Analisis Power Link Budget Jaringan Serat Optik (Studi Kasus STO Panyabungan – Site Pagaran Tonga di PT. Telkom akses)
BAB II
DASAR TEORI
3.1 Serat Optik
Serat optik merupakan media transmisi yang terbuat dari bahan kaca
(glass) yang
berkualitas, sehingga memiliki kehandalan dan kelebihan
dibandingkan media transmisi yang terbuat dari bahan logam seperti kabel
tembaga, kabel coaxial, dan stripeline.
Serat optik terdiri dari tiga bagian utama yaitu core, cladding, dan coating.
Core merupakan bagian utama dari serat optik karena pada core informasi yang
berupa pulsa cahaya ditransmisikan[1]. Gambar 2.1 menunjukkan struktur dari
kabel serat optik.
Gambar 2.1 Struktur Serat Optik
Core dan cladding terbuat dari bahan silika, kaca, atau plastik yang
berkualitas tinggi dan bebas dari air. Core memiliki indeks bias yang lebih besar
daripada cladding (n1 > n2) hingga pada batas kritis, sehingga memungkinkan
terjadinya pembiasan dalam total (total internal reflection). Dengan demikian
cahaya akan selalu merambat dalam core hingga ke ujung serat. Coating (Jaket)
berfungsi sebagai pelindung core dan cladding dari tekanan fisik luar, terbuat
dari bahan plastik yang sangat berkualitas.
6
Universitas Sumatera Utara
Serat optik memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan media
transmisi yang lainnya, di antaranya adalah sebagai berikut :
1. Mempunyai lebar pita yang sangat lebar
2. Ukuran serat yang sangat kecil dan murah
3. Sinyal cahayanya tidak terpengaruh oleh medan elektrik dan medan
magnetik
4. Sinyal dalam serat terjamin keamanannya
5. Tidak akan terjadi percikan api karena di dalam serat tidak terdapat energi
listrik. Di samping itu, serat juga tahan terhadap gas beracun, bahan kimia,
dan air sehingga mampu ditanam dalam tanah.
6. Redaman yang sangat rendah sehingga mampu digunakan untuk komunikasi
jarak jauh tanpa penguat dan pengulang (repeater)
Di samping keunggulannya, serat optik mempunyai beberapa kelemahan
di antaranya adalah bentuk fisik serat optik yang sangat lemah, sehingga bila
terjadi tekanan dari luar yang berlebihan dapat mengubah karakteristiknya.
Untuk menghindari redaman yang besar, maka penyambungan serat harus
menggunakan teknik dan ketelitian yang tinggi.
3.2 Dasar Sistem Komunikasi Serat Optik
Pada serat optik hanya terdapat sedikit perbedaan pada sistem komunikasinya
dengan sistem komunikasi secara umum. Perbedaan mendasar terletak pada
adanya sumber optik dan detektor optik pada jaringan serat optik.
7
Universitas Sumatera Utara
Perbedaan antara sistem komunikasi secara umum dengan sistem komunikasi
serat optik dapat digambarkan dalam diagram blok seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Perbedaan Jaringan Komunikasi Umum dan Jaringan Serat Optik
Pada jaringan serat optik, tansducer mengubah informasi asli yang berupa
suara, video, dan data menjadi sinyal informasi elektrik. Pada data processing,
sinyal disesuaikan agar dapat dimodulasikan pada sumber optik. Sumber optik
mengubah sinyal elektrik menjadi sinyal informasi optik. Sejumlah daya diberikan
oleh pengkopel kanal (masukan) ke media transmisi serat optik agar sinyal
informasi optik dapat diterima pada sisi penerima setelah melalui saluran serat
optik. Sinyal informasi optik diubah kembali menjadi sinyal informasi elektrik.
Setelahnya, sinyal elektrik diubah kembali menjadi sinyal aslinya oleh suatu
transducer[2]. Gambar 2.3 menunjukkan diagram blok serat optik.
8
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 Diagram Blok Serat Optik
3.3 Jenis-Jenis Serat Optik
Ditinjau dari profil indeks bias dan mode gelombang yang terjadi pada
perambatan cahayanya, maka jenis fiber optik dapat dibedakan menjadi 3 jenis,
yaitu:
1. Serat Optik Single-mode Index
Pada single-mode fiber, indeks bias akan berubah dengan segera pada
batas antara core dan cladding (step index). Bahannya terbuat dari silica
glass baik untuk cladding maupun corenya. Diameter core jauh lebih
kecil, sekitar 10 μm, dibandingkan dengan diameter cladding, konstruksi
demikian dibuat untuk mengurangi atenuasi akibat adanya fading. Singlemode fiber sangat baik digunakan untuk menyalurkan informasi jarak jauh
9
Universitas Sumatera Utara
karena di samping atenuasi yang kecil juga mempunyai jangkauan
frekuensi yang lebar [2]. Gambar 2.4 menunjukkan serat optik Singlemode index.
Gambar 2.4 Serat Optik Single-mode index
2. Serat Optik Multi-mode Graded Index
Multi-mode graded index dibuat dengan menggunakan bahan multi
component glass atau dapat juga dibuat dengan silca glass baik untuk core
maupun claddingnya. Pada serat optik tipe ini, indeks bias berubah secara
perlahan-lahan (graded index multi-mode). Indeks bias inti berubah
mengecil perlahan mulai dari pusat core sampai batas antara core dengan
cladding. Semakin kecil indeks bias maka kecepatan rambat cahaya akan
semakin tinggi dan akan berakibat dispersi waktu antara berbagai mode
cahaya yang merambat akan berkurang dan pada akhirnya semua mode
cahaya akan tiba pada waktu yang bersamaan di penerima.
