGRAM STUDI DIV TEKNIK TELEKOMUNIKASI
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2015
BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kebutuhan komunikasi berkecepatan tinggi dan berkapasitas besar dalam bidang telekomunikasi saat ini sangat besar dan mendukung perkembangan teknologi informasi yang semakin berkembang di era masyarakat modern ini. Kemajuan perekonomian serta berkembangnya teknologi telekomunikasi merupakan titik tolak dan potensi besar untuk dapat meningkatkan dan mewujudkan berbagai jenis pelayanan komunikasi yang lebih canggih dengan akses yang cepat dan murah.
Penerapan kabel serat optik sebagai media transmisi dalam dunia telekomunikasi merupakan salah satu solusi dari berbagai permasalahan diatas. Serat optik sebagai media transmisi mampu meningkatkan pelayanan sistem komunikasi data, suara, dan video seperti peningkatan jumlah kanal yang tersedia, tersedianya bandwidth yang besar, kemampuan mengirim data dengan kecepatan yang tinggi, terjaminnya kerahasiaan data yang dikirimkan, dan tidak terganggu oleh pengaruh gelombang elektromagnetik, petir dan cuaca.
Akan tetapi pada saat serat optik dipilih sebagai media transmisi, maka perlu dilakukan suatau perhitungan dan analisi power link budget dan rise time budget sebelum serat optik digunakan dalam sebuah jaringan telekomunikasi agar suatu sistem komunikasi optik dapat berjalan dengan lancar dan baik, seperti adanya rugi-rugi transmisi (loss) pada kabel serat optik yang dapat menurunkan kualitas transmisi. Hal ini sangat penting dilakukan untuk mengetahui kualitas suatu jaringan, biaya, dan prediksi lamanya usia suatu jaringan telekomunikasi serta mengetahui kelayakan suatau jaringan dalam mengirim informasi.
Pembatasan Ruang Lingkup Masalah
Lingkupan pembahasan masalah pada paper ini yakni mengenai Power Link Budget, adapun aspek-aspek yang dimaksud meliputi :
Struktur serat optik secara umum.
Apa itu Link Budget?
Apa fungsi dan cara menghitung link budget?
Pada paper kali iniakansedikit membahas mengenaiPower Link Budget secaraumum. Baik mengenai perhitungan Free space Loss, Fresnel Zone Clearance, RX Signal Level, dan SOM (System Operating Margin). Untuk lebih jelasnya pada paper ini juga akan disertakan contoh parameter antena yang dibutuhkan dalam perhitungan tersebut.
Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai oleh penulis melalui paper yangberjudulPower Link Budget adalah :
Mahasiswa diharapkan dapat memahami mengenai rugi-rugi pada serat optik.
Mahasiswa diharapkan mampu menghitung dan menganalisa tentang Power Link Budget ataupun Rise time Budget.
Mahasiswa mampu melakukan perhitungan daya yang dilakukan pada suatu sistem transmisi serat optik.
BAB II
LANDASAN TEORI
Pendahuluan
Link budget merupakansebuahcarauntukmenghitungmengenaisemua parameter dalamtransmisisinyal, mulaidari gain dan losses dariTxsampai Rx melalui media transmisi.Power budget merupakan suatu hal yang sangat menentukan apakah suatu sistem komunikasi optik dapat berjalan dengan baik atau tidak. Karena power budget menjamin agar penerima dapat menerima daya optik sinyal yang diperlukan untuk mendapatkan bit error rate (BER) yang diinginkan. Perhitungan dan analisis power budget merupakan salah satu metode untuk mengetahui performansi suatu jaringan. Hal ini dikarenakan metode ini dapat digunakan untuk melihat kelayakan suatu jaringan untuk mengirimkan sinyal dari pengirim sampai ke penerima atau dari central office terminal (COT) sampai ke remote terminal (RT). Tujuan dilakukannya perhitungan power budget adalah untuk menentukan apakah komponen dan parameter desain yang dipilih dapat menghasilkan daya sinyal di penerima sesuai dengan tuntutan persyaratan performansi yang diinginkan.
