Studi Perfomansi Jaringan Lokal Akses Fiber Optik Menggunakan Metode Perhitungan Optical Link Power Budget dan Rise Time Budget Oleh : Jaenal (033 2010 2010 0063) 0063) Fakultas Teknik, Jurusan Elektro, Universitas Muslim Indonesia,Makassar Indonesia,Makassar Email :
[email protected]
Abstrak
Serat optik merupakan media transmisi yang banyak digunakan untuk jaringan lokal . Serat optik sebagai media transmisi mampu meningkatkan pelayanan sistem komunikasi data, suara, dan video seperti peningkatan jumlah kanal, kemampuan mengirim data dengan kecepatan yang tinggi, terjaminnya kerahasiaan data yang dikirimkan dan tidak terganggu oleh pengaruh gelombang elektromagnetik, elektromagnetik, petir dan cuaca. Akan tetapi pada saat serat optik dipilih sebagai media transmisi, maka perlu dilakukan suatau perhitungan dan analisis 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.Perhitungan link power budget redaman total pada jarak terjauh mempunyai toleransi sebesar 28 dB. Umumnya degradasi total waktu transisi dari link digital tidak melebihi 70 % dari satu periode bit NRZ (Non-retum-to-zero) atau 35 % dari satu periode bit untuk data RZ (return-to-zero). Satu periode bit didefinisikan sebagai resiprokal dari data rate. Hal rate. Hal ini sangat penting dilakukan untuk mengetahui mengetahui kualitas suatu jaringan, biaya, dan prediksi prediksi lamanya usia suatu jaringan telekomunikasi telekomunikasi serta mengetahui kelayakan suatau jaringan dalam mengirim informasi.. Kata kunci : Fiber Fiber optik, Power Link Budget,Rise Budget,Rise time Budget Budget Dalam prakteknya integrasi itu berupa
I.PENDAHULUAN
penyambungan penyambungan serat secara permanen, atau nonpermanen. nonpermanen.
1.1 Latar Belakang Masalah
Serat optik sebagai media transmisi
Fiber optik digunakan juga untuk
untuk sistem telekomunikasi kecepatan
jaringan transmisi yang menghubungkan menghubungkan
tinggi. Dengan Bit Eror Rate (BER) yang
sentral lokal ke arah terminal pelanggan
rendah, Bandwidth yang lebar, derau pada
yang disebut dengan Jaringan Lokal
saluran yang rendah, serta peredaman
Akses Fiber (JARLOKAF). Performansi
sinyal yang kecil maka serat optik
Jaringan Lokal Akses Fiber dianalisis
dikatakan sebagai media transmisi yang
untuk mengetahui kinerja Jaringan Lokal
baik. Kebutuhan akan serat optik yang
Akses Fiber mulai dari perangkat OLT
tinggi
peralatan
(titik pengirim) sampai perangkat ONU
penunjang menuntut adanya integritas
(titik penerima), untuk itu perlu diketahui
serat optik dengan elemen-elemen yang
parameter-parame parameter-parameter ter performansi performansi Desain
lain seperti serat itu sendiri beserta
Jaringan
peralatan-peralatan peralatan-peralatan
digunakan yaitu: Lf yaitu: Lf (Loss fiber), Ls ( Loss Loss
serta
kompleksitas
telekomunikasi. telekomunikasi.
Lokal
Akses
Fiber
yang
splice/sambungan permanen), Lc (Loss konektor),
Lsp
(Loss
splitter pada
.