Diameter core serat optik ini 30 – 60 μm dan diameter cladding 100 – 150
μm. Atenuasi minimum adalah sebesar 0.70 dB/Km pada panjang
gelombang 1180 nm dan lebar pita frekuensi sebesar 150 Mhz sampai
dengan 2 Ghz. Oleh karenanya jenis serat optik ini sangat ideal untuk
menyalurkan informasi pada jarak menengah dengan menggunakan
10
Universitas Sumatera Utara
sumber cahaya LED maupun LD (Laser Diode). Perambatan cahaya pada
jenis Multi-mode graded index dapat dilihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Serat optik Multi-mode graded index
3. Serat Optik Multi-mode Step Index
Serat optik ini pada dasarnya mempunyai diameter core yang besarnya 50
– 400 μm dan diameter cladding sebesar 125 – 500 μm. Pada serat optik
ini terjadi perubahan indeks bias dengan segera atau lazim dimana dengan
diameter core yang besar digunakan untuk menaikkan efisiensi coupling
pada sumber cahaya yang tidak koheren seperti LED. Atenuasi pada saat
pengiriman
tetap
besar,
sehingga
hanya
baik
digunakan
untuk
menyalurkan data dengan kecepatan rendah dan jarak dekat. Perambatan
cahaya pada jenis Multi-mode step index dapat dilihat pada Gambar 2.6
[2].
Gambar 2.6 Serat optik Multi-mode step index
11
Universitas Sumatera Utara
3.4 Rugi-Rugi Serat Optik
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 karakteristik yang penting dari Serat
optik. Rugi-rugi ini menghasilkan penurunan dari daya cahaya dan juga
penurunan bandwidh dari sistem, transmisi informasi yang dibawa, efisiensi, dan
kapasitas sistem secara keseluruhan. Hal ini dapat disebabkan oleh kondisi serat
optik tersebut ataupun karena gangguan ataupun tambahan pada jaringan serat
optik tersebut. Selain itu, rugi-rugi pada suatu saluran transmisi yang
mempergunakan serat optik juga didapat dari pemasangan komponen-komponen
pendukung yang dibutuhkan dalam suatu jaringan seperti konektor, splice,
ataupun komponen lain yang disambungkan pada saluran transmisi [5].
3.4.1
Rugi-Rugi Faktor Intrinsik
Rugi – rugi karena faktor intrinsik dapat berupa penghamburan (scaterring
loss) dan penyerapan (absorption loss).
1. Penghamburan
Disebabkan karena adanya facet - facet yang memantulkan dan membiaskan
cahaya. Penghamburan dapat disebabkan karena Rayleigh scattering,
Microbending, Dispersi dan mode coupling.
a. Rayleigh scattering
Pancaran Rayleigh scattering adalah efek terpencarnya cahaya akibat
terjadinya perubahan kecil yang bersifat lokal pada indeks bias bahan inti
dan bahan mantel. Dikatakan bersifat ’lokal’ karena perubahan itu hanya
12
Universitas Sumatera Utara
terjadi di lokasi-lokasi tertentu saja di dalam bahan dan ukuran daerah
yang terkena pengaruh perubahan ini sangat kecil, yaitu kurang dari satu
panjang gelombang cahaya.
Terdapat dua hal yang menyebabkan terjadinya fenomena ini, dan
keduanya timbul di dalam proses manufaktur. Sebab pertama adalah
terdapatnya ketidakmerataan di dalam bahan-bahan pembuat serat optik.
Kemudian penyebab kedua adalah pergeseran-pergeseran kecil pada
kerapatan bahan yang biasnya terjadi saat kaca silika mulai membeku dan
menjadi padat.
Salah satu lokasi ’cacat’ ini dan efek pancaran Rayleigh yang di
timbulkannya diilustrasikan dalam gambar 2.7. Dalam gambar di
perlihatkan bahwa cahaya terpecah dan terpencar ke segala arah. Dan
semua komponen pancaran sinar yang kini merambat dengan sudut datang
kurang dari sudut kritis akan dapat menembus mantel dan hilang sebagai
rugi daya. Akan tetapi, sebagian besar sinar tidak akan ’melewati’ daerah
cacat lokal tersebut, karena ukurannya memang sangat kecil. Skala ukuran
ini diperlihatkan di bagian bawah pada Gambar 2.7 [3]
Gambar 2.7 Rugi - rugi karena Rayleigh scattering
13
Universitas Sumatera Utara
b. Microbending loss
Microbending loss (lekukan skala mikro) pada umumnya timbul didalam
proses manufaktur. Penyebab yang biasa dijumpai adalah perbedaan laju
pemuaian dan penyusutan antara serat optik dan lapisan-lapisan pelindung
luarnya (jaket). Ketika kabel serat optik menjadi terlalu dingin, lapisan
jaket maupun bagian inti/mantel akan mengalami penyusutan dan
memendek. Jika bagian inti/mantel menyusut lebih lambat dari lapisan
jaketnya. Maka bagian inti/mantel akan bergeser dari posisi relatifnya
semula hal ini dapat menimbulkan lekukan-lekukan padanya. Fenomena
inilah yang dikenal sebagai permasalahan microbend Hal itu dapat dilihat
pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Rugi – rugi karena mikrobending
c. Rugi-rugi Dispersi
Dispersi merupakan sinyal yang merambat mengalami distorsi sehingga
mengakibatkan pemuaian pulsa cahaya yang ditransmisikan, sehingga pada
akhirnya mengakibatkan pulsa-pulsa tersebut saling tumpang tindih dengan
satu sama lainnya. Dalam kasus ini efek pemuaian pulsa cahaya dapat
dilihat pada Gambar 2.9.
