Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM)

Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) merupakan teknik multiplexing dimana sejumlah sinyal optik dengan panjang gelombang yang berbeda-beda ditransmisikan secara simultan melalui sebuah serat optic tunggal. Tiap panjang gelombang merepresentasikan sebuah kanal informasi.

Konsep Dasar DWDM

Konfigurasi sistem DWDM terdiri dari sekumpulan transmitter sebagai sumber optic yang memancarkan cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda-beda. Sinyal cahaya tersebut kemudian mengalami proses multiplexing, dan ditransmisikan secara simultan melalui medium serat optik yang sama. Di sisi receiver, sinyal tersebut kemudian didemultiplikasi kembali dan dipisahkan berdasarkan panjang gelombangnya masing-masing. Konfigurasi system DWDM secara umum dapat digambarkan sebagai berikut :

Konfigurasi Sistem DWDM

Sistem WDM konvensional bekerja pada dua daerah panjang gelombang yaitu 1310 dan 1550 nm, dan pada perkembangannya WDM hanya menggunakan satu daerah panjang gelombang saja (1550 nm), tetapi dilakukan pembagian dengan lebar spectrum yang sangat kecil sehingga menghasilkan beberapa panjang gelombang. Jadi yang membedakan DWDM dengan pendahulunya adalah channel spacing yang lebih sempit sehingga dapat menampung puluhan panjang gelombang. Channel spacing yang biasa digunakan dalam DWDM adalah 50 GHz (0,4 nm), 100 GHz (0,8 nm) dan 200 GHz (1,6 nm).

Dengan memanfaatkan sistem SDH (Synchoronous Digital Hierarchy) dan memultiplekskan sumber-sumber sinyal yang memiliki kemampuan untuk membawa sejumlah panjang gelombang (4, 8, 16, 32, dan seterusnya) dalam satu fiber tunggal. Artinya, apabila dalam satu fiber itu dipakai empat gelombang, maka kecepatan transmisinya menjadi 4x10 Gbs (kecepatan awal dengan menggunakan teknologi SDH). 

Membawa empat panjang gelombang

Inti keunggulan yang dimiliki oleh teknologi DWDM terletak pada jenis filter, serat optik dan penguat amplifier. Jenis filter yang umum dipergunakan di dalam sistem DWDM ini antara lain Dichroic Interference Filters (DIF), Fiber Bragg Gratings (FBG), Array Waveguide Filters (AWG) and Hybrid Fused Cascaded Fiber (FCF) dengan Mach-Zehnder (M-Z) interferometers. 

Komponen berikutnya adalah serat optik dengan dispersi yang rendah, dimana karakteristik demikian sangat diperlukan mengingat dispersi secara langsung berkaitan dengan kapasitas transmisi suatu sistem. Sementara penguat optik yang banyak dipergunakan untuk aplikasi demikian adalah EDFA dengan karakteristik flat untuk semua panjang-gelombang di dalam spektrum DWDM.  Dengan diimplementasikannya DWDM pada jaringan transport SDH, penambahan perangkat SDH dapat dikurangi, dan efisiensi pemakaian core optik juga dapat ditingkatkan.

Konsep Dasar DWDM

Input sistem DWDM berupa trafik yang memiliki format data dan laju bit yang berbeda dihubungkan dengan laser DWDM. Laser tersebut akan mengubah masing-masing sinyal informasi dan memancarkan dalam panjang gelombang yang berbeda-beda λ 1, λ 2, λ 3,………, λN. Kemudian masing-masing panjang gelombang tersebut dimasukkan kedalam MUX (multiplexer), dan keluaran disuntikkan kedalam sehelai serat optik. Selanjutnya keluaran MUX ini akan ditransmisikan sepanjang jaringan serat.

