Sistem Transmisi Kecepatan Tinggi

Tutun Juhana

KK Teknik Telekomunikasi

Sekolah Teknik Elektro dan Informatika

Institut Teknologi Bandung

2

Agenda

• The basics

• SDH/SONET

• Macam-macam perangkat transmisi

The Basics

4

• Transmisi adalah proses pengangkutan informasi dari satu titik ke titik lain di dalam suatu jaringan

• Jarak antar titik bisa sangat jauh

• Bisa ada banyak elemen jaringan yang terhubung

• Elemen-elemen tersebut dihubungkan oleh koneksi yang disediakan oleh sistem transmisi

5

Elemen Sistem Transmisi

• Untuk sistem komunikasi dua arah, maka pada

arah transmisi yang berlawanan juga diperlukan

elemen yang sama

6

Elemen Sistem Transmisi (2)

• Transmitter – Transmitter mengolah sinyal masukan menjadi sinyal yang sesuai dengan

karakteristik kanal transmisi

– Pengolhan sinyal meliputi encoding dan modulasi

• Transmission Channel – Kanal transmisi adalah suatu media elektral yang menjembatani sumber dan

tujuan

– Bisa berupa pasangan kabel, coaxial, radio atau serat optik

– Setiap kanal transmisi menyumbangkan sejumlah loss transmisi atau redaman sehingga daya sinyal akan berkurang seiring bertambahnya jarak

– Sinyal juga akan terdistorsi akibat perbedaan redaman yang dialami oleh komponen-komponen frekuensi sinyal yang berbeda

• Sinyal biasanya terdiri dari banyak komponen frekuensi yang mana beberapa diantaranya teredam ada juga yang tidak teredam. Kondisi ini akan menyebabkan perubahan bentuk sinyal (distorsi)

• Receiver – Penerima mengolah sinyal yang masuk dari kanal transmisi

– Proses pada penerima meliputi penapisan (filtering) untuk menghilangkan out-of-band noise, penguatan (amplification) untuk mengkompensasi loss transmisi, ekualisasi (equalizing) untuk mengkompensasi distorsi), serta demodulasi dan decoding untuk membalikkan proses yang terjadi di transmiter

• Noise, Distortion, and Interference – Merupakan faktor-faktor yang mempengaruhi sinyal yang ditransmisikan

7

Sinyal dan Spektrum

• Sinyal komunikasi merupakan besaran yang selalu berubah terhadap waktu

• Setiap sinyal dapat dinyatakan di dalam domain waktu (time domain) maupun didalam domain frekuensi (frequency domain) – Ekspresi sinyal di dalam domain frekuensi disebut

spektrum

– Sinyal di dalam domain waktu merupakan penjumlahan dari komponen-komponen spektrum sinusoidal

– Analisa Fourier digunakan untuk menghubungkan sinyal dalam domain waktu dengan sinyal di dalam domain frekuensi

8

• Jika misalnya durasi pulsa adalah T = 1 ms, maka komponen spektrum yang paling kuat berada di bawah 1 kHz (1/T = 1/1 ms = 1,000 1/s = 1 kHz)

• Dari hasil di atas kita punya rule of thumb bahwa kita dapat mengirimkan 1.000 pulsa seperti di atas di dalam satu detik melalui kanal yang bandwidthnya 1 kHz (sama dengan sinyal biner berkecepatan 1-Kbps).