14
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9 Rugi-rugi karena Dispersi
Kita dapat mengurangi tingkat dispersi di dalam serat optik hingga ke tataran yang
masih bisa diterima. Salah satu caranya adalah dengan menurukan frekuensi pulsa
sehingga jarak antar-pulsa menjadi lebih lebar, dan bila tumpang-tindih tetap
terjadi maka pulsa-pulsa ini tidak akan terlalu rusak atau dapat digunakan
pengulang eletronik (penguat) yang digunakan pada jarak tertentu.
Prinsip kerja penguat ini adalah mengubah cahaya yang dalam kedalam bentuk
elektrik, kemudian sinyal itu akan diperkuat dayanya selanjutnya diubah kembali
menjadi sinyal optik untuk ditransmisikan kembali. Akan tetapi penggunaan
penguat ini dianggap kurang praktis, Hal ini disebabkan karena peralatan tersebut
dapat menyebabkan kesalahan tambahan, membatasi kecepatan transmisi dan
lebar bidang serta relatif mahal dalam penerapannya.
d. Mode coupling
Gambar 2.9 menunjukkan proses mode coupling. Hal ini terjadi bila sudut
sebuah mode yang direfleksikan berubah karena perubahan diameter inti,
pada kasus ini beberapa mode menyatu (couple). Mode coupling juga
terjadi pada sambungan serat (connection & splices) bila ujung serat
disatukan [8].
15
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.10 Rugi – rugi karena mode kopling
2. Penyerapan (absorption loss)
Zat kotoran apa pun yang masih tersisa di dalam bahan inti akan menyerap
sebagian dari energi cahaya yang merambat di dalam serat optik. Kontaminan
yang menimbulkan efek yang paling serius adalah ion-ion hidroksil dan zat-zat
logam.
Ion-ion hidroksil sebenarnya adalah wujud lain dari air yang akan menyerap
besar-besaran energi gelombang. Untuk permasalahan ini, jawaban yang paling
tepat adalah mencegah timbulnya kontaminan atau tertinggalnya zat-zat kotoran
didalam kaca saat proses manufaktur dilakukan [3]. Rugi-rugi ini terutama
disebabkan karena adanya molekul-molekul air dalam inti gelas seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 2.11 [8].
Gambar 2.11 Rugi – rugi karena penyerapan
16
Universitas Sumatera Utara
2.4.2 Rugi – Rugi Faktor Instalasi
Rugi – rugi karena instalasi terdiri dari rugi – rugi penyambungan,
pantulan fressnell dan bengkokan (macro bending).
1. Rugi-rugi penyambungan
Terdapat tiga masalah utama di dalam proses menyambung serat optik :
a) Tipe kedua serat harus saling kompatibel.
b) Ujung kedua serat harus diletakkan sedekat-dekatnya dengan satu sama
lainnya hingga menyisakan sekecil mungkin celah diantara keduanya.
c) Posisi kedua serat harus dibuat saling bersesuaian seakurat mungkin di
titik persambungan.
Apabila kita menyambungkan sebuah serat modus jamak dengan inti berukuran
besar ke serat lainnya yang memiliki inti lebih kecil, seperti diperihatkan pada
Gambar 2.12, maka hanya sebagian dari cahaya yang dating dari inti berukuran
besar dapat masuk ke inti berukuran kecil dan akibatnya sebagin daya cahaya
akan hilang tetapi, jika cahaya merambat datang dari inti yang lebih kecil masuk
ke inti yang lebih besar, seluruh bagian cahaya dapat diterima masuk dan rugi-rugi
daya tidak terjadi.
Gambar 2.12 Rugi-rugi akibat Penyambungan
17
Universitas Sumatera Utara
2. Rugi – rugi karena pantulan Fressnell
Ketika sinar cahaya menumbuk sebuah bintik perubahan indeks bias dan
terpencar ke segala arah, komponen pencaran yang merambat dengan sudut
datang mendekati garis normal (90°) akan lewat begitu saja menembus bidang
perbatasan. Lebih tepatnya, sebagian besar dari komponen itu akan menembus
bidang perbatasan. Akan tetapi tidak semua bagian dari cahaya yang datang
dengan sudut mendekati garis normal akan menembus bidang perbatasan.
Sebagian yang sangat kecil dari cahaya itu akan terpantul balik di bidang
perbatasan. Efek ini dapat menjadi masalah bagi cahaya yang meninggalkan
ujung output serat optik seperti dalam Gambar 2.13. Di titik ini terjadi
perubahan seketika dari indeks bias inti ke indeks bias udara yang ada di luar
serat optik.
Gambar 2.13 Pemantulan Fresnel
Efek yang sama juga terjadi pada arah yang berlawanan. Sebagian sangat kecil
dari cahaya yang datang dan hendak memasuki serat optik akan terpantul balik
oleh bidang perbatasan udara-inti, seperti dalam Gambar 2.14
18
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.14 Pemantulan Fresnel di setiap bidang batas
Seberapa besar proporsi cahaya yang menembus bidang perbatasan dan seberapa
besar yang terpantul balik di tentukan oleh besarnya perubahan indeks bias
dibidang perbatasan, dan dapat ditentukan menggunakan rumus berikut [3]:
−
r = n1 n 2
+
n1 n 2
2
3. Rugi – rugi karena bengkokan (Macrobending loss)
Macrobending loss (lekukan skala makro) lekukan tajam pada sebuah kabel
serat optik dapat menyebabkan timbulnya rugi-rugi daya yang cukup serius,
dan lebih jauh lagi kemungkinan terjadinya kerusakan mekanis (pecahnya
serat optik). Rugi daya yang ditimbulkan dengan melengkungkan sepotong
pendek serat optik boleh jadi lebih besar dari rugi daya total yang timbul pada
seluruh serat kabel serat optik sepanjang 1 km yang digelar secara normal.