Teknologi PON ), Pr (daya sinyal yang diterima) , M (Loss margin) , L (jarak transmisi) dan S/N Gambar 2.1 Konfigurasi Sistem Komunikasi Optik
Media optik sebagai media transmisi
1.2 Tujuan
memiliki banyak kelebihan dibandingkan
Tujuan dari penulisan ini adalah: 1. Untuk
mengetahui
Perfomansi
dengan
kabel
tembaga
maupun
jaringan local akses fiber optic dengan
gelombang radio. Media serat optik
menggunakan
memiliki bandwidth yang lebih lebar
metode
Link
Power
dibandingkan
Budget dan Rise Time Budget. 2. Untuk mengetahui fungsi link power
dengan
kabel
tembaga,
sehingga memiliki bit rate yang lebih tinggi. Serat optik memiliki redaman yang
budget dan rise time budget.
rendah dibandingkan dengan redaman pada kabel tembaga, sekalipun pada
1.3 Batasan Masalah
Dalam jurnal ini,study di lakukan dengan
frekuensi tinggi. Media transmisi serat
beberapa batasan,Yaitu :
optik
tahan
terhadap
elektromagnetik 1. Analisa berdasarkan teori Link Power budget dan Rise time budget
interferensi
sehingga
tidak
menyebabkan distorsi. Kelebihan yang lain dari media transmisi serat optik
2. Perhitungan tidak menggunakan data suatu lokasi tapi berdasarkan rumusrumus dari beberapa referensi yang ada.
adalah ukurannya kecil, ringan dan aman atau tidak mudah disadap. Tujuan dari sebuah
sistem
komunikasi
adalah
mengirimkan sinyal pesan dari sebuah sumber informasi dalam bentuk yang II.TEORI DASAR
telah
2.1 Konsep Dasar
komponen, yaitu sumber cahaya, media dan
fotodetektor.
Dengan
memasang sumber cahaya di salah satu ujung serat optik dan sebuah fotodetektor di
ujung
yang
oleh
user.
Untuk
melakukannya, transmitter memodifikasi
Sistem transmisi serat optik memilki tiga
transmisi
dikenal
lainnya
maka
akan
diperoleh sistem tranmisi, seperti yang terlihat pada gambar. [Schott, 2002]
sinyal pesan ke dalam bentuk yang cocok sesuai dengan kanal yang dilaluinya yaitu sinyal pembawa (sinyal carrier ). Proses ini pada akhirnya kita sebut sebagai modulasi.
Receiver
kemudian
mengembalikan sinyal pesan yang sudah ditransmisikan melalui kanal menjadi sinyal pesan seperti bentuk yang semula.
Proses yang terjadi pada receiver ini disebut
dengan
transmisi
demodulasi.
merupakan
Kanal
medium
yang
menentukan jarak trasmisi maksimum antara transmitter dan receiver, dan juga menentukan
banyaknya
repeater
dan
melewatkan informasi dari transmitter ke
margin daya yang diperlukan dalam
receiver . Sistem komunikasi optik secara
sebuah link . Redaman sinyal dalam serat
konsep sama dengan sistem komunikasi
optik dinyatakan dalam decibel . Redaman
jenis lain pada umumnya, namun yang
pada serat optik disebabkan oleh tiga
membedakannya
mekanisme, yaitu absorpsi, hamburan
komunikasi
adalah
optik,
pada
sinyal
sistem
informasi
dibawa oleh cahaya.
Rayleigh dan Bending. 2.4 . Parameter Unjuk Kerja Sistem
2.2 . Serat Optik
2.4.1 Power L in k Bu dget
Serat optik merupakan suatu dielektrik
Power Budget adalah perhitungan daya
pandu gelombang yang digunakan untuk
yang
merambatkan
transmisi
energi
elektromagnetik.
dilakukan pada yang
suatu sistem
didasarkan
pada
Serat optik terdiri dari inti(core), selubung
karakteristik saluran(redaman), sumber
yang
optik
mengelilingi
pembungkus
inti(cladding)
yang
dan
mengelilingi
dan
sensitivitas
Perhitungan daya sinyal diformulasikan
cladding(coating), seperti yang ditunjukan
dengan persamaan:
oleh gambar.