Link merupakan parameter dalammerencanakansuatujaringan yang menggunakan media transmisiberbagaimacam. Link budget inidihitungberdasarkanjarakantara transmitter (Tx) dan receiver (Rx). Link budget jugadihitungkarenaadanyapenghalangantaraTxdan Rx misalgedungataupepohonan. Link budget jugadihitungdenganmelihatspesifikasi yang adapada antenna.
Serat Optik
Serat optik adalah alat suatu media komunikasi yang berguna untuk mentransmisikan informasi melalui media cahaya. Teknologi ini melakukan perubahan sinyal listrik kedalam sinyal cahaya yang kemudian disalurkan melalui serat optik dan selanjutnya di konversi kembali menjadi sinyal listrik pada bagian penerima.
Gambar 1. Struktur Fiber Optic
Secara umum struktur serat optik terdiri dari 3 bagian, yaitu :
Inti (Core)
Core atau inti serat, merupakan bagian paling utama dari serat optik, karena pada bagian ini informasi yang berupa pulsa cahaya ditransmisikan.
Bungkus (Cladding)
Cladding merupakan pelapis core, dan mempunyai bahan dasar yang sama dengan core tetapi mempunyai indeks bias yang lebih kecil daripada core.
Jaket (Coating)
Coating berfungsi sebagai pelindung core dan cladding dari tekanan fisik.
.
Prinsip kerja dari serat optic ini adalah sinyal awal/source yang berbentuk sinyal listrik ini pada transmitter diubah oleh transducer elektrooptik (Dioda/Laser Dioda) menjadi gelombang cahaya yang kemudian ditransmisikan melalui kabel serat optic menuju penerima/receiver yang terletak pada ujung lainnya dari serat optik, pada penerima/receiver sinyal optik ini diubah oleh transducer Optoelektronik (Photo Dioda/Avalanche Photo Dioda) menjadi sinyal elektris kembali. Dalam perjalanan sinyal optic dari transmitter menuju receiver akan terjadi redaman cahaya di sepanjang kabel optik, sambungan-sambungan kabel dan konektor-konektor di perangkatnya, oleh karena itu jika jarak transmisinya jauh maka diperlukan sebuah atau beberapa repeater yang berfungsi untuk memperkuat gelombang cahaya yang telah mengalami redaman sepanjang perjalanannya.
Ada beberapa komponen yang menjadi bahan pertimbangan dalam mendesain suatu jaringan. Salah satunya adalah rugi-rugi transmisi serat optik (attenuation). Rugi-rugi transmisi ini adalah salah satu karakterisktik yang penting dari serat optik. Rugi-rugi ini mengahasilkan penurunan dari cahaya dan juga penurunan bandwidth dari sistem, transmisi informasi yang dibawa, efisien, dan kapasitas sistem secara keseluruhan. Rugi-rugi serat optik meliputi : Rugi-rugi Absorpsi, Rugi-rugi Pada Inti dan Cladding, dan Rugi-rugi Konektor dan Splice
Power Link Budget
Power budget merupakan suatu hal yang sangat menentukan apakah suatu sistem komunikasi optik dapat berjalan dengan baik atau tidak. Karena power budget menjamin agar penerima dapat menerima daya optik sinyal yang diperlukan untuk mendapatkan bit error rate (BER) yang diinginkan. Perhitungan dan analisis power budget merupakan salah satu metode untuk mengetahui performansi suatu jaringan. Hal ini dikarenakan metode ini dapat digunakan untuk melihat kelayakan suatu jaringan untuk mengirimkan sinyal dari pengirim sampai ke penerima atau dari central office terminal ( COT ) sampai ke remote terminal (RT). Tujuan dilakukannya perhitungan power budget adalah untuk menentukan apakah komponen dan parameter desain yang dipilih dapat menghasilkan daya sinyal di penerima sesuai dengan tuntutan persyaratan performansi yang diinginkan.
Dalam perhitungan link power budget ada beberapa hal yang harus dihitung, yaitu perhitungan rugi-rugi berdasarkan daya yang telah diketahui, perhitungan redaman berdasarkan spesifikasi alat yang digunakan standar ITU.T (International telekommunication Union – Telecommunication Standardization Sector).