Untuk mengantisipasi pelemahan sinyal, maka diperlukan penguatan sinyal sepanjang jalur transmisi. Sebelum ditransmisikan sinyal ini diperkuat terlebih dahulu dengan menggunakan penguat akhir (post amplifier) untuk mencapai tingkat daya sinyal yang cukup. ILA (in line amplifier) digunakan untuk menguatkan sinyal sepanjang saluran transmisi. Sedangkan penguat awal (pre-amplifier) digunakan untuk menguatkan sinyal sebelum dideteksi. DEMUX (demultiplexer) digunakan pada ujung penerima untuk memisahkan antar panjang gelombang yang selanjutnya akan dideteksi menggunakan photodetector. Multiplexing serentak kanal masukan dan demultiplexing kanal keluaran dapat dilakukan oleh komponen yang sama, yaitu multiplexer/demultiplexer.

Spasi Kanal (Channel Spacing)

Channel spacing merupakan jarak minimum antar panjang gelombang agar tidak terjadi interferensi. Standarisasi spasi perlu dilakukan agar sistem DWDM dari berbagai vendor yang berbeda dapat saling berkomunikasi. Jika panjang gelombang operasi berbanding terbalik dengan frekuensi, hubungan bedanya dikenal dalam panjang gelombang masing-masing sinyal. Faktor yang mengendalikan besar channel spacing adalah bandwidth pada penguat optik dan kemampuan penerima mengidentifikasi dua set panjang gelombang yang lebih rendah dalam channel spacing. Kedua faktor itulah yang membatasi jumlah panjang gelombang yang melewati penguat. Saat ini terdapat dua pilihan untuk melakukan standarisasi kanal, yaitu menggunakan spasi lamda atau spasi frekuensi.

Hubungan antara spasi lamda dan spasi frekuensi adalah:

                                

Dimana :

Df = spasi frekuensi (GHz)

Dl = spasi lamda (nm)

l = panjang gelombang daerah operasi (nm)

C = 3x10⁸ m/s

Konversi spasi lamda ke spasi frekuensi (dan sebaliknya) akan menghasilkan nilai yang kurang presisi, sehingga sistem DWDM dengan satuan yang berbeda akan mengalami kesulitan dalam berkomunikasi. ITU-T kemudian menggunakan spasi frekuensi sebagai standar penentuan channel spacing.

Channel spacing menentukan system performansi dari DWDM. Standar channel spacing dari ITU adalah 50 GHz sampai 100 GHz (100 GHz akhir-akhir ini sering digunakan). Spacing (sekat) ini membuat channel dapat dipakai dengan memperhatikan batasan-batasan fiber amplifier. Channel spacing bergantung pada system komponen yang dipakai dengan memisahkan 2 sinyal yang dimultipleksikan atau biasa disebut sebagai perbedaan panjang gelombang diantara 2 sinyal yang ditransmisikan. Amplifier optic dan kemampuan receiver untuk membedakan sinyal menjadi penentu dari spacing pada 2 gelombang yang berdekatan.

Karakteristik Optik DWDM Channel

Sistem DWDM berusaha untuk menambah channel yang sebanyak-banyaknya untuk memenuhi kebutuhan lalu lintas data informasi. Salah satunya adalah dengan memperkecil channel spacing tanpa adanya suatu interferensi dari pada sinyal pada satu fiber optic tersebut. Sistem yang sebelumnya sudah dijelaskan yaitu FBG (Fiber Bragg Grating) mampu memberikan spacing channel tertentu seperti pada gambar berikut:

  0.4nm Channel Spacing DWDM Fiber Bragg Grating

Panjang Gelombang Operasi Sistem DWDM

Sinyal output hasil multiplexing pada system DWDM merupakan representasi dari sejumlah sinyal informasi dengan panjang gelombang yang berbeda-beda. Seluruh panjang gelombang tersebut beroperasi pada jendela transmisi ketiga (third transmission windows) optik, yaitu pada daerah panjang gelombang 1550 nm. Range operasi sistem DWDM pada jendela 150 nm ini yaitu antara 1528,77 nm – 1560,61 nm seperti diperlihatkan pada gambar berikut ini.