Sinar cahaya yang di perlihatkan dalam Gambar 2.15 memiliki sudut datang
yang melebihi sudut kritis, dan karenanya dapat merambat secara ‘aman’
didalam serat optik.
19
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.15 Rugi-rugi macrobending
Garis normal selalu mengarah tegak lurus terhadap permukaan inti (bidang batas
inti-mantel). Sekarang, jika inti dilengkungkan, seperti Gambar 2.16.
Gambar 2.16 Macrobending yang terlalu tajam
maka garis normal akan berubah arahnya mengikuti permukaan inti. Akibatnya
sinar yang tadinya merambat dengan sudut ‘aman’ kini tidak lagi demikian; sudut
datangnya menjadi kurang dari sudut datangnya menjadi kurang dari sudut kritis
dan mengakibatkan sinar dapat menembus inti dan keluar dari serat optik.
Lekukan yang tajam oleh sebab itu harus dihindarkan. Namun seberapa tajamkah
lekukan yang dikatakan tajam. jawaban yang paling tepat untuk harus dilihat
pada spesifikasi kabel serat optik yang bersangkutan, karena semua informasi
mengenai batasan-batasan mekanis dan rugi-rugi daya kabel ada di dalam
spesifikasi tersebut. Akan tetapi, mengetahui batasan umum yang berlaku untuk
masalah lekukan kabel ini sering kali sangat membantu [3].
20
Universitas Sumatera Utara
3.5 Jaringan Lokal Serat Optik
Jaringan kabel lokal akses fiber paling sedikitnya terdapat dua perangkat
aktif yang dipasang di Central Office dan yang lainnya dipasang di dekat dan
atau di lokasi pelanggan. Berdasarkan lokasi penempatan perangkat aktif yang
dipasang di dekat dan atau dilokasi pelanggan maka terdapat beberapa
konfigurasi, antara lain sebagai berikut[6] :
1. Fiber To The Building (FTTB)
TKO (Titik Konverensi Optik) terletak di dalam gedung dan biasanya
terletak pada ruangan telekomunikasi di basement atau tersebar di beberapa
lantai, terminal pelanggan dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga
indoor atau IKG, FTTB dapat dianalogikan dengan daerah catu langsung
pada jaringan kabel tembaga [4].
2. Fiber To The Zone (FTTZ)
TKO terletak disuatu tempat di luar bangunan, biasanya berupa kabinet yang
ditempatkan di pinggir jalan sebagai mana biasanya RK (Rumah Kabel),
terminal pelanggan dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga hingga
beberapa kilometer. FTTZ dapat dianalogikan sebagai pengganti RK.
3.
Fiber To The Curb (FFTC)
TKO terletak disuatu tempat di luar bangunan, baik di dalam kabinet, di atas
tiang maupun di manhole, terminal pelanggan dihubungkan dengan TKO
melalui kabel tembaga hingga beberapa ratus meter saja, FTTC dapat
dianalogikan sebagai pengganti titik pembagi.
21
Universitas Sumatera Utara
4.
Fiber To The Tower (FTTT)
TKO terletak di dalam shelter dari pada tower, terminal equipment system
GSM/CDMA dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga indoor
hingga beberapa meter saja. Jaringan kabel serat optik yang mencatu tower
adalah kabel fiber optik drop jika lokasi tower di perkotaan, dan kabel fiber
optik distribusi kalau lokasi tower di pinggiran kota. Sehingga FTTT dapat
dianalogikan sebagai pengganti ODP (FTTC) atau TB (FTTH).
5. Fiber To The Home (FTTH)
TKO terletak di dalam rumah pelanggan, terminal pelanggan dihubungkan
dengan TKO melalui kabel tembaga indoor atau IKR hingga beberapa puluh
meter saja. FTTH dapat dianalogikan sebagai pengganti Terminal Blok (TB).
3.6 Power Link Budget
Power link budget adalah besarnya daya yang diperlukan untuk dapat
mentransmisikan data atau informasi dari satu titik ke titik lainnya, dimana selama
proses transmisi akan terjadi redaman. Perhitungan power link budget bertujuan
untuk menghitung anggaran daya yang diperlukan sehingga level daya terima
tidak kurang dari sensitivitas minimum.
Margin daya adalah daya yang masih tersisa dari power transmit setelah
dikurangi dari loss selama proses pentransmisian, pengurangan dengan nilai
safety margin dan pengurangan dengan nilai sensitifitas receiver.
22
Universitas Sumatera Utara
Margin daya disyaratkan harus memiliki nilai lebih dari 0 (nol) . Perhitungan
daya penerima diformulasikan pada persamaan :
Loss Fiber (Lf) : αf = L x Lf
(2.1)
Loss Splice (Ls) : αs = Ns x Ls
(2.2)
Loss Konektor (Lc) : αc = Nc x Lc
(2.3)
Dengan menggabungkan persamaan (2.1), (2.2), dan (2.3), maka
didapatkan rumus untuk menentukan rugi-rugi total yaitu:
αtotal = αf – αs – αc
(2.4)
Sedangkan power link budget dapat dirumuskan sebagai berikut:
(2.5)
Keterangan :
Pr = Daya Penerima (dBm)
as = Redaman Splice (dB)
Pt = Daya Transmitter (dBm)
af = Redaman Fiber (dB)
ac = Redaman Konektor (dB)
M = Margin daya (dB)
23
Universitas Sumatera Utara
DASAR TEORI
3.1 Serat Optik
Serat optik merupakan media transmisi yang terbuat dari bahan kaca
(glass) yang
berkualitas, sehingga memiliki kehandalan dan kelebihan
dibandingkan media transmisi yang terbuat dari bahan logam seperti kabel
tembaga, kabel coaxial, dan stripeline.