Link budget = Slope x jarak kabel ....................................................................(2.4)
Lossline = (Redaman Kabel/km x jarak) + (Redaman per splice x Jumlah Splice) +(Redaman Pathcore x Jumlah Connector) .................................(2.5)
Total Loss Perhitungan = ( Jarak x Redaman/km) + (Jumlah Sambungan x 0,15) +(Jumlah Conector x Loss Conector) ..................(2.6)
Total loss Pengukuran = Jarak x Redaman/km.................................................(2.7)
Level Margin = Redaman Nominal – Redaman Total......................................(2.8)
Tahap selanjutnya adalah menentukan power budget dari sistem, yaitu dengan melakukan perhitungan daya yang mengacu kepada spesifikasi dari peralatan yang digunakan. Hasil redaman total (Total link loss) yang terdapat pada jalur fiber akan dikurangi dengan level margin. Sehingga akan diperoleh hasil optical power budget yang digunakan untuk berkomunikasi. Rumus menghitung nilai optical power budget ditunjukkan pada persamaan 2.9
Optical Power Budget = Total link loss pengukuran – Level Margin ..............(2.9)
Redaman (α) sinyal atau rugi-rugi serat didefinisikan sebagai perbandingan antara daya output optik (Pout) terhadap daya input (Pin ) sepanjang serat L. Redaman dalam serat optik untuk berbagai panjang gelombang tidak selalu sama karena redaman ini merupakan fungsi panjang gelombang (α)
Perhitungan daya penerima diformulasikan dengan persamaan :
Loss Fiber (Lf)
αf = L x Lf
Loss Splice (Ls)
αs = Ns x Ls
Loss Konektor (Lc)
αc = Nc x Lc
αtotal= αf - αs - αc
Perhitungan Power link budget:
Pr = Pt - αf-αs -αc
dimana :
Pt = Daya pemancar (dBm)
Pr = Sensitivitas penerima(dBm)
α s = Redaman penyambungan (dB)
α c = Redaman konektor (dB)
α f = Redaman fiber (dB)
Rise time budget merupakan metoda untuk menentukan batasan dispersi pada saluran transmisi, tujuannya adalah untuk menganalisis kerja sistem secara keseluruhan dan memenuhi kapasitas kanal yang diinginkan. Rise time budget sistem secara keseluruhan diberikan dengan persamaan sebagai berikut :
tf = D.σλ. Lsist
tsist2 = ttx2 + trx2 + tf2 tsist =ttx2+trx2+tf2
Dengan :
ttx = Rise time sumber optik(ps)
trx = Rise time detectoroptik(ps)
tf =Rise time fiber (ps)
D = Koefisiendispersi (ps/nm.km)
σλ = Lebar spektral (nm)
L = Jarak (km)
Nilai Rise Time Budget sistem untuk line coding berbeda dapat dirumuskan sebagai berikut :
tsist 0.7BR untuk NRZ
tsist 0.35BR untuk RZ
Dimana BR adalah bit rate sistem
Optical Source
Terdapat dua jenis sumber optik yaitu :
LED (Light Emitting Dioda)
Dioda LASER (Light Amplification by Stimulated Emmission of Radiation)
LED (Light Emitting Dioda)
Merupakan dioda semikonduktor yang memancarkan cahaya karena mekanisme emisi spontan
Terdapat dua jenis LED yaitu Surface Emitting Diode dan Edge Emitting Diode Edge Emitting Diode memiliki efisiensi coupling ke serat yang lebih tinggi
Mengubah besaran arus menjadi besaran intensitas cahaya dan karakteristik arus-daya pancar optik memiliki fungsi linier
Cahaya yang dipancarkan LED bersifat tidak koheren yang menyebabkan dispersi chromatic sehingga LED hanya cocok untuk transmisi data dengan bit rate rendah sampai sedang
Daya keluaran optik LED adalah –33 s/d –10 dBm
Memiliki lebar spektral 30 –50 nm pada panjang gelombang 850 nm dan 50 –150 nm pada panjang gelombang 1.300 nm