• Untuk menaikkan kecepatan data (data rate), kita harus menurunkan durasi pulsa tetapi konsekuensinya lebar spektrum akan naik sehingga membutuhkan bandwidth yang lebih lebar

– Misalnya bila ingin menaikkan data rate menjadi 10 kali lebih tinggi, maka kita harus menggunakan pulsa yang 10 kali lebih singkat dan membutuhkan bandwidth yang 10 kali lebih leba

time domain of a pulse frequency domain of a pulse

Contoh #1

This is baseband transmission

(no modulation involved)

9

• Contoh di atas menunjukkan sebuah pulsa yang dikirimkan sebagai frekuensi radio (menggunakan modulasi amplitude shift keying (ASK))

• Terlihat bahwa spektrum terkonsentrasi pada frekuensi pembawa fc (bukan pada frekuensi 0 seperti pada contoh sebelumnya)

• Perhatikan bahwa lebar spektrum di sekitar frekuensi pembawa hanya tergantung pada durasi pulsa T seperti pada contoh sebelumnya

• Jika data rate kita naikkan (dengan mempersingkat durasi pulsa), maka spektrum akan melebar sehingga dibutuhkan bandwidth frekuensi radio yang lebih lebar

Contoh #2

10

Esensi dari dua contoh tadi...

• Bandwidth merupakan faktor pembatas utama untuk transmisi

• Dari dua contoh sebelumnya kita bisa menyimpulkan adanya hubungan antara data rate dengan bandwidth yang diperlukan

• Dengan menurunkan data rate kita bisa menaikkan kapasitas jaringan – Ingat pada waktu kita membahas speech coding: “riset di dalam

speech coding selalu mencari teknik coding yang mampu memberikan data rate yang sekecil mungkin dengan kualitas yang masih dapat diterima”

• Tujuannya agar jumlah pembicaraan di dalam jaringan meningkat walaupun kapasitas jaringan tetap

Data Rate Maksimum dari

Sebuah Kanal Transmisi

12

Symbol Rate (Baud Rate) dan

Bandwidth

• Komunikasi membutuhkan bandwidth

transmisi yang memadai untuk

mengakomodasi adanya spektrum sinyal;

kalau tidak, akan terjadi distorsi

13

• Kenyataan:

– Setiap kanal komunikasi memiliki bandwidth yang terbatas

– Semakin tinggi data rate, durasi pulsa digital yang digunakan akan semakin pendek

– Semakin pendek durasi pulsa, semakin lebar bandwidth yang digunakan

• Ketika sebuah sinyal berubah-rubah dengan cepat (dari sisi waktu), spektrumnya akan melebar sehingga kita katakan bahwa sinyal itu memiliki bandwidth yang lebar

14

• Misalnya kita masukan sebuah pulsa digital berdurasi T (T = 1ms) ke dalam suatu kanal yang memiliki sifat seperti lowpass filter ideal dengan bandwidth B

Ilustrasi

Kanal Transmisi

dengan Bandwidth B

Pulsa keluaran yang diharapkan

Pulsa keluaran Jika B=2*1/T

Pulsa keluaran Jika B=1*1/T

Pulsa keluaran Jika B=(1/2)*1/T

Pulsa keluaran Jika B=(1/4)*1/T

15

Esensi dari ilustrasi

• Pulsa keluaran akan semakin terdistorsi

bila bandwidth kanal transmisi semakin

kecil

16

Ilustrasi lain • Andaikan kita kirim beberapa pulsa digital untuk kasus yang paling

buruk (bandwidth terkecil) dari yang sudah ditunjukkan pada ilustrasi sebelumnya

• ISI akan menyebabkan kesalahan pendeteksian sinyal di penerima

– Bit ‘0’ bisa disangka bit ‘1’ dan sebaliknya

intersymbol interference (ISI)

Kanal Transmisi

dengan Bandwidth

B = (1/4)*1/T

17

Esensi ilustrasi • Pengiriman sinyal dengan data rate tinggi harus

menggunakan kanal transmisi yang bandwidthnya lebar

– Supaya efek ISI tidak terasa

• Bandingkan ilustrasi berikut dengan ilustrasi sebelumnya

Kanal Transmisi

dengan Bandwidth

B = 2*1/T

• ISI yang terjadi tidak akan menyebabkan kesalahan deteksi

18

• Pada transmisi baseband, suatu sinyal digital yang terdiri dari r symbols per detik memerlukan bandwidth transmisi, B (dalam satuan Hertz), sebesar :