Ptx – Prx = Ms + αtotal
Gambar 2.2 Struktur Fiber Optik 2.3 . Karakteristik Serat Optik
dipengaruhi
oleh
Gambar 2.3 Power Link Budget Daya diterima detektor :
Performansi sistem komunikasi serat optik
fotodetektor.
parameter
PR = PS – AT AT = 2 αc + n αsp + αf L + MS
redaman yang menentukan jarak tempuh
PS : daya optik dipancarkan dari sumber
sinyal optik yang dapat ditransmisikan
ujung fiber [dBm]
dan dispersi yang menentukan besarnya
PR : daya diterima detektor [dBm]
laju data.(meyer,jurgen,1989)
AT : redaman total [dB]
Redaman
αc : loss konektor [dB/bh]
Dalam merancang sistem transmisi
αsp : loss splice [dB/bh]
serat optik, redaman mempunyai peranan
αf : konstanta redaman fiber [dB/Km]
yang
L : panjang link [Km]
sangat
penting.
Redaman
MS : margin sistem [dB]
III. PERHITUNGAN
Anggaran daya terpenuhi jika :
3.1 Perhitungan L in k power budget .
daya diterima didetektor/fotodetektor
Power
>=sensitivitas penerima
perhitungan daya yang dilakukan pada
detektor/fotodetektor
suatu sistem transmisi yang didasarkan
bugdet
merupakan
pada karakteristik saluran redaman serat
2.4.2 Rise Ti me Budget
Rise Time Budget bertujuan untuk menganalisis
link
kemampuan
komponen
sistem yang menjamin bahwa sistem
optik, sumber optik dan sensitivitas detektor.Perhitungan
daya
diformulasikan dengan persamaan :
yang didesain dapat melayani bit rate transmisi yang ditrasmisikan, maka
dilakukan perhitungan rise time budget ini.
Dalam
persamaan
berikut
ini
Loss Fiber (Lf ) αf = L x Lf
dituliskan perhitungan untuk rise time budget sistem yang didesain,
Loss Splice (Ls) αf = Ns x Ls
Loss Konektor (Lc)
Untuk menentukan pembatasan dispersi
αc = Nc x Lc
link fiber optik.
αtotal = αf - αs - αc
Rise time sistem keseluruhan : Ttotal =
∑
Pr = Pt – αf – αs – αc Keterangan : Pr = Daya Transmit (dBm)
Ttotal : Rise time sistem keseluruhan
Pr = Daya penerima (dBm)
ti : rise time kontributor
αc = Redaman Konektor (dB)
ttx : rise time sumber optik/pemancar
αs = Redaman Splice (dB)
tmat : rise time dispersi material fiber
αf = Redaman Fiber (dB)
tmod : rise time dispersi modus fiber twg : rise time dispersi pandu gelombang trx : rise time detektor optik/penerima Rise time dispersi = pelebaran pulsa karena dispersi σ Ttotal =
Ttotal = rise time total sistem (ns).
penerima
Bentuk persamaan untuk perhitungan margin
Link Power budget :
daya adalah :
Loss daya total :
M = ( Pt – Pr ) - α total – 6
LT = Ps - PR LT = 2 lc + n lSP + αf L + Ms
Margin daya disyaratkan harus memiliki
Ps : daya optis dipancarkan dari
nilai lebih dari 0 (nol), margin daya adalah
sumber ujung fiber (dBm)
daya yang masih tersisa dari power transmit
PR : Sensitifitas detector (dBm)
setelah dikurangi dari loss selama proses
lc : loss konekor (dB)
pentransmisian, pengurangan
lSP : loss splice
safety margin dan pengurangan dengan nilai
αf : konstanta redaman fiber (dB/Km)
sensitifitas receiver . Data-data yang digunakan
L : Panjang link (Km)
pada perhitungan antara lain :
dengan nilai
Ms: Margin system (dB)
Daya keluaran sumber optik : - 4 dBm
Untuk mencari perhitungan link power
Sensitivitas daya minimum detektor : - 21
budget,terhadap
nilai
daya
dBm
receiver,
Redaman Serat optik (1330/1550): 0,33
menggunakan persamaan :
dB/Km / 0,2 dB/Km
PRX = PTX – ( Loss + M arg in )
Redaman Splice : 0,1 dB/Km
Dimana :
Konektor : 0,3 dB
PS
=
Loss
daya
Total
(Σtotal)
yang
Jenis PS 1:2 : 3 dB
diperbolehkan pada sistem. Perhitungan power
P (Rx) = Daya pada receiver. P (Tx) = Daya Transmitter pada perangkat
budget
dilakukan
berdasarkan keadaan jaringan seperti : a. Daya minimum transmiitter (PS) (dBm)
ΣLoss = jumlah loss yang terjadi di sepanjang kabel serat optik. Margin
=
nilai
yang
b. Sensitivitas minimum receiver (PR) (dBm)
digunakan
untuk
c. Atenuasi (α) (dB/km)
mengkompensasi redaman yang
d. Rugi-rugi penyambungan seperti rugi
terjadi pada kabel serat optik.