Serat optik terdiri dari tiga bagian utama yaitu core, cladding, dan coating.
Core merupakan bagian utama dari serat optik karena pada core informasi yang
berupa pulsa cahaya ditransmisikan[1]. Gambar 2.1 menunjukkan struktur dari
kabel serat optik.
Gambar 2.1 Struktur Serat Optik
Core dan cladding terbuat dari bahan silika, kaca, atau plastik yang
berkualitas tinggi dan bebas dari air. Core memiliki indeks bias yang lebih besar
daripada cladding (n1 > n2) hingga pada batas kritis, sehingga memungkinkan
terjadinya pembiasan dalam total (total internal reflection). Dengan demikian
cahaya akan selalu merambat dalam core hingga ke ujung serat. Coating (Jaket)
berfungsi sebagai pelindung core dan cladding dari tekanan fisik luar, terbuat
dari bahan plastik yang sangat berkualitas.
6
Universitas Sumatera Utara
Serat optik memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan media
transmisi yang lainnya, di antaranya adalah sebagai berikut :
1. Mempunyai lebar pita yang sangat lebar
2. Ukuran serat yang sangat kecil dan murah
3. Sinyal cahayanya tidak terpengaruh oleh medan elektrik dan medan
magnetik
4. Sinyal dalam serat terjamin keamanannya
5. Tidak akan terjadi percikan api karena di dalam serat tidak terdapat energi
listrik. Di samping itu, serat juga tahan terhadap gas beracun, bahan kimia,
dan air sehingga mampu ditanam dalam tanah.
6. Redaman yang sangat rendah sehingga mampu digunakan untuk komunikasi
jarak jauh tanpa penguat dan pengulang (repeater)
Di samping keunggulannya, serat optik mempunyai beberapa kelemahan
di antaranya adalah bentuk fisik serat optik yang sangat lemah, sehingga bila
terjadi tekanan dari luar yang berlebihan dapat mengubah karakteristiknya.
Untuk menghindari redaman yang besar, maka penyambungan serat harus
menggunakan teknik dan ketelitian yang tinggi.
3.2 Dasar Sistem Komunikasi Serat Optik
Pada serat optik hanya terdapat sedikit perbedaan pada sistem komunikasinya
dengan sistem komunikasi secara umum. Perbedaan mendasar terletak pada
adanya sumber optik dan detektor optik pada jaringan serat optik.
7
Universitas Sumatera Utara
Perbedaan antara sistem komunikasi secara umum dengan sistem komunikasi
serat optik dapat digambarkan dalam diagram blok seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Perbedaan Jaringan Komunikasi Umum dan Jaringan Serat Optik
Pada jaringan serat optik, tansducer mengubah informasi asli yang berupa
suara, video, dan data menjadi sinyal informasi elektrik. Pada data processing,
sinyal disesuaikan agar dapat dimodulasikan pada sumber optik. Sumber optik
mengubah sinyal elektrik menjadi sinyal informasi optik. Sejumlah daya diberikan
oleh pengkopel kanal (masukan) ke media transmisi serat optik agar sinyal
informasi optik dapat diterima pada sisi penerima setelah melalui saluran serat
optik. Sinyal informasi optik diubah kembali menjadi sinyal informasi elektrik.
Setelahnya, sinyal elektrik diubah kembali menjadi sinyal aslinya oleh suatu
transducer[2]. Gambar 2.3 menunjukkan diagram blok serat optik.
8
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 Diagram Blok Serat Optik
3.3 Jenis-Jenis Serat Optik
Ditinjau dari profil indeks bias dan mode gelombang yang terjadi pada
perambatan cahayanya, maka jenis fiber optik dapat dibedakan menjadi 3 jenis,
yaitu:
1. Serat Optik Single-mode Index
Pada single-mode fiber, indeks bias akan berubah dengan segera pada
batas antara core dan cladding (step index). Bahannya terbuat dari silica
glass baik untuk cladding maupun corenya. Diameter core jauh lebih
kecil, sekitar 10 μm, dibandingkan dengan diameter cladding, konstruksi
demikian dibuat untuk mengurangi atenuasi akibat adanya fading. Singlemode fiber sangat baik digunakan untuk menyalurkan informasi jarak jauh
9
Universitas Sumatera Utara
karena di samping atenuasi yang kecil juga mempunyai jangkauan
frekuensi yang lebar [2]. Gambar 2.4 menunjukkan serat optik Singlemode index.
Gambar 2.4 Serat Optik Single-mode index
2. Serat Optik Multi-mode Graded Index
Multi-mode graded index dibuat dengan menggunakan bahan multi
component glass atau dapat juga dibuat dengan silca glass baik untuk core
maupun claddingnya. Pada serat optik tipe ini, indeks bias berubah secara
perlahan-lahan (graded index multi-mode). Indeks bias inti berubah
mengecil perlahan mulai dari pusat core sampai batas antara core dengan
cladding. Semakin kecil indeks bias maka kecepatan rambat cahaya akan
semakin tinggi dan akan berakibat dispersi waktu antara berbagai mode
cahaya yang merambat akan berkurang dan pada akhirnya semua mode
cahaya akan tiba pada waktu yang bersamaan di penerima.