B r/2 – Istilah symbol mengacu pada satu sinyal pulsa yang digunakan

untuk mentransmisikan data digital

– Satu symbol belum tentu merepresentasikan 1 bit data • Contoh: Pada modulasi QPSK, satu symbol merepresentasikan 2

bit data digital

– Oleh karena itu jumlah symbol yang dikirimkan per detik dinyatakan di dalam baud (bukan bit rate)

• Jadi transmisi data dengan kecepatan 1000 baud (symbol/detik) sama dengan bit rate 2000 bit per detik bila menggunakan modulasi QPSK

• Dengan demikian, bandwidth yang tersedia (dalam satuan hertz) menentukan maximum symbol rate dalam satuan bauds

• Catatan: B merupakan bandwidth teoritis

19

• Hubungan antara bandwidth dengan baud rate (yang sudah kita lihat sebelumnya) diturunkan menggunakan sifat-sifat pulsa sinc

• Pulsa sinc memiliki zero crossing pada interval 1/(2W)

• Dengan analisa Fourier kita dapat menunjukkan bahwa pulsa sinc tidak memiliki komponen frekuensi yang lebih tinggi daripada W

• Jika kanal transmisi merupakan lowpass filter ideal

dengan bandwidth lebih tinggi dari W, maka kanal

tersebut akan cocok digunakan bagi pengiriman pulsa

sinc yang memiliki zero crossing pertama pada t =

1/2W tanpa mengalami distorsi

– Bentuk pulsa di keluaran akan tetap karena seluruh

komponen frekuensi di keluaran akan tetap sama seperti

di masukan

Zero crossings

20

• Sifat pulsa sinc yang memiliki zero crossing secara periodik setiap 1/2W (untuk pulsa sinc dengan komponen frekuensi maksimum W) dapat dimanfaatkan untuk mengirimkan pulsa berikutnya tepat pada t = 1/2W

• Pulsa sebelumnya (previous pulse) tidak akan berpengaruh kepada pulsa berikutnya (next pulse) karena nilai previous pulse tepat sedang nol pada saat t = 1/2W

• Di penerima, penentuan nilai pulsa dilakukan setiap n.1/(2W), dimana n = 1, 2, 3, ...

21

• Dengan skema pengiriman pulsa sinc seperti yang sudah disampaikan sebelumnya, selang waktu antar pulsa adalah T = 1/2W, dengan demikian data rate r = 1/T = 2W

• Bila data rate kita naikkan sedemikian hingga W B, maka selang waktu antar pulsa T 1/2B, sehingga r 1/T = 2B – Nilai ini memberikan rate maximum teoritis untuk transmisi

symbol sehingga kita dapat katakan bahwa symbol rate dan bandwidth memiliki hubungan r ≤ 2B atau B ≥ r/2

22

• Dalam kenyataan, tidak ada yang

namanya pulsa sinc itu, sehingga analisa

kita menghasilkan symbol rate maksimum

pada suatu kanal lowpass

• Di dalam kenyataan digunakan pulsa yang

mirip dengan pulsa sinc

– bandwidthnya biasanya 1,5 sampai 2 kali

lebih lebar daripada pulsa sinc

23

Symbol Rate dan Bit Rate

• Dalam komunikasi digital, digunakan symbol-symbol (berbentuk pulsa) sebagai representasi informasi

• Bila kita dapat membuat beberapa symbol dengan amplituda yang berbeda (masing-masing merepresentasikan bit-bit yang dibawanya), maka kita dapat menaikkan data rate dengan tetap mempertahankan symbol rate

24

• Gambar (a) di atas memperlihatkan empat

buah simbol yang masing-masing

digunakan untuk merepresentasikan 2 bit

informasi

• Gambar (b) memperlihatkan penggunaan

symbol di dalam mengirimkan deretan bit

011011000110

(a) (b)

25

• Secara umum, jumlah simbol (M) ditentukan oleh jumlah bit informasi (k) yang diwakilinya, yaitu:

