Umum Crosstalk CROSSTALK PADA MULTIWAVELENGTH OPTICAL CROSS CONNECT

BAB III CROSSTALK PADA MULTIWAVELENGTH OPTICAL CROSS CONNECT

3.1 Umum

Optical Cross Connect OXC adalah salah satu elemen jaringan yang penting yang memungkinkan dapat dilakukannya rekonfigurasi jaringan optik, dimana lintasan cahaya dapat ditingkatkan dan diturunkan sesuai kebutuhan [4]. Hal ini menawarkan fleksibilitas routing dan dapat meningkatkan kapasitas transport jaringan WDM. Propagasi melalui elemen switching yang merupakan bagian dari OXC menghasilkan degradasi sinyal yang disebabkan rugi-rugi intrinsik perangkat dan ketidaksempurnaan operasi. Ketidaksempurnaan switching menyebabkan kebocoran sinyal, dimana panjang gelombang bisa saja sama ataupun berbeda dengan panjang gelombang sinyal. Timbulnya crosstalk pada sebuah kanal optik tertentu karena interferensi dengan sinyal lain ketika dipropagasikan melalui berbagai elemen jaringan WDM dapat mengakibatkan masalah yang serius. Crosstalk pada OXC adalah salah satu kriteria mendasar yang menentukan kinerja jaringan WDM. Crosstalk menghasilkan perpindahan daya dari satu kanal ke kanal lainnya. Karena crosstalk adalah sebuah faktor yang sangat menyebabkan keterbatasan, maka penggunaan OXC pada jaringan WDM secara komersial dihindari.

3.2 Optical Cross Connect OXC

Pengembangan jaringan WDM membawa kepada dibutuhkannya sebuah skema perutean panjang gelombang secara dinamis dynamic wavelength routing yang dapat merekonfigurasi jaringan seraya memelihara sifat nonblocking-nya. Fungsi ini dapat dipenuhi oleh sebuah optical cross connect OXC yang berfungsi Universitas Sumatera Utara sama seperti switch digital elektronik pada jaringan telepon. Penggunaan perutean dinamis dynamic routing juga memecahkan permasalahan keterbatasan panjang gelombang yang tersedia melalui teknik penggunaan kembali panjang gelombang wavelengeth-reuse. Perancangan dan fabrikasi OXC telah menjadi topik penelitian yang penting sejak penemuan sistem WDM [5]. Gambar 3.1 Skema Sebuah Optical Cross Connect yang Didasarkan pada Optical Switch Gambar 3.1 menunjukkan skema umum sebuah OXC. Perangkatnya memiliki N port masukan, masing-masing port menerima sebuah sinyal WDM yang terdiri dari M panjang gelombang. Demultiplexer memisahkan sinyal tersebut ke dalam panjang gelombang masing-masing dan mendistribusikan tiap-tiap panjang gelombang ke kumpulan M unit switch, masing-masing unit menerima N sinyal masukan dengan panjang gelombang yang sama. Sebuah port masukan dan keluaran tambahan ditambahkan ke switch untuk memungkinkan pengurangan atau penambahan sebuah kanal tertentu. Tiap-tiap unit switching memuat N unit optical switch yang dapat dikonfigurasikan untuk merutekan sinyal-sinyal dalam bentuk yang diinginkan. Universitas Sumatera Utara Keluaran dari semua unit-unit switching dikirim ke N multiplexer, yang menggabungkan M masukannya untuk membentuk sinyal WDM. Dengan demikian sebuah OXC membutuhkan N multiplexer, N demultiplexer, dan MN+1 2 optical switch. Gambar 3.2 menunjukkan contoh perangkat OXC yang digunakan dalam dunia praktis. Gambar 3.2 Perangkat OXC