Bahan semikonduktor : GaAlAs, GaAlAsP, GaInAsP, Si, Ge
Digunakan untuk sistem jarak pendek – menengah dengan bit rate rendah sampai sedang, seperti LAN dan data Link Komputer
Permukaan aktif lebih besar dan sudut beam lebar, sehingga memerlukan serat multimode dengan core lebih lebar
Proses pembuatannya relatif mudah
Pada suhu ruang memiliki umur operasi lebih lama
Kurang sensitif terhadap temperatur
Harga relatif murah
Diode LASER
Merupakan diode semikonduktor yang memancarkan cahaya karena mekanisme emisi terstimulasi
Cahaya yang dipancarkan oleh diode Laser bersifat koheren
Memiliki lebar spektral yang lebih sempit (< 4 nm) Jika dibandingkan dengan LED sehingga dispersi chromatic dapat ditekan
Diterapkan untuk transmisi data dengan bit rate tinggi
Daya keluaran optik dari diode Laser adalah –12 s/d + 3 dBm Karakteristik arus kemudi – daya optik diode Laser tidak linier
Response time < 1 nano detik
Kinerja (output daya optik, panjang gelombang, umur) dari diode Laser sangat dipengaruhi oleh temperatur tinggi
Bahan semikonduktor : GaAlAs, GaAlAsP, GaInAsP, Si, Ge
Digunakan untuk sistem jarak jauh dengan bit rate tinggi
Permukaan aktif lebih kecil dan sudut beam sangat sempit, sehingga sesuai untuk serat step index single mode dengan rugi-rugi sangat rendah
Proses pembuatannya lebih sulit dan memerlukan sirip pendingin
Pada suhu ruang, memiliki umur operasi lebih pendek
Sangat sensitif terhadap temperatur
Harga relatif mahal
BAB III
APLIKASI PERHITUNGAN LINK BUDGET
Perhitungan link budget yang dilakukan oleh Fazar Guntara, Dwi Aryanta dan Lita Lidyawati dari jurusan Elektro ITENAS, tentang analisi perhitungan dan pengukuran transmisi jaringan serat optik Telkomsel regional Jawa Tengah.
Cakupan wilayah area yang dilakukan pada penelitian ini tergambar pada gambar 1 di bawah. Garis berwarna biru menunjukkan jalur yang dilalui oleh serat optik pada perancangan ini.
Gambar 1. Peta Perancangan Jaringan Serat Optik Telkomsel Jateng Area
Di bawah ini adalah gambar synoptic kabel serat optik yang digunakan pada Link Bawen-Payaman. Pada setiap kabel memiliki 4 buah tube, dimana setiap tube nya terdiri dari 12 Core sehingga 1 buah kabel tersebut terdiri dari 48 Core. Rute tube 1 dan tube 2 merupakan drop insert, sedangkan uelntuk tube 3 dan tube 4 merupakan end to end (Bawen-Payaman).
Gambar 3. Synoptic Kabel Serat Optik
Penelitian yang dilakukan meliputi melakukan perhitungan dan pengukuran terhadap power link budget dan rise time budget untuk semua core yang digunakan pada setiap link-nya. Hasil yang diperoleh dari perhitungan dan pengukuran lalu dibandingkan KPI yang diinginkan oleh Telkomsel.
Sebagai acuan data teknis yang digunakan dalam sistem transmisi jaringan serat optik Link Bawen – Payaman dapat dilihat pada tabel berikut ini:
Tabel 1. Tabel Data Parameter Link Bawen-Payaman
DATA PARAMETER LINK BAWEN – PAYAMAN
Bit Rate
10 Gbps
Jarak dan Panjang kabel Link Bawen – Payaman
42.25 km
BER (Bit Error Rate)
10-12
Format modulasi
NRZ (Nero Return To Zero)
Panjanggelombang (λ)
1310 nm & 1550 nm
Margin sistem
5 dB
RedamanKabel (α f)
0.35 dB (λ= 1310 nm)
0.22 dB (λ= 1550 nm)
RedamanSplicing (α s)
0.1 dB/splice
RedamanKonektor (α c)
0.5 dB/konektor
Rise time transmitter (ttx)
35 ps
Rise time receiver (trx)
35 ps
Dispersikromatis (D)
4.3 ps/(nm.km)
Lebarspektral (σλ)
0.1 nm
Daya Transmitter (Pt)
4 dBm
Daya Receiver (Pr)
- 4 dBm