Diameter core serat optik ini 30 – 60 μm dan diameter cladding 100 – 150
μm. Atenuasi minimum adalah sebesar 0.70 dB/Km pada panjang
gelombang 1180 nm dan lebar pita frekuensi sebesar 150 Mhz sampai
dengan 2 Ghz. Oleh karenanya jenis serat optik ini sangat ideal untuk
menyalurkan informasi pada jarak menengah dengan menggunakan
10
Universitas Sumatera Utara
sumber cahaya LED maupun LD (Laser Diode). Perambatan cahaya pada
jenis Multi-mode graded index dapat dilihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Serat optik Multi-mode graded index
3. Serat Optik Multi-mode Step Index
Serat optik ini pada dasarnya mempunyai diameter core yang besarnya 50
– 400 μm dan diameter cladding sebesar 125 – 500 μm. Pada serat optik
ini terjadi perubahan indeks bias dengan segera atau lazim dimana dengan
diameter core yang besar digunakan untuk menaikkan efisiensi coupling
pada sumber cahaya yang tidak koheren seperti LED. Atenuasi pada saat
pengiriman
tetap
besar,
sehingga
hanya
baik
digunakan
untuk
menyalurkan data dengan kecepatan rendah dan jarak dekat. Perambatan
cahaya pada jenis Multi-mode step index dapat dilihat pada Gambar 2.6
[2].
Gambar 2.6 Serat optik Multi-mode step index
11
Universitas Sumatera Utara
3.4 Rugi-Rugi Serat Optik
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 karakteristik yang penting dari Serat
optik. Rugi-rugi ini menghasilkan penurunan dari daya cahaya dan juga
penurunan bandwidh dari sistem, transmisi informasi yang dibawa, efisiensi, dan
kapasitas sistem secara keseluruhan. Hal ini dapat disebabkan oleh kondisi serat
optik tersebut ataupun karena gangguan ataupun tambahan pada jaringan serat
optik tersebut. Selain itu, rugi-rugi pada suatu saluran transmisi yang
mempergunakan serat optik juga didapat dari pemasangan komponen-komponen
pendukung yang dibutuhkan dalam suatu jaringan seperti konektor, splice,
ataupun komponen lain yang disambungkan pada saluran transmisi [5].
3.4.1
Rugi-Rugi Faktor Intrinsik
Rugi – rugi karena faktor intrinsik dapat berupa penghamburan (scaterring
loss) dan penyerapan (absorption loss).
1. Penghamburan
Disebabkan karena adanya facet - facet yang memantulkan dan membiaskan
cahaya. Penghamburan dapat disebabkan karena Rayleigh scattering,
Microbending, Dispersi dan mode coupling.
a. Rayleigh scattering
Pancaran Rayleigh scattering adalah efek terpencarnya cahaya akibat
terjadinya perubahan kecil yang bersifat lokal pada indeks bias bahan inti
dan bahan mantel. Dikatakan bersifat ’lokal’ karena perubahan itu hanya
12
Universitas Sumatera Utara
terjadi di lokasi-lokasi tertentu saja di dalam bahan dan ukuran daerah
yang terkena pengaruh perubahan ini sangat kecil, yaitu kurang dari satu
panjang gelombang cahaya.
Terdapat dua hal yang menyebabkan terjadinya fenomena ini, dan
keduanya timbul di dalam proses manufaktur. Sebab pertama adalah
terdapatnya ketidakmerataan di dalam bahan-bahan pembuat serat optik.
Kemudian penyebab kedua adalah pergeseran-pergeseran kecil pada
kerapatan bahan yang biasnya terjadi saat kaca silika mulai membeku dan
menjadi padat.
Salah satu lokasi ’cacat’ ini dan efek pancaran Rayleigh yang di
timbulkannya diilustrasikan dalam gambar 2.7. Dalam gambar di
perlihatkan bahwa cahaya terpecah dan terpencar ke segala arah. Dan
semua komponen pancaran sinar yang kini merambat dengan sudut datang
kurang dari sudut kritis akan dapat menembus mantel dan hilang sebagai
rugi daya. Akan tetapi, sebagian besar sinar tidak akan ’melewati’ daerah
cacat lokal tersebut, karena ukurannya memang sangat kecil. Skala ukuran
ini diperlihatkan di bagian bawah pada Gambar 2.7 [3]
Gambar 2.7 Rugi - rugi karena Rayleigh scattering
13
Universitas Sumatera Utara
b. Microbending loss
Microbending loss (lekukan skala mikro) pada umumnya timbul didalam
proses manufaktur. Penyebab yang biasa dijumpai adalah perbedaan laju
pemuaian dan penyusutan antara serat optik dan lapisan-lapisan pelindung
luarnya (jaket). Ketika kabel serat optik menjadi terlalu dingin, lapisan
jaket maupun bagian inti/mantel akan mengalami penyusutan dan
memendek. Jika bagian inti/mantel menyusut lebih lambat dari lapisan
jaketnya. Maka bagian inti/mantel akan bergeser dari posisi relatifnya
semula hal ini dapat menimbulkan lekukan-lekukan padanya. Fenomena
inilah yang dikenal sebagai permasalahan microbend Hal itu dapat dilihat
pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Rugi – rugi karena mikrobending
c. Rugi-rugi Dispersi
Dispersi merupakan sinyal yang merambat mengalami distorsi sehingga
mengakibatkan pemuaian pulsa cahaya yang ditransmisikan, sehingga pada
akhirnya mengakibatkan pulsa-pulsa tersebut saling tumpang tindih dengan
satu sama lainnya. Dalam kasus ini efek pemuaian pulsa cahaya dapat
dilihat pada Gambar 2.9.