3.2.1 Multiplexer dan Demultiplexer

Multiplexer dan demultiplexer adalah komponen penting pada sistem WDM. Demultiplexer membutuhkan sebuah mekanisme pemilihan panjang gelombang dan secara garis besar dapat dibedakan menjadi dua kategori [5], yaitu : 1. Demultiplexer yang didasarkan pada difraksi diffraction-based demultiplexer, menggunakan sebuah elemen dispersi angular, misalnya sebuah kisi difraksi, yang menghamburkan cahaya yang terjadi secara ruang ke berbagai komponen panjang gelombang. Universitas Sumatera Utara 2. Demultiplexer yang didasarkan pada interferensi Interference-based demultiplexer, menggunakan perangkat seperti filter optik dan pengkopel direksional. Untuk keduanya, perangkat yang sama dapat digunakan sebagai multiplexer atau demultiplexer, tergantung pada arah propagasi, karena gelombang optik dapat berbalik arah secara padu di dalam media dielektrik. Demultiplexer yang didasarkan pada kisi menggunakan fenomena difraksi Bragg dari sebuah kisi optik. Gambar 3.3 menunjukkan perancangan dua demultiplexer yang demikian. Sinyal masukan WDM difokuskan pada sebuah kisi pemantul reflection grating, yang memisahkan beragam panjang gelombang secara ruang, dan sebuah lensa memfokuskannya pada masing-masing serat. Penggunaan lensa dengan indeks yang bertingkat menyederhanakan penyusunan dan membuat perangkat relatif lebih padu. Gambar 3.3 Demultiplexer yang Berdasarkan Kisi yang Dibuat dari a Sebuah Lensa Konvensional dan b Lensa dengan Indeks Bertingkat Demultiplexer yang didasarkan pada filter menggunakan fenomena interferensi optik untuk memilih panjang gelombang. Demultiplexer yang didasarkan pada filter MZ telah menarik perhatian besar. Gambar 3.4 mengilustrasikan konsep Universitas Sumatera Utara dasar dengan menunjukkan tampilan dari sebuah multiplexer empat kanal. Perangkat ini terdiri dari tiga interferometer MZ. Satu lengan dari tiap-tiap interferometer MZ dibuat lebih panjang dari yang lain untuk menghasilkan pergeseran phasa yang bergantung pada panjang gelombang di antara dua lengan. Perbedaan panjang lintasan dipilih supaya total daya masukan dari dua port masukan pada panjang gelombang yang berbeda terjadi pada hanya satu port keluaran. Gambar 3.4 Multiplexer Empat Kanal yang Didasarkan pada Interferometer Mach- Zehnder Kinerja multiplexer terutama ditentukan oleh besarnya insertion loss pada tiap-tiap kanal. Kriteria kinerja demultiplexer lebih ketat. Pertama, kinerja demultiplexer sebaiknya tidak dipengaruhi oleh polarisasi sinyal WDM. Kedua, demultiplexer sebaiknya memisahkan tiap – tiap kanal tanpa perusakan dari kanal yang berdekatan. Dalam praktiknya, perusakan sebagian daya sering terjadi, khususnya pada sistem DWDM dengan interchannel spacing yang kecil. Perusakan daya ini dinyatakan sebagai crosstalk dan sebaiknya bernilai kecil -20 dB untuk memberikan kinerja sistem yang memuaskan [6]. Universitas Sumatera Utara

3.2.2 Optical Switch

Optical switch yang paling sederhana adalah mechanical switching [5]. Sebuah cermin sederhana dapat dijadikan switch apabila arah keluarannya dapat diubah dengan memiringkan cermin tersebut. Tidaklah praktis bila cermin yang digunakan berukuran besar karena jumlah switch yang dibutuhkan untuk membuat OXC adalah banyak. Oleh sebab itu digunakanlah teknologi micro-electro mechanical system MEMS sebagai perangkat switching. Gambar 3.5 menunjukkan sebuah optical switch MEMS 8 x 8 yang memuat array dua dimensi dari cermin mikro yang bebas berotasi. Cermin – cermin yang kecil ini dapat memantulkan 100 sinyal cahaya ataupun sebagiannya partial transmission. Rugi – ruginya juga lebih kecil [6]. Gambar 3.5 Optical Switch MEMS 8 x 8 dengan Cermin Mikro yang Bebas Berotasi Semiconduktor waveguide juga dapat digunakan untuk membuat optical switch dalam bentuk pengkopel direksional, interferometer MZ, dan sambungan Y. Teknologi InGaAsP InP sangat umum digunakan sebagai switch. Gambar 3.6 a menunjukkan sebuah switch 4 x 4 yang didasarkan pada sambungan Y; elektrorefraksi digunakan untuk men-switch sinyal di antara dua lengan sambungan Y. Karena waveguide InGaAsP menghasilkan penguatan, SOA dapat digunakan untuk mengimbangi rugi-rugi penyisipan. SOA sendiri dapat digunakan untuk membuat Universitas Sumatera Utara OXC. Ide dasarnya ditunjukkan secara skematis pada Gambar 3.6 b dimana SOA bertindak sebagai gerbang switch. Masing-masing input dipisahkan menjadi N cabang mengunakan pemisah bumbung gelombang, dan masing-masing cabang dilewatkan melalui SOA, dimana salah satunya mem-block cahaya melalui penyerapan atau melewatkannya sambil memperkuat sinyal secara simultan. Crosstalk perangkat space switch ini untuk ukuran 2x2 bernilai -40 dB [6]. Gambar 3.6 Contoh optical switch yang Didasarkan pada : a Semiconductor Waveguide Sambungan-Y dan b SOA dengan Pemisah

