Month: March 2020

Muhammad Rizki Randy Pratama
School of Electrical Engineering
Telkom University
Bandung, Indonesia
[email protected]

Abstrak – Passive Optical Network (PON) telah berkembang dengan cepat sebagai solusi jaringan akses untuk mengirimkan data kecepatan tinggi dan layanan multimedia lainnya. Dimulai dari generasi BPON Broadband Passive Optical Networks), GPON (Gigabit Passive Optical Network, dan EPON (Ethernet Passive Optical Network) sebagai dasar spesifikasi perangkat. Standar PON memiliki kecepatan hingga 10Gbps EPON dan 10Gigabit-capable PON (XG-PON) dengan toleransi tinggi. Next Generation PON 2 (NG-PON2) dan 100G-EPON lahir sebagai pengembangan standar PON sebagai G-PON dan E-PON yang mendukung peningkatan bandwidth. Paper ini membahas tentang pengaruh penggunaan OLT pada teknologi NG-PON2 menggunkan TWDM. Pengujian dilakukan menggunakan studi sebelumnya dengan simulasi menggunakan software Optisystem.  Simulasi diperlukan untuk mendapatkan hasil receiver power, OSNR, dan BER. Hasil dari simulasi kemudian dianalisis untuk menhasilkan kesimpulan.

Kata Kunci – NG-PON2, OLT, TWDM.

I. Pendahuluan

    Perkembangan teknologi informasi dan penggunaan data yang semakin meningkat adalah permasalahan yang harus segera diselesaikan. Next Generation PON 2 (NG-PON2) hadir dengan kemampuan sistem hybrid dengan kecepatan upstream 10 Gbps dan downstream hingga 40 Gbps dari teknologi time division multimplexing (TDM) dan WDM [1]. Perbedaan PON dengan NG-PON2 adalah pada Optical Line Terminal (OLT) dan Optical Network Unit (ONU) dan penggabungan OLT dalam satu kanal [2]. Penggunaan laser dan fotodioda berbiaya rendah yang canggih dibutuhkan oleh transmitter OLT dan receiver OLT [3]. Dalam implementasinya, NG-PON2 dapat menggunakan teknik TWDM dan metode OLT aggregation dengan penggunaan hingga 8 kanal [4].

I.  Dasar Teori

ITU-T menerbitkan rekomendasi sistem G.989 untuk NG-PON2 dengan kapasitas downlink 40 Gbps dan uplink 10 Gbps [1]. Tabel 1 menunjukkan spesifikasi sistem NG-PON2 yang terdiri dari satu set channel TWDM dan / atau satu set channel WDM PtP [5]. Perbedaan dengan generasi PON sebelumnya adalah pada OLT atau ONU yang transmitter dan receivernya dapat di tuning pada 2,5 Gbps atau 10 Gbps [3].

Tabel 1. Spesifikasi NG-PON2 [5]

Item	Specification	Remark
Optical Fiber	Compliant ITU-T G.652	ITU-T G.657
Split Ratio	At least 1:256	UL 10 Gbps, DL 40 Gbps, 20 km, 1:64 UL 10 Gbps, DL 10 Gbps, 40 km, 1:32 UL 2.5 Gbps, DL 2.5 Gbps, 40 km, 1:32
Line Rate	UL 10 Gbps, DL 10 Gbps UL 2.5 Gbps, DL 10 Gbps UL 2.5 Gbps, DL 2.5 Gbps	–
Max differential transmission reach	At least 40 km	–
Max physical transmission reach	At least 40 km	At least 60km, with passive outside plant
Max differential logical reach	At least 20 km	Optionally 40 km

      TWDM-PON merupakan metode yang menggabungkan WDM dengan TDM, yang mana WDM berfungsi sebagai pengirim data arah downlink dan TDM untuk arah uplink. Gambar 1 menunjukkan diagram TWDM [6].

Dalam PON, OLT berfungsi sebagai node akses pusat yang mengontrol akses sumber daya jaringan ONU [7]. Di pusat kontrol, satu sasis OLT biasanya terdiri dari beberapa saluran OLT, yang masing-masing berkomunikasi dengan sejumlah ONU. Dalam sistem EPON dan GPON yang saat ini digunakan, satu saluran OLT biasanya berkomunikasi dengan 16 atau 32 ONU. Untuk menghindari gangguan layanan ONU yang terhubung ke pusat kontrol, semua saluran OL dinyalakan setiap saat. Gambar 2 menunjukkan OLT switch optik [7].