M = 2k

• Hubungan antara bit rate dengan jumlah simbol adalah sbb:

Bit rate = rb = r log2 M [bps]

• Pada contoh sebelumnya jumlah simbol ada sebanyak M = 2k = 22 = 4, maka bit rate = rb = r log2 M = r log2 4 = 2 bps. Maka bila baud rate adalah 1 kbaud, maka bit rate sama dengan 2 kbps. – Ingat log2 2

n = n

– Nilai baud rate bisa lebih kecil daripada bit rate

• Jadi dengan baud rate tertentu kita bisa terus menaikkan bit rate dengan cara menambah jumlah simbol (dengan kata lain: memperbanyak jumlah bit yang dibawa oleh satu simbol)

26

Kalau gitu....

Naikin aja terus jumlah bit per

simbol agar bit rate transmisi

sebesar mungkin....

Kalau hanya bandwidth batasannya memang

demikian...

Tetapi ada faktor pembatas lain yaitu: Noise.......

27

Semakin banyak jumlah simbol, deteksi simbol semakin sulit dilakukan

dan pengaruh noise akan semakin signifikan

(bisa menyebabkan perubahan level simbol)

noise

Empat level simbol Delapan level simbol

Level sinyal maksimum

selalu terbatas

28

• Noise menurunkan kualitas komunikasi analog

dan memunculkan error pada komunikasi digital

• Ukuran noise relatif terhadap sinyal dinyatakan

oleh S/N

• S/N biasanya dinyatakan dalam decibel:

Kapasitas Maksimum Kanal Transmisi

(S/N)dB = 10 log (S/N) [dB]

29

Pada tahun 1948,

Claude Shannon

mempublikasikan suatu

kajian mengenai data

rate maksimum teoritis

pada kanal komunikasi

yang terganggu noise

30

• Dengan mempertimbangkan sekaligus bandwidth dan noise, Shannon menyatakan bahwa error-free bit rate (bit rate yang tidak mengakibatkan error) pada suatu kanal transmisi tidak dapat melebihi kapasitas maksimum C

• Secara matematis, C dinyatakan oleh:

C = B log2(1+S/N) – Dimana:

• C = Data rate informasi maksimum dalam satuan bit per detik

• B = bandwidth dalam satuan Hertz

• S = daya sinyal

• N = daya noise

• S/N = Signal-to-noise ratio, dinyatakan dalam perbandingan daya (bukan dalam dB)

31

• Contoh: – Misalkan suatu kanal transmisi yang bebas noise memiliki

bandwidth 4 kHz. Maka symbol rate maksimum pada kanal tersebut adalah r ≤ 2B = 8 kbauds

• Artinya, kita dapat mengirimkan sampai 8000 sinyal (simbol) per detik

– Bila kanal di atas digunakan pada suatu lingkungan yang mengandung noise dengan S/N sebesar 28 dB (bila dinyatakan dalam bentuk perbandingan S/N = 102,8 ≈ 631

• Maksimum bit rate menurut Shannon = C

– C = B log2(1 + S/N) = 4.000 log2(632) = 37.2 Kbps

• Agar batas kapasitas kanal tidak terlampaui, maka jumlah bit persimbol yang diijinkan untuk ditransmisikan pada kanal di atas adalah 4

– Ingat rumus ini:

Bit rate = r log2 M

– Bila kita masukkan hasil perhitungan di atas:

37,2 kbps = 8 kbauds * log2 2k ; maka jumlah bit maksimum yang

diperbolehkan adalah sebanyak 4 bit per simbol

32

Line Coding • Line coding merupakan metoda untuk merubah simbol dari sumber

ke dalam bentuk lain untuk ditransmisikan

• Line coding merubah pesan-pesan digital ke dalam deretan simbol

baru (ini merupakan proses encoding)