3.3 Crosstalk

Jarak antar kanal channel spacing yang sempit pada jalur DWDM mengakibatkan crosstalk, yang didefenisikan sebagai perpindahan sinyal sebuah kanal ke kanal lain. Crosstalk dapat terjadi pada hampir semua komponen dalam sistem WDM, termasuk optical filter, multiplexer, demultiplexer, optical switch, optical amplifier, dan serat itu sendiri [7]. Ada beberapa jenis crosstalk yang terjadi pada OXC berdasarkan sumbernya. Pertama kita akan mendefenisikan perbedaan antara interband crosstalk dan intraband crosstalk [8] . 1. Interband crosstalk Universitas Sumatera Utara Interband crosstalk adalah crosstalk yang terjadi pada panjang gelombang di luar slot kanal panjang gelombang di luar bandwith optik. Crosstalk ini dapat dihilangkan dengan filter narrow-band dan tidak menghasilkan getaran beating selama pendeteksian, sehingga tidak terlalu merugikan. 2. Intraband crosstalk Crosstalk yang terjadi pada slot kanal panjang gelombang yang sama disebut intraband crosstalk. Crosstalk ini tidak dapat dihilangkan dengan optical filter sehingga berakulumasi sepanjang jaringan. Karena tidak dapat dihilangkan, maka crosstalk jenis ini harus dihindarkan. Kedua jenis crosstalk ini diilustrasikan pada gambar 3.7. Gambar 3.7 Crosstalk interband dan intraband Lebih lanjut, pada intraband crosstalk, akan didefenisikan perbedaan antara incoherent dan coherent crosstalk. Perbedaan antara kedua jenis crosstalk ini dapat dilihat dari konsekuensi yang ditimbulkannya. Interferensi kanal sinyal dan kanal crosstalk pada detektor menghasilkan pola getaran beat term. Crosstalk dinyatakan sebagai coherent crosstalk bila total crosstalk didominasi oleh getaran ini. Jika pola getar ini sangat kecil dibandingkan total crosstalk, maka dinyatakan sebagai incoherent crosstalk. Pada incoherent Universitas Sumatera Utara crosstalk pola getar dapat diabaikan misalnya jika panjang gelombang-panjang gelombangnya berbeda. Pada coherent crosstalk, pola getar tidak dapat diabaikan. Crosstalk ini terjadi pada jaringan WDM jika kanal-kanal dengan frekuensi carrier yang sama digabungkan. Crosstalk yang terjadi pada jaringan WDM juga dapat dibedakan atas interchannel crosstalk dan intrachannel crosstalk [7]. 1. Interchannel crosstalk Interchannel crosstalk terjadi ketika interferensi sinyal dihasilkan oleh kanal yang bersebelahan yang beroperasi pada panjang gelombang yang berbeda. Ini terjadi karena ketidaksempurnaan perangkat pemilih panjang gelombang dalam menolak atau menahan sinyal dari kanal panjang gelombang lain yang berdekatan. Gambar 3.8 menunjukkan sebuah contoh crosstalk dalam sebuah demultiplexer. Gambar 3.8 Contoh sumber interchannel crosstalk pada sistem WDM 2. Intrachannel crosstalk Pada intrachannel crosstalk, sinyal interferensi mempunyai panjang gelombang yang sama dengan sinyal yang diinginkan. Gambar 3.9 adalah sebuah contoh sumber intrachannel crosstalk. Dua sinyal yang independen, masing-masing dengan panjang gelombang 1 λ , memasuki sebuah optical switch. Switch ini merutekan sinyal masukan port 1 ke keluaran port 4, dan merutekan sinyal 1 λ 2 λ 1 λ 2 λ 1 λ 1 λ 2 λ 2 λ Inputs Demux Outputs Signal Crosstalk Universitas Sumatera Utara masukan port 2 ke keluaran port 3. Di dalam switch, sebagian daya optik masukan port 1 terkopel ke port 3, dimana sinyal ini akan berinterferensi dengan sinyal dari port 2. Gambar 3.9 Contoh Sumber Intrachannel Crosstalk pada Sistem WDM

3.4 Crosstalk pada Optical Router