  Panjang Gelombang Operasi Sistem DWDM

Kelebihan Teknologi DWDM

Kelebihan teknologi DWDM adalah transparan terhadap berbagai trafik. Kanal informasi masing-masing panjang gelombang dapat digunakan untuk melewatkan trafik dengan format data dan laju bit yang berbeda. Ketransparanan sistem DWDM dan kemampuan add/drop akan memudahkan penyedia layanan untuk melakukan penambahan dan atau pemisahan trafik. Berkaitan dengan ketransparanan sistem DWDM dikenal ada dua sistem antarmuka, yaitu system terbuka dan sistem tertutup, ditunjukkan oleh gambar:

Sistem Antarmuka DWDM

Elemen jaringan DWDM sistem terbuka memungkinkan SONET/SDH, switch IP dan ATM disambungkan secara langsung pada jaringan DWDM. Sedangkan pada sistem tertutup, switch IP dan atau ATM tidak dapat secara langsung dihubungkan ke jaringan DWDM, namun memerlukan perantara SONET/SDH yang berasal dari vendor perangkat DWDM yang digunakan.

Perbandingan teknologi serat optik konvensional dan teknologi DWDM adalah sebagai berikut.

1.      Kapasitas serat optik yang dipakai lebih optimal.

1.      Kapasitas serat optik yang dipakai lebih optimal.

DWDM dapat mengakomodir banyak cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda dalam sehelai serat optik, sedangkan teknologi serat optik konvensional hanya dapat mentransmisikan satu panjang gelombang dalam sehelai serat optik.

Kapasitas Serat Optik 

Perbanding Transmisi konvensional dan DWDM

2.      Instalasi jaringan lebih sederhana.

Penambahan kapasitas jaringan pada teknologi serat optik konvensional dilakukan dengan memasang kabel serat optik baru, sedangkan pada DWDM cukup dilakukan dengan penambahan beberapa panjang gelombang baru tanpa harus melakukan perubahan fisik jaringan.

3.      Penggunaan penguat lebih efisien.

DWDM menggunakan penguat optic yang dapat menguatkan beberapa panjang gelombang sekaligus dengan interval penguatan yang lebih jauh, sehingga penguat optik yang digunakan lebih sedikit dibandingkan dengan teknologi serat optik konvensional. Penguat optik yang digunakan dalam teknologi DWDM adalah EDFA. EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) merupakan serat optik dari bahan silica (SiO2) dengan intinya (core) telah dikotori dengan bahan Erbium (Er3+), termasuk ke dalam golongan Rare-Earth Doped Fiber Amplifier. Berikut ini beberapa keunggulan yang dimiliki oleh EDFA, sehingga dapat mendukung teknologi DWDM:

a.      Faktor peroleh EDFA sangat tinggi

b.      Bandwidth lebar

c.       Noise Figure EDFA sangat kecil

d.      Daya output yang besar pada EDFA

e.      Kemudahan instalasi

4.    Biaya pemasangan, pemeliharaan dan pengembangan lebih efisien. Hal ini akibat arsitektur jaringan DWDM lebih sederhana dibandingkan arsitektur jaringan serat optik konvensional.

Elemem Jaringan DWDM

Dalam aplikasi DWDM terdapat beberapa elemen yang memiliki spesifikasi khusus disesuaikan dengan kebutuhan sistem. Elemen tersebut adalah:

1.    

Wavelength Multiplexer/Demultiplexer

Multiplexer dan Demultiplexer

Wavelength Multiplexer berfungsi untuk memultiplikasi kanal-kanal panjang gelombang optik yang akan ditransmisikan dalam serat optik. Sedangkan wavelength demultiplexer berfungsi untuk mendemultiplikasi kembali kanal panjang gelombang yang ditransmisikan menjadi kanalkanal panjang gelombang menjadi seperti semula.

2.   