II. Pembahasan

Pada Gambar 3 menunjukkan penggunaan model simulasi menggunakan 4,5, dan 6 OLT.

Pada Gambar 4 menunjukkan penggunaan model simulasi menggunakan 7 dan 8 OLT.

III. Analisis Dan Implementasi

Dalam merancang jaringan, sistem diuji untuk menampilkan kapasistas bandwidth saat melakukan operasi. Gambar 5 menunjukkan blok diagram jaringan.

     Analisis yang diperlukan dalam melihat performa NG-PON2 adalah OSNR, BER, dan Power Receiver.

    (Optical Signal to Noise Ratio) OSNR merupakan embandingan power signal dengan noise [4]. Gambar 6 dan 7 menunjukkan bahwa peningkatan agregasi OLT berbanding lurus dengan meningkatnya nilai OSNR. OSNR yang semakin besar juga berbanding lurus dengan nilai power receiver.

    BER adalah total kegagalan bit yang dikirim pada 1 detik [4]. Gambar 8 dan 9 menunjukkan bahwa agregasi 4 OLT menghasilkan nilai terbaik sisi uplink, sedangkan agregasi 5 OLT mengasilkan nilai terbaik sisi downlink. Keduanya berada diatas standar BER.

    Receiver power adalah tingkat daya yang dapat diterima oleh penerima [4]. Gambar 10 dan 11 menunjukkan bahwa agregasi 4 OLT menghasilkan nilai terbaik sisi uplink, sedangkan agregasi 8 OLT mengasilkan nilai terbaik sisi downlink. Keduanya berada diatas standar receiver power -28dBm.

V. Kesimpulan

    Hasil simulasi OSNR menunjukkan bahwa peningkatan agregasi OLT berbanding lurus dengan meningkatnya nilai OSNR. OSNR yang semakin besar juga berbanding lurus dengan nilai power receiver. Peningkatan power receiver berbanding terbalik dengan nilai agregasi OLT uplink, sebab total transmit (ONU) tetap, sedangkan total receive (OLT) bertambah. Sehingga, daya perlu dibagi sebesar receive. Nilai BER rata-rata sisi downlink relatif bertambah berbanding lurus dengan total agregasi.

VI. References

[1] Prianggono, A., Hambali, A., Pambudi, A, D., “Analisis Performansi Optical Distribution Network (ODN) NG-PON2 Menggunakan Teknologi Time-And-Wavelength Division Multiplexing”. E-Proceeding of Engineering: Vol. 4, No. 3. Telkom University, Bandung, Desember 2017.

[2] Notonegoro, M. P., Hambali A., Pamukti B., “Pengaruh Efek Nonlinear Pada Jaringan NG PON2 Menggunakan Media Transmisi Highly Nonlinear Fiber”. e-Proceeding of Engineering: Vol.6, No.2.  Telkom University, Bandung, 2019.

[3] R. Bonk, H. Schmuck, W. Poehlmann, and T. Pfeiffer.” Beneficial OLT Transmitter and Receiver Concepts for NG-PON2 Using Semiconductor Optical Amplifiers”. VOL. 7, NO. 3/MARCH 2015/J. OPT. COMMUN. NETW. Optical Society of America., 2015.

[4] Putri, A. S., Hambali, A., & Pambudi, A. D. (2017). Simulasi dan Analisis Pengaruh Agregasi OLT pada Performansi Jaringan NG-PON2. Prosiding SENIATI, B11-1.

[5] ITU-T G.989.1, “40-Gigabit-capable passive optical networks 2 (NG PON2): General Requirements,” 2013.

[6] HS, H. I. R. (2018). Perancangan Jaringan Backbone Fiber Optik Menggunakan EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) Di Kabupaten Sleman.

[7] Zhang, J., Wang, T., & Ansari, N. (2011, May). Designing energy-efficient optical line terminal for TDM passive optical networks. In 34th IEEE sarnoff Symposium (pp. 1-5). IEEE.