14
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9 Rugi-rugi karena Dispersi
Kita dapat mengurangi tingkat dispersi di dalam serat optik hingga ke tataran yang
masih bisa diterima. Salah satu caranya adalah dengan menurukan frekuensi pulsa
sehingga jarak antar-pulsa menjadi lebih lebar, dan bila tumpang-tindih tetap
terjadi maka pulsa-pulsa ini tidak akan terlalu rusak atau dapat digunakan
pengulang eletronik (penguat) yang digunakan pada jarak tertentu.
Prinsip kerja penguat ini adalah mengubah cahaya yang dalam kedalam bentuk
elektrik, kemudian sinyal itu akan diperkuat dayanya selanjutnya diubah kembali
menjadi sinyal optik untuk ditransmisikan kembali. Akan tetapi penggunaan
penguat ini dianggap kurang praktis, Hal ini disebabkan karena peralatan tersebut
dapat menyebabkan kesalahan tambahan, membatasi kecepatan transmisi dan
lebar bidang serta relatif mahal dalam penerapannya.
d. Mode coupling
Gambar 2.9 menunjukkan proses mode coupling. Hal ini terjadi bila sudut
sebuah mode yang direfleksikan berubah karena perubahan diameter inti,
pada kasus ini beberapa mode menyatu (couple). Mode coupling juga
terjadi pada sambungan serat (connection & splices) bila ujung serat
disatukan [8].
15
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.10 Rugi – rugi karena mode kopling
2. Penyerapan (absorption loss)
Zat kotoran apa pun yang masih tersisa di dalam bahan inti akan menyerap
sebagian dari energi cahaya yang merambat di dalam serat optik. Kontaminan
yang menimbulkan efek yang paling serius adalah ion-ion hidroksil dan zat-zat
logam.
Ion-ion hidroksil sebenarnya adalah wujud lain dari air yang akan menyerap
besar-besaran energi gelombang. Untuk permasalahan ini, jawaban yang paling
tepat adalah mencegah timbulnya kontaminan atau tertinggalnya zat-zat kotoran
didalam kaca saat proses manufaktur dilakukan [3]. Rugi-rugi ini terutama
disebabkan karena adanya molekul-molekul air dalam inti gelas seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 2.11 [8].
Gambar 2.11 Rugi – rugi karena penyerapan
16
Universitas Sumatera Utara
2.4.2 Rugi – Rugi Faktor Instalasi
Rugi – rugi karena instalasi terdiri dari rugi – rugi penyambungan,
pantulan fressnell dan bengkokan (macro bending).
1. Rugi-rugi penyambungan
Terdapat tiga masalah utama di dalam proses menyambung serat optik :
a) Tipe kedua serat harus saling kompatibel.
b) Ujung kedua serat harus diletakkan sedekat-dekatnya dengan satu sama
lainnya hingga menyisakan sekecil mungkin celah diantara keduanya.
c) Posisi kedua serat harus dibuat saling bersesuaian seakurat mungkin di
titik persambungan.
Apabila kita menyambungkan sebuah serat modus jamak dengan inti berukuran
besar ke serat lainnya yang memiliki inti lebih kecil, seperti diperihatkan pada
Gambar 2.12, maka hanya sebagian dari cahaya yang dating dari inti berukuran
besar dapat masuk ke inti berukuran kecil dan akibatnya sebagin daya cahaya
akan hilang tetapi, jika cahaya merambat datang dari inti yang lebih kecil masuk
ke inti yang lebih besar, seluruh bagian cahaya dapat diterima masuk dan rugi-rugi
daya tidak terjadi.
Gambar 2.12 Rugi-rugi akibat Penyambungan
17
Universitas Sumatera Utara
2. Rugi – rugi karena pantulan Fressnell
Ketika sinar cahaya menumbuk sebuah bintik perubahan indeks bias dan
terpencar ke segala arah, komponen pencaran yang merambat dengan sudut
datang mendekati garis normal (90°) akan lewat begitu saja menembus bidang
perbatasan. Lebih tepatnya, sebagian besar dari komponen itu akan menembus
bidang perbatasan. Akan tetapi tidak semua bagian dari cahaya yang datang
dengan sudut mendekati garis normal akan menembus bidang perbatasan.
Sebagian yang sangat kecil dari cahaya itu akan terpantul balik di bidang
perbatasan. Efek ini dapat menjadi masalah bagi cahaya yang meninggalkan
ujung output serat optik seperti dalam Gambar 2.13. Di titik ini terjadi
perubahan seketika dari indeks bias inti ke indeks bias udara yang ada di luar
serat optik.
Gambar 2.13 Pemantulan Fresnel
Efek yang sama juga terjadi pada arah yang berlawanan. Sebagian sangat kecil
dari cahaya yang datang dan hendak memasuki serat optik akan terpantul balik
oleh bidang perbatasan udara-inti, seperti dalam Gambar 2.14
18
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.14 Pemantulan Fresnel di setiap bidang batas
Seberapa besar proporsi cahaya yang menembus bidang perbatasan dan seberapa
besar yang terpantul balik di tentukan oleh besarnya perubahan indeks bias
dibidang perbatasan, dan dapat ditentukan menggunakan rumus berikut [3]:
−
r = n1 n 2
+
n1 n 2
2
3. Rugi – rugi karena bengkokan (Macrobending loss)
Macrobending loss (lekukan skala makro) lekukan tajam pada sebuah kabel
serat optik dapat menyebabkan timbulnya rugi-rugi daya yang cukup serius,
dan lebih jauh lagi kemungkinan terjadinya kerusakan mekanis (pecahnya
serat optik). Rugi daya yang ditimbulkan dengan melengkungkan sepotong
pendek serat optik boleh jadi lebih besar dari rugi daya total yang timbul pada
seluruh serat kabel serat optik sepanjang 1 km yang digelar secara normal.