OADM (Optical Add/Drop Multiplexer)

Optical Add/Drop Multiplexer

Diantara titik multiplexing dan demultiplexing dalam sistem DWDM merupakan daerah dimana berbagai macam panjang gelombang berada, pada beberapa titik sepanjang span ini sering diinginkan untuk dihilangkan atau ditambah dengan satu atau lebih panjang gelombang. OADM (Optical Add/Drop Multiplexer) inilah yang digunakan untuk melewatkan sinyal dan melakukan fungsi add and drop yang bekerja pada level optik. OADM digunakan untuk melewatkan sinyal dan melakukan fungsi drop and insert panjang gelombang ke atau dari serat optik tanpa memerlukan terminal SDH lagi, dan proses tersebut terjadi di level optik. OADM diaplikasikan pada sistem yang long haul atau pada jaringan topologi ring.

OXC (Optical Cross Connect)

Optical Cross Connect

Perangkan OXC (Optical Cross Connect) ini melakukan proses switching tanpa terlebih dahulu melakukan proses konversi OEO (Optik-elektrooptik) dan berfungsi untuk merutekan kanal panjang gelombang. OXC ini berukuran NxN dan biasa digunakan dalam konfigurasi jaringan ring yang memiliki banyak node terminal.

OA (Optical Amplifier)

4.      

Optical Amplifier

OA merupakan penguat optik yang berfungsi untuk memperbesar kemampuan jarak tempuh sinyal dan mempertahankan kualitasnya dengan melakukan proses penguatan sinyal optik tanpa proses konversi ke bentuk elektrik terlebih dahulu. Banyaknya panjang gelombang yang mampu dibawa oleh jaringan optic DWDM, terutama untuk long haul, akan dipengaruhi oleh kemampuan OA dalam melewatkan seluruh panjang gelombang yang melewatinya dan melakukan proses penguatan yang setara untuk seluruh panjang gelombang tersebut. 

Komponen penting pada DWDM 

Pada teknologi DWDM, terdapat beberapa komponen utama yang harus ada untuk mengoperasikan DWDM dan agar sesuai dengan standart channel ITU sehingga teknologi ini dapat diaplikasikan pada beberapa jaringan optic seperti SONET dan yang lainnya. Komponen-komponennya adalah sbb:

1.  Transmitter yaitu komponen yang menjembatani antara sumber sinyal informasi dengan multiplekser pada system DWDM. Sinyal dari transmitter ini akan dimultipleks untuk dapat ditansmisikan.

2. Receiver yaitu komponen yang menerima sinyal informasi dari demultiplekser untuk dapat dipilah berdasarkan macam-macam informasi.

3. DWDM terminal multiplexer. Terminal mux sebenarnya terdiri dari transponder converting wavelength untuk setiap signal panjang gelombang tertentu yang akan dibawa. Transponder converting wavelength menerima sinyal input optic (sebagai contoh dari system SONET atau yang lainnya), mengubah sinyal tersebut menjadi sinyal optic dan mengirimkan kembali sinyal tersebut menggunakan pita laser 1550 nm. Terminal mux juga terdiri dari multiplekser optikal yang mengubah sinyal 550 nm dan menempatkannya pada suatu fiber SMF-28.

4. Intermediate optical terminal (amplifier). Komponen ini merupakan amplifier jarak jauh yang menguatkan sinyal dengan banyak panjang gelombang yang ditransfer sampai sejauh 140 km atau lebih. Diagnostik optikal dan telemetry dimasukkan di sekitar daerah amplifier ini untuk mendeteksi adanya kerusakan dan pelemahan pada fiber. Pada proses pengiriman sinyal informasi pasti terdapat atenuasi dan dispersi pada sinyal informasi yang dapat melemahkan sinyal. Oleh karena itu harus dikuatkan. 