Disusun Oleh:

1. Akhmad Hambali, School of Electrical Engineering, Telkom University, [email protected]
2. Albert Manuel Simbolon, School of Electrical Engineering, Telkom University, [email protected]
3. Avenuto Detantra, School of Electrical Engineering, Telkom University, [email protected]
4. Joses Steven Tarigan, School of Electrical Engineering, Telkom University, [email protected]
5. Ki Agus Farhan, School of Electrical Engineering, Telkom University, [email protected]
6. Muhammad Rizki Randy Pratama, School of Electrical Engineering, Telkom University, [email protected]

Abstrak – Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) adalah sebuah amplifier optik yang digunakan untuk mengkompensasi hilangnya sinyal dalam komunikasi optik jarak jauh. EDFA dapat memperkuat beberapa sunyal optik secara bersamaan, dan dapat dikombinasikan dengan teknologi WDM. Paper ini membahas tentang pengaruh EDFA pada NG-PON2. NG-PON2 merupakan perkembangan dari PON yang terbaru hingga saat ini. NG-PON2 hadir dengan bandwidth besar, kecepatan yang tinggi dan tingkat keamanan jaringan yang sangat baik untuk mendukung kebutuhan telekomunikasi masa depan. Pengujian berdasarkan studi sebelumnya dengan simulasi menggunakan gainmaster amplifier design software. Hal ini diperlukan untuk mendapatkan hasil gain, dan noise figure yang diinginkan. Hasil tersebut kemudian dianalisis dan kemudian menjadi sebuah kesimpulan.

Kata Kunci – Erbium Doped Fiber Amplifier, NG-PON2, Gain, Noise Figure.

I. Pendahuluan

Peningkatan kebutuhan pelanggan terhadap data saat ini adalah hal penting yang harus dipenuhi oleh sistem komunikasi berbasis optik. Passive Optical Network (PON) merupakan teknologi alternatif pengganti tembaga untuk narrowband dan broadband, namun tetap dapat diintegrasikan dengan tembaga (copper) [1]. Perbedaan yang paling terlihat dari tiap tipe dari generasi PON adalah pada laju bit upstream/downstream-nya yang semakin cepat. NG-PON2 lahir untuk memenuhi kebutuhan data yang memiliki kecepatan upstream 10 Gbps dan downstream hingga 40 Gbps [2]. Selain itu yang membedakan antara NG-PON2 dengan generasi PON sebelumnya adalah pada Optical Line Terminal (OLT) dan Optical Network Unit (ONU) serta menggabungkan OLT menjadi satu kanal [3].

   Dalam implementasinya, diperlukan insfrastruktur yang besar dan membutuhkan biaya tinggi. EDFA hadir dalam Teknologi WDM yang dapat meningkatkan kapasitas jaringan optik tanpa mempengaruhi biaya. EDFA digunakan dalam jaringan optik sebagai penguat, channel, dan power yang memberikan penguatan multi saluran pada cross talk yang tidak signifikan. Dalam EDFA biasa, efisiensi Gain optimal selalu disertai dengan kompromi dalam noise figure dengan nilai jauh di atas batas kuantum [4]. 

II. Dasar Teori

NG-PON2 adalah sistem PON dengan kapasitas downlink 40 Gbps dan uplink 10 Gbps, serta mengimplementasikan rangkaian protokol yang ditentukan dalam seri Rekomendasi ITU-T G.989. Sistem NG-PON2 terdiri dari satu set channel TWDM dan / atau satu set channel WDM PtP. Spesifikasi dapat dilihat pada Tabel 1 [5]. Dibandingkan dengan generasi PON yang lama, perbedaanya terletak di OLT atau ONU yang transmitter dan receivernya dapat di tuning pada 10 Gbps atau 2,5 Gbps [3].

Tabel 1. Spesifikasi NG-PON2 [5]

Item	Specification	Remark
Optical Fiber	Compliant ITU-T G.652	ITU-T G.657
Line Rate	UL 10 Gbps, DL 10 Gbps UL 2.5 Gbps, DL 10 Gbps UL 2.5 Gbps, DL 2.5 Gbps	–
Split Ratio	At least 1:256	UL 10 Gbps, DL 40 Gbps, 20 km, 1:64 UL 10 Gbps, DL 10 Gbps, 40 km, 1:32 UL 2.5 Gbps, DL 2.5 Gbps, 40 km, 1:32
Max physical transmission reach	At least 40 km	At least 60km, with passive outside plant
Max differential transmission reach	At least 40 km	–
Max differential logical reach	At least 20 km	Optionally 40 km

Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) adalah amplifier fiber optik yang paling penting dalam komunikasi jarak jauh. Penggunaan EDFA memungkinkan untuk memperpanjang jarak transmisi dan kapasitas. Hal ini dikarenakan EDFA dapat memberikan efisiensi dalam memperkuat cahaya di daerah panjang gelombang 1,5-m, di mana serat memiliki loss minimum [6]. EDFA bekerja dengan mendoping Erbium ke serat optik untuk memperkuat kemampuan menyerap serat optik, dari 980-1400 nm menjadi 400-1600 nm. Erbium juga merupakan elemen praktis terbaik yang akan diolah menjadi serat optik. Tautan Optik Sinyal RF Sumber Optik Modulator Eksternal Fotodetektor dengan panjang gelombang kerja 1550 nm [7]. Gambar 2 menunjukkan konfigurasi dasar EDFA.