• Decoding bekerja kebalikannya yaitu merubah kembali deretan

yang sudah dikodekan (encoded sequence) menjadi pesan aslinya

• Sistem yang menggunakan line coding tetapi tidak melibatkan

modulasi disebut sistem transmisi baseband

– Spektrum hasil pengkodean tetap berada di dalam rentang frekuensi

pesan asli

33

Tujuan Line Coding

• Merekayasa spektrum sinyal digital agar sesuai dengan medium transmisi yang akan digunakan

• Dapat dimanfaatkan untuk proses sinkronisasi antara pengirim dan penerima (sistem tidak memerlukan jalur terpisah untuk clock)

• Dapat digunakan untuk menghilangkan komponen DC sinyal (sinyal dengan frekuensi 0) – Komponen DC tidak mengandung informasi apapun tetapi

menghamburkan daya pancar

• Line coding dapat digunakan untuk menaikkan data rate

• Beberapa teknik line coding dapat digunakan untuk pendeteksian kesalahan

34

• Pada contoh di atas, setiap 2 bit data dikodekan ke dalam 4 level simbol

• Jadi bit rate akan menjadi dua kali dari bit baud rate

35

• Berdasarkan level sinyal yang digunakan,

line coding dapat dikatagorikan sbb.:

– Unipolar : menggunakan level +v, 0

– Polar (antipodal) : menggunakan level +v, -v

– Bipolar (pseudoternary): menggunakan level

+v, 0, -v

36

Line coding yang akan kita bahas

• NRZ

• RZ

• AMI

• HDB3

• CMI

• Manchester

• Differential Manchester

• B8ZS

• nBmB

37

Non Return to Zero (NRZ)

• Bit “1” dinyatakan oleh “high signal” selama perioda bit

• Bit "0" dinyatakan oleh “low signal” selama perioda bit

• Kelemahan: – Tidak ada informasi timing di dalam bentuk sinyal sehingga sinkronisasi

bisa hilang bila muncul deretan 0 yang panjang

– Spektrum NRZ mengandung komponen DC

• Varian dari NRZ: – NRZ-L (Non-Return-to-Zero-Level) : Level konstan selama perioda bit

– NRZ-I : (Non-Return-to-Zero-Invert on ones): bit “1” dikodekan dalam bentuk transisi sinyal (dari high-ke-low atau low-ke-high), sedangkan “0” dikodekan dengan tidak adanya transisi sinyal

– NRZ-M (Non-Return-to-Zero-Mark): level berubah bila ada bit “1”

– NRZ-S (Non-Return-to-Zero-Space): level berubah bila ada bit “0”

• NRZ bisa unipolar maupun polar

38

Unipolar

NRZ-L

Polar

NRZ-L

Unipolar

NRZ-M

Unipolar

NRZ-S

39

Spektrum NRZ

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

fT

pow

er

density

NRZ

40

Return to Zero (RZ)

• Bit "1" dinyatakan oleh “high signal” selama setengah

perioda bit dan dinyatakan oleh “low signal” pada

seengah perioda bit berikutnya

– Memungkinkan pengambilan informasi clock bila ada deretan 1

yang panjang

• Kelemahan

– Bandwidht yang diperlukan dua kali NRZ

– Sulit mengambil informasi clock bila ada deretan nol yang panjang

– Mengandung komponen DC

41

AMI (Alternate Mark Inversion)

• Pseudoternary code

– Bit "0" dinyatakan sebagai level nol

– Bit "1" dinyatakan oleh level positif dan negatif yang

bergantian

• Karakteristik sinyal hasil pengkodean AMI

– Tidak memiliki komponen DC (kelebihan)

– Tidak memecahkan masalah kehilangan sinkronisasi

bila terdapat deretan nol yang panjang

Polaritas level antara dua buah bit “1” yang berurutan berkebalikan

42

HDB3 • Berbasis kode AMI

• Jumlah nol berurutan yang diperbolehkan maksimum 3

• Ide dasar: mengganti empat nol berurutan menjadi "000V" atau "B00V" – "V" adalah pulsa yang menyalahi aturan AMI mengenai perubahan

polaritas yang berurutan

• Aturan penggunaan "000V" atau "B00V" adalah sbb: – "B00V" digunakan jika sampai pulsa sebelumnya, sinyal mengandung

komponen DC (yaitu jumlah pulsa negatif dan pulsa positif tidak sama)