konektor (Lossconn)) dan splice (Losssplice) (dB)
Bentuk persamaan untuk perhitungan
e. Margin saluran (Loss margin)(dB)
redaman total untuk konfigurasi point to
f. Jarak sambungan (l ) (km)
multipoint :
g. Jumlah konektor dan splice
αtot = Lαserat + Ncαkonektor + Nsαsplice +
Perhitungan power budget adalah sebagai
Berikut :
Lf total = rugi yang terjadi pada serat optic (dB), dapat dirumuskan:
System Gain (Gs) = Pt – MRP dB
Lo = D.Lf + Nc.Lc + Ns.Ls + Lps dB M = (Pt-MRP)-Lo dBm
Dimana : 3.1.1. Parameter Transmisi SKSO (Link
L = Panjang saluran (Km)
Bu dget Power )
α Kinerja jaringan SKSO ditentukan
=
Redaman kabel serat optik
(dB/Km)
oleh parameter transmisi jaringan seperti: daya M = Loss margin sistem diambil harga 6 dB
sinyal yang diterima ( Pr ), kualitas transmisi (S/N ) dan laju kesalahan bit ( BER).
2.
Dalam menentukan kualitas transmisi
1. Daya sinyal yang diterima (Pr)
Perhitungan daya sinyal yang diterima di
penerima
dapat
ditunjukan
Kualitas Transmisi (S/N)
dalam
digunakan parameter signal to noise ratio (S/N) atau Bit Error Rate (BER). S/N merupakan
persamaan berikut (Zanger, 1991):
perbandingan
antara
daya
sinyal tehadap daya noise pada satu titik yang sama, dapat dirumuskan sebagai berikut:
Dimana :
(⁄)
Pr = daya sinyal yang diterima (dBm) Pt = daya optis yang dipancarkan dari sumber
Perhitungan daya sinyal (signal power)
cahaya (dBm)
dan daya noise (noise power) adalah sebagai berikut:
Lctotal =
rugi
yang
terjadi
pada a. Daya Sinyal (Signal power)
konektor (dB), dapat dirumuskan:
Daya sinyal merupakan kuat daya
Lstotal =
rugi
yang
splice/sambungan
terjadi
permanen
dapat dirumuskan:
sinyal yang diterima pada receiver. Besar pada
daya sinyal di penerima ditujukan dengan
(dB),
persamaan berikut (Freeman, 1998):
Dimana : Popt = daya sinyal yang diterima detector (W)
(ηq)/(hv)=R
= responsivitas (A/W)
2) Derau termal (Th ermal Noise)
Derau termal adalah arus yang berasal
η = efisiensi quantum (%)
dari struktur gerak acak elektron bebas pada
h = konstanta Plank (6,626.10-34Js)
komponen-komponen
elektronik.
Biasanya
level noise ini sebanding dengan temperatur hv = energi photon (kWh)
pada sistem komunikasi serat optik. Besar
q = 1,6.10-19C
daya noise terminal dirumuskan sebagai berikut:
M= tambahan daya sinyal padadetector cahaya (apabila yang digunakan adalah APD). b.
Dimana,
Derau (noise)
Derau adalah sinya-sinyal yang tidak diinginkan yang selalu ada dalam suatu system transmisi. Level noise yang cukup besar akan terasa
menggangu
pada
sisi
penerima.