Sinar cahaya yang di perlihatkan dalam Gambar 2.15 memiliki sudut datang
yang melebihi sudut kritis, dan karenanya dapat merambat secara ‘aman’
didalam serat optik.
19
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.15 Rugi-rugi macrobending
Garis normal selalu mengarah tegak lurus terhadap permukaan inti (bidang batas
inti-mantel). Sekarang, jika inti dilengkungkan, seperti Gambar 2.16.
Gambar 2.16 Macrobending yang terlalu tajam
maka garis normal akan berubah arahnya mengikuti permukaan inti. Akibatnya
sinar yang tadinya merambat dengan sudut ‘aman’ kini tidak lagi demikian; sudut
datangnya menjadi kurang dari sudut datangnya menjadi kurang dari sudut kritis
dan mengakibatkan sinar dapat menembus inti dan keluar dari serat optik.
Lekukan yang tajam oleh sebab itu harus dihindarkan. Namun seberapa tajamkah
lekukan yang dikatakan tajam. jawaban yang paling tepat untuk harus dilihat
pada spesifikasi kabel serat optik yang bersangkutan, karena semua informasi
mengenai batasan-batasan mekanis dan rugi-rugi daya kabel ada di dalam
spesifikasi tersebut. Akan tetapi, mengetahui batasan umum yang berlaku untuk
masalah lekukan kabel ini sering kali sangat membantu [3].
20
Universitas Sumatera Utara
3.5 Jaringan Lokal Serat Optik
Jaringan kabel lokal akses fiber paling sedikitnya terdapat dua perangkat
aktif yang dipasang di Central Office dan yang lainnya dipasang di dekat dan
atau di lokasi pelanggan. Berdasarkan lokasi penempatan perangkat aktif yang
dipasang di dekat dan atau dilokasi pelanggan maka terdapat beberapa
konfigurasi, antara lain sebagai berikut[6] :
1. Fiber To The Building (FTTB)
TKO (Titik Konverensi Optik) terletak di dalam gedung dan biasanya
terletak pada ruangan telekomunikasi di basement atau tersebar di beberapa
lantai, terminal pelanggan dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga
indoor atau IKG, FTTB dapat dianalogikan dengan daerah catu langsung
pada jaringan kabel tembaga [4].
2. Fiber To The Zone (FTTZ)
TKO terletak disuatu tempat di luar bangunan, biasanya berupa kabinet yang
ditempatkan di pinggir jalan sebagai mana biasanya RK (Rumah Kabel),
terminal pelanggan dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga hingga
beberapa kilometer. FTTZ dapat dianalogikan sebagai pengganti RK.
3.
Fiber To The Curb (FFTC)
TKO terletak disuatu tempat di luar bangunan, baik di dalam kabinet, di atas
tiang maupun di manhole, terminal pelanggan dihubungkan dengan TKO
melalui kabel tembaga hingga beberapa ratus meter saja, FTTC dapat
dianalogikan sebagai pengganti titik pembagi.
21
Universitas Sumatera Utara
4.
Fiber To The Tower (FTTT)
TKO terletak di dalam shelter dari pada tower, terminal equipment system
GSM/CDMA dihubungkan dengan TKO melalui kabel tembaga indoor
hingga beberapa meter saja. Jaringan kabel serat optik yang mencatu tower
adalah kabel fiber optik drop jika lokasi tower di perkotaan, dan kabel fiber
optik distribusi kalau lokasi tower di pinggiran kota. Sehingga FTTT dapat
dianalogikan sebagai pengganti ODP (FTTC) atau TB (FTTH).
5. Fiber To The Home (FTTH)
TKO terletak di dalam rumah pelanggan, terminal pelanggan dihubungkan
dengan TKO melalui kabel tembaga indoor atau IKR hingga beberapa puluh
meter saja. FTTH dapat dianalogikan sebagai pengganti Terminal Blok (TB).
3.6 Power Link Budget
Power link budget adalah besarnya daya yang diperlukan untuk dapat
mentransmisikan data atau informasi dari satu titik ke titik lainnya, dimana selama
proses transmisi akan terjadi redaman. Perhitungan power link budget bertujuan
untuk menghitung anggaran daya yang diperlukan sehingga level daya terima
tidak kurang dari sensitivitas minimum.
Margin daya adalah daya yang masih tersisa dari power transmit setelah
dikurangi dari loss selama proses pentransmisian, pengurangan dengan nilai
safety margin dan pengurangan dengan nilai sensitifitas receiver.
22
Universitas Sumatera Utara
Margin daya disyaratkan harus memiliki nilai lebih dari 0 (nol) . Perhitungan
daya penerima diformulasikan pada persamaan :
Loss Fiber (Lf) : αf = L x Lf
(2.1)
Loss Splice (Ls) : αs = Ns x Ls
(2.2)
Loss Konektor (Lc) : αc = Nc x Lc
(2.3)
Dengan menggabungkan persamaan (2.1), (2.2), dan (2.3), maka
didapatkan rumus untuk menentukan rugi-rugi total yaitu:
αtotal = αf – αs – αc
(2.4)
Sedangkan power link budget dapat dirumuskan sebagai berikut:
(2.5)
Keterangan :
Pr = Daya Penerima (dBm)
as = Redaman Splice (dB)
Pt = Daya Transmitter (dBm)
af = Redaman Fiber (dB)
ac = Redaman Konektor (dB)
M = Margin daya (dB)
23
Universitas Sumatera Utara