– "000V" digunakan jika sampai pulsa sebelumnya komponen DC adalah nol (jumlah pulsa negatif sama dengan jumlah pulsa positif

– Polaritas pulsa "B", yang patuh pada aturan AMI, bisa positif atau negatif dengan tujuan menjamin dua pulsa V berlawanan polaritas

43

CMI (Coded Mark Inverted)

• Berbasis AMI

• Digunakan pada transmisis kecepatan tinggi

• Bit “1” dikirimkan sesuai dengan aturan AMI yaitu bila ada dua “1” berurutan maka pulsa yang menyatakan keduanya harus berbeda polaritas

• Bit “0” dinyatakan oleh pulsa dengan setengah perioda pulsa pertama dinyatakan oleh tegangan negatif sedangkan setengah perioda pulsa berikutnya dinyatakan oleh tegangan positif

• Kode CMI memiliki karakteristik berikut: – Menghilangkan spektrum sinyal pada frekuensi yang sangat rendah

– Clock dapat direcovery dengan mudah

– Bandwidth lebih lebar daripada AMI

44

Manchester

• Bit “1” dinyatakan oleh pulsa yang setengah prioda pertamanya memiliki level high dan setengah perioda sisanya memiliki level low

• Bit “0” dinyatakan oleh pulsa yang setengah perioda pertamanya memiliki level low dan setengah perioda sisanya memiliki level high

• Jadi setiap bit dinyatakan oleh pulsa-pulsa yang berganti level pada pertengahan bit

• Karakteristik Manchester coding:

– Timing recovery mudah

– Bandwidth lebar

1 0 1 0 1 1 0 0 1

45

Differential Manchester

• Setiap bit dinyatakan oleh pulsa-pulsa yang

berubah level di pertengahan bit

• Bit “1” dikodekan dengan tidak adanya transisi

level di awal bit

• Bit “0” dikodekan dengan adanya transisi level di

awal perioda bit

46

B8ZS • Berbasis AMI

• Jika ada 8 nol berurutan dan pulsa sebelumnya merupakan pulsa positif maka semua nol itu dikodekan menjadi 000+-0-+

• Jika ada 8 nol berurutan dan pulsa sebelumnya merupakan pulsa negatif maka semua nol itu dikodekan menjadi 000-+0+-

• Ada dua pulsa yang melanggar aturan AMI

Data

47

mBnB

• Memetakan satu blok informasi yang terdiri dari

m bits ke dalam n bits

• n > m ; biasanya n = m+1

• Manchester code dapat dilihat sebagai kode

1B2B

• 4B5B digunakan pada FDDI

• 8B10b digunakan pada Gigabit Ethernet

• 64B66B digunakan pada 10G Ethernet

48

Untuk mengetahui

komponen DC pada sinyal

Regeneration

50

• Pada transmisi jarak jauh, daya sinyal akan teredam sehingga daya yang sampai di penerima bisa jadi sudah sedemikian lemah sehingga tidak dapat dideteksi lagi

• Pada sistem transmisi analog, digunakan amplifier/repeater untuk menguatkan sinyal yang sudah lemah

• Amplifier/repeater selain menguatkan input yang berupa sinyal informasi juga akan menguatkan sinyal noise – Pada penggunaan amplifier/repeater yang

berulangkali, efek noise akan terakumulasikan sehingga perbandingan Sinyal dengan Noise (S/N) akan semakin mengecil

51

• Pada sistem transmisi digital, penguatan sinyal dilakukan menggunakan perangkat yang disebut regenerator (digital amplifier)