5.  DWDM terminal demux. Terminal ini mengubah sinyal dengan banyak panjang gelombang menjadi sinyal dengan hanya 1 panjang gelombang dan mengeluarkannya ke dalam beberapa fiber yang berbeda untuk masing-masing client untuk dideteksi. Sebenarnya demultiplexing ini beritndak pasif, kecuali untuk beberapa telemetry seperti system yang dapat menerima sinyal 1550 nm. Pada transmisi jarak jauh dengan system client-layer seperti demultiplexi sinyal yan selalu dikirim ke 0/E/0. Teknologi terkini dari demultiplekser ini yaitu terdapat couplers (penggabung dan pemisah power wavelength) berupa FIBER BRAGG GRATING dan dichroic filter untuk menghilangkan noise dan crosstalk.

Erbium-doped Optical Fiber

6.    Optikal supervisory channel. Ini merupakan tambahan panjang gelombang yang selalu ada di antara 1510 nm-1310 nm. OSC membawa informasi optik multi wavelength sama halnya dengan kondisi jarak jauh pada terminal optic atau daerah EDFA. Jadi OSC selalu ditempatkan pada daerah intermediate amplifier yang menerima informasi sebelum dikirimkan kembali. 

Ilustrasi Tata Letak Komponen pada DWDM

Konfigurasi Sistem DWDM

Menurut konfigurasinya sistem DWDM dibagi menjadi 2 :

1.    Sistem DWDM satu arah (one way transmission), pada sistem ini dalam satu serat dapat terjadi beberapa transmisi dengan arah yang sama secara simultan. Seperti gambar berikut ini :

Sistem DWDM Satu Arah

2.    Sistem DWDM dua arah (two way transmission), dimana dalam sebuah serat terjadi dua transmisi dengan arah yang berlawanan secara simultan seperti ditunjukkan pada gambar dibawah ini. Dimana pada serat terjadi pengiriman informasi dari DWDM 1 ke DWDM 2 dengan panjang gelombang λ 1 dan pada saat yang bersamaan ditransmisikan informasi dari DWDM2 ke DWDM 1 dengan panjang gelombang λ 2.

Sistem DWDM Dua Arah

Sumber laser DWDM dan detector DWDM

Salah satu contoh sumber laser yang digunakan dalam sistem DWDM adalah Distribution Feedback (DFB) laser. DFB memiliki kelebihan mampu mengakses semua bandwidth optik pada jendela transmisi 1550 nm, yang memiliki daya output sampai 25 mW (tunable) dari 1530-1563 nm. APD (Avanlanche Photo Dioda) adalah salah satu jenis detector yang digunakan dalam DWDM, yang memiliki sensitivitas penerimaan yang besar dan akurat.

Serat Optik Single Mode yang Mendukung DWDM

Untuk mendukung sistem yang mentransmisikan informasi dengan kapasitas tinggi, pemilihan serat optik yang tepat sebagai media trans isi juga perlu diperhatikan. Ada dua tipe serat optik yang umum digunakan pada sistem DWDM, yaitu :

1.                                               1.      Non Dispersion Shifted Fiber (NDSF)

Serat optik NDSF juga dikenal sebagai Standard Single Mode Fiber (SSMF) dan dibuat berdasarkan rekomendasi ITU-T G.652. NDSF memiliki nilai koefisien dispersi kromatik (D) mendekati nol di daerah panjang gelombang 1310 nm. Sedangkan pada daerah 1550 nm, koefisien dispersi maksimumnya adalah 18 ps/nm.km.

           2.      Non Zero Dispersion Shifted Fiber (NZDSF)

Dibandingkan NDSF/SSMF, serat optik NZDSF (G.655) memiliki koefisien dispersi kromatik yang lebih rendah pada daerah panjang gelombang 1550 nm, yaitu maksimum 6 ps/nm.km.

Karakteristik yang membedakan keduanya adalah nilai koefisien dispersi kromatik dan              redaman serat, dimana pada daerah kerja DWDM, serat optik NZDSF memiliki koefisien dispersi dan redaman yang lebih rendah, seperti diperlihatkan pada gambar dibawah ini.

Koefisien Dispersi dan Redaman Sserat Optik NZDSF