Sumbangan daya noise di detector cahaya
= konstanta Boltzman (1,38 × 10-23
k
Joule/oK) B = bandwidth (Hz) Teff = effective noise temperatur ( oK) R 1 = equivalent resistance (Ω) 3) Derau tembakan/tumbukan (Shot
(receiver) pada system komunikasi serat optic
Noise)
ada 3 macam yaitu: thermal noise, noise dark
Derau tembakan terjadi karena adanya
current dan shot noise (Zanger, 1991).
ketidaklinearan pada sistem. Sumbangan shot 1) Arus gelap (dark curr ent)
noise pada total noise sistem komunikasi serat
Arus gelap yaitu arus balik (reverse
optik dirumuskan sebagai berikut (Freeman,
current) kecil yang mengalir melalui persikap balik (reverse bias diode) (Widodo, 1995: 87). Arus gelap ini terjadi pada setiap diode yang dikenal dengan arus bocor balik (reverse leakge
current).
terhadap
daya
Sumbangan noise
arus
dirumuskan
berikut:
gelap sebagai
1998):
Dimana, Popt
iD = arus gelap (A) B = bandwidth detektor cahaya (Hz)
daya
sinyal yang
diterima
di
detektor (W) (q)/(hv) = R M
= responsivitas (A/W)
= tambahan daya sinyal pada detektor cahaya (apabila yang digunakan adalah APD)
Dimana : Q = muatan elektron (1,6 × 10-19 C)
=
F(M)
= noise figure, menunjukkan kabaikan penguat dalam
memproses sinyal.
Pada sistem komunikasi serat optik, F(M) = M× dimana × adalah exces faktor dari gain (0 × 1)
Jadi :
tf = D.σλ. Lsist
Total Noise = Noise dark current + thermal
tsist2 = ttx 2+ trx2 + tf 2
noise + shot noise tsist =
3. Laju Kesalahan Bit / BER (Bit Error Rate)
Merupakan laju kesalahan bit yang terjadi dalam mentransmisikan sinyal digital. Dimana BER dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
√
Dengan : ttx = Rise time sumber optik(ps) trx = Rise time detector optik(ps) tf =Rise time fiber (ps)
(S/N) pk/rms = 20 Log 2Q
D = Koefisiendispersi (ps/nm.km)
(Hoss, 2000 & Keiser, 2000).
ᵟ = Lebar spektral (nm)
Sehingga diperoleh nilai pendekatan:
L = Jarak (km)
√
Nilai Rise Time Budget sistem untuk line coding berbeda dapat dirumuskan sebagai berikut :
Dimana, Q = Quantum noise dan Pe = Probability Error
tsist ≤
Makin tinggi S/N , makin baik mutu
tsist ≤
komunikasinya. Oleh karena itu, ada suatu
Untuk NRZ Untuk RZ
batasan minimum dari S/N dalam hubungan telekomunikasi konsumen
untuk
pemakai
dapat jasa
memuaskan
telekomunikasi.
Standar S/N untuk Sistem Komunikasi Serat Optik adalah 21,5 dB ( BER = 10-19) (Freeman:
Rise time budget Untuk menentukan pembatasan disperse link fiber optic. Rise time budget secara keseluruhan :
1998). tsys =
3.2 Perhitungan Rise Time Budget ti Rise time budget merupakan metoda untuk
menentukan
batasan
dispersi
pada
∑
:rise time kontributor
ttx : rise time sumber optic/pemancar
saluran transmisi, tujuannya adalah untuk
tmat : rise time disperse material fiber
menganalisis kerja sistem secara keseluruhan
tmod : rise time disperse modusl fiber
dan
memenuhi
kapasitas
kanal
yang
twg : rise time disperse pandu gelombang
diinginkan. Rise time budget sistem secara keseluruhan
diberikan
sebagai berikut :
dengan
persamaan
trx : rise time detector material optic/penerima Rise time disperse = pelebaran pulsa karena disperse ᵟ
•
Dmat adalah faktor dispersi material serat (ns/nm.km), adalah lebar
Transmitter
Receiv er tmat
spektral sumber optik (nm) dan L
tmod
adalah panjang serat (km).
tTX
tRX
•
tmod adalah rise-time dispersi modal.