III. Pembahasan

Pada Gambar 2 menunjukkan model simulasi EDFA menggunakan single pumping dengan wavelength 980nm. Model sistem dimulai dari ITU source, isolator bersamaan dengan 980 pump, dilanjutkan probe dan WDM. Probe langsung bertemu ditujuan, sedangkan WDM perlu melalui Erbium Fiber dan filter sebelum menuju titik akhir.

Pada Gambar 3 menunjukkan model simulasi EDFA menggunakan single pumping dengan wavelength 1480nm. Model sistem dimulai dari ITU source, isolator bersamaan dengan 1480 pump, dilanjutkan probe dan WDM. Probe langsung bertemu ditujuan, sedangkan WDM perlu melalui Erbium Fiber dan filter sebelum menuju titik akhir.

IV. Analisis Dan Implementasi

Dalam melakukan penguatan, EDFA dipengaruhi oleh panjang kabel fiber optic yang terkotori atau ter-dopping­­­ oleh atom Erbium dan daya dari pump laser. Diperlukan suatu simulasi agar penguatan EDFA dapat optimal dan noise figure dapat dikendalikan dengan baik yang menghasilkan nilai SNR terbaik. Pada [4] telah dilakukan uji coba dengan menggunakan EDFA sepanjang 10m, 50m, dan 120m dengan pumping pada panjang gelombang 980nm dan 1480nm. Blok diagram yang akan disimulasikan dapat dilihat pada Gambar 1 terdiri dari sumber input, isolator, EDFA, WDM, pumping source dan isolator. Model sistem yang digunakan adalah single pump dengan variasi daya 0,22W; 0,62W; dan 1W.

Tabel 2. Hasil Simulasi EDFA dengan Panjang 10m

Tabel 3. Hasil simulasi EDFA dengan Panjang 50m

Tabel 4. Hasil simulasi EDFA dengan Panjang 120m

V. Kesimpulan

    Hasil yang telah diraih pada simulasi EDFA dengan single pump pada panjang gelombang 980nm dan 1480nm didapatkan nilai gain yang baik dengan noise figure yang dapat diredam. Gain terbesar yang dapat dihasilkan adalah pada konfigurasi EDFA dengan panjang fiber 10m dengan pumping power 1W pada panjang gelombang 980nm.

VI. References

[1] Akhmad Hambali. “Jaringan Akses (GPON dan GEPON)”. Telkom University, Bandung, 2014.

[2] Putra, A, R, O., Hambali, A., Pamukti, B., “Pengujian Dan Simulasi Hybrid Coarse Wavelength Division Multiplexing/Time Division Multiplexing-Passive Optical Network (CWDM/TDM-PON) Pada Next Generation Passive Optical Network Stage-2 (NG-PON2)”. e-Proceeding of Engineering: Vol.4, No.3. Telkom University, Bandung, 2017.

[3] Notonegoro, M. P., Hambali A., Pamukti B., “Pengaruh Efek Nonlinear Pada Jaringan NG PON2 Menggunakan Media Transmisi Highly Nonlinear Fiber”. e-Proceeding of Engineering: Vol.6, No.2.  Telkom University, Bandung, 2019.

[4] S. Semmalar, Poonkuzhali and P. Devi, “Optimized Gain EDFA of different Lengths with an influence of Pump power,” in 2011 International Conference on Electronics, Communication and Computing Technologies, Pauls Nagar, India, 2011.

[5] ITU-T G.989.1, “40-Gigabit-capable passive optical networks 2 (NG PON2): General Requirements,” 2013.

[6] Aldouri, Y, M., Mahdi, M., Saeed, A, M., “EDFA Gain Evaluation in WDM Transmitting System of the Free Space Optics FSO”. American Scientific Research Journal for Engineering, Technology, and Sciences (ASRJETS). Volume 54, No 1, pp 122-130. 2019.

[7] Christine, M., Hambali, A., Sujatmoko, C., “Performance Analysis of Radio Over Fiber Network For Indoor Telecommunication Application”. Telkom University, Bandung., 2020.

[8] “How to Place EDFA For DWDM Distance Extension?” [Online]. Available: medium.com/@ivyhtfuture/how-to-place-edfa-for-dwdm-distance-extension-40d57c5f5df6. [Accessed 16 February 2020].