Ada 4 elemen dasar yang membatasi
tmod =
kecepatan sistem adalah rise-time transmitter tTX, rise time dispersi material (bahan) serat
•
B0 adalah Bandwidth pada panjang
optik tmat, rise time dispersi intermodal tmod
kabel optik 1 km, q adalah parameter
dan rise-time penerima tRX.
panjang serat yang bernilai antara 0,5
Secara
umum,
degradasi
sampai 1.
waktu
transisi total sebuah link digital tidak melebihi 70 % dari sebuah perioda bit NRZ (Non-Return to Zero) atau 35 % sebuah perioda bit RZ (Return to Zero).
t sys
t
2
TX
t
2
mat
t
mod
2
IV.Kesimpulan dan Saran 4.1 Kesimpulan
t
RX
2
1
2
Performansi sistem komunikasi serat optik
redaman
tTX adalah rise-time transmitter, yaitu
tempuh
bergantung dari sumber cahaya dan
tRX
adalah
rise-time
sinyal
menentukan
receiver
ndetik
Dengan
Sistem
penerima (MHz)
(SKSO).
tmat adalah dispersi material. Untuk laser,
dispersi
ini
diabaikan.
jarak
optik
yang
dapat
dispersi
yang
dan
besarnya
dapat
maka kelayakan
Komunikasi
ℷ
2
L2
data.
Power
akan
dapat
performansi Serat
Optik
Perhitungan Rise time budget untuk menganalisis
kerja
sistem
secara
keseluruhan dan memenuhi kapasitas kanal yang diinginkan.
tmat2 = Dmat2
laju
menghitung
LinkBudget ,
BRX adalah bandwidth listrik 3 dB
sumber
menentukan
kesalahan bit ( BER).
diketahui
•
parameter
( Pr ), kualitas transmisi (S/N ) dan laju
dan bandwidth 3 dB penerima.
•
oleh
seperti: daya sinyal yang diterima
dihasilkan oleh respon fotodetector
tRX =
yang
ditransmisikan
rangkaian drive-nya.
dipengaruhi
4.2 Saran
Sebaiknya referensi
menggunakan
beberapa
perhitungan
yang
menggunakan contoh data yang sudah ada .
DAFTAR PUSTAKA
1. Siswanto Utomo Oktavianto,”Analisis Per hi tungan Ru gi-Rugi Pada Serat
“,Universitas Optik
Diponegoro,Semarang,2005 2. Praja Guntara Fazar, Lidyawati,Dwi Aryanta,Lita,” Analisis Perhitungan dan Penguku r an Transmisi Jari ngan Ser at Optik Telkomsel Regional Jawa Tengah ”,Jurnal Reka Elkomika,2337-
439X Institut Teknologi Nasional,Bandung,2013 3. Endy Kusuma Wadhana,Heru Setijono,”Analisa Redaman Serat Optik
Terhadap
Komunikasi
Kinerja Serat
Sistem Optik
M enggunakan M etode Optical Power
Teknologi Sepuluh November,Surabaya,2009 4. Ramadhan Muhammad, Hambali Akhmad, Uripno Bambang,”Perancangan Jaringan Link
Budget ”,Institut
Akses F iber To The H ome (F TTH ) M enggunakan Teknologi GIGAB I T PASSIVE
OPTICAL
NETWORK
(GPON) Di Perumahan Setraduta
,Institut Bandung
Teknologi
Telkom,Bandung,2012 5. Zulfajri,Rhiza,Yulius Zet ,”Jaringan Lokal
Akses
Fiber
Dengan
Konfi gurasi Jar ingan F iber To The Home ”,Universitas
Hasanuddin,Makassar,2009