• Suatu regenerator terdiri dari equalizing amplifier, yang mengkompensasi distorsi dan menapis (mem-filter) out-of-band noise, serta sebuah komparator – Keluaran komparator akan high jika sinyal input lebih besar

daripada Vref, dan akan low jika sinyal input lebih rendah daripada Vref

• Sebuah regenator juga mengandung rangkaian pewaktu (timing) yang berfungsi untuk membangkitkan sinyal clock berdasarkan sinyal input yang diterima

• D-flip flop digunakan untuk menentukan apakah sinyal keluaran regenerator high (1) atau low (0) pada saat sinyal clock berada pada kondisi sisi naik (rising edge) – Nilai output akan tetap sampai rising edge berikutnya

• Sinyal hasil regenerasi akan bebas dari noise dan siap ditransmisikan lagi

52

53

• Jika noise terlalu besar, input terhadap komparator bisa jadi berada di atas Vref walaupun sebenarnya sinyal nol yang sedang dikirimkan – Akibatnya akan terjadi kesalahan (error) regenerasi

karena yang akan dikeluarkan regenerator adalah sinyal satu padahal seharusnya adalah sinyal nol

• Sebaliknya, jika noise terlalu besar, input terhadap komparator bisa jadi berada di bawah Vref walaupun sebenarnya sinyal satu yang sedang dikirimkan – Akibatnya akan terjadi kesalahan regenerasi karena

yang akan dikeluarkan regenerator adalah sinyal nol padahal seharusnya adalah sinyal satu

54

• Frekuensi error tergantung pada level noise atau d.k.l tergantung S/N

• Jika diasumsikan bahwa noise memiliki distribusi amplituda Gaussian, maka error rate (bit error probability) mengikuti kurva error rate vs S/N seperti yang terlihat pada gambar – Nilai pasti hubungan antara S/N

dengan BER berbeda-beda untuk setiap sistem, tetapi bentuk kurva-nya serupa

• Perhatikan bahwa BER akan turun bila S/N semakin tinggi, sebaliknya BER akan naik bila S/N semakin rendah

• Transmisi voice PCM memerlukan syarat BER maksimum 10-3, sedangkan transmisi data memerlukan persyaratan BER yang lebih ketat (maksimum 10-9)

Pe

Pe = Probability of bit error = bit error rate (BER)

SDH dan SONET

SDH = Synchronous Digital Hierarchy

SONET = Synchronous Optical Network

56

Mari kita lihat kembali PDH

• Perhatikan bahwa kecepatan keluaran setiap multiplexing tingkat tinggi adalah kira-kira lebih dari 4 kali kecepatan sinyal tributary (bukan tepat 4 kali kecepatan sinyal tributary)

– Contoh: Kecepatan E-2 adalah 8,448 Mbps (ini tidak sama dengan 4x2,048 Mbps)

– Pada keluaran masing-masing multiplexer juga ada informasi batas frame

• Keluaran setiap level merupakan susunan bit interleaved dari setiap sinyal tributary – Artinya, keluaran setiap hirarki tersusun dari satu bit yang berasal dari tributary 1, satu bit dari tributary 2, 3 ,

4, lalu dari tributary 1 lagi dst.

• Ingat: pada PDH, kecepatan masing-masing sinyal tributary boleh berbeda sedikit

• Oleh karena itu, sebelum dimultiplex, kecepatan masing-masing sinyal tributary harus disesuaikan agar ketika dimultiplex akan diperoleh kecepatan yang sesuai pada setiap tingkat

– Penyesuaian kecepatan ini disebut justification atau stuffing

• Justification/stuffing dilakukan dengan cara menambahkan sejumlah bit justifikasi kepada setiap tributary

• Pada demultiplexer, bit-bit justifikasi ini dihilangkan sehingga rate tributary asli dapat kembali diperoleh

• Kondisi yang sama terjadi pada PDH versi Amerika Utara

57

Kelemahan PDH

• Penentuan tributary rate pada proses demultiplexing harus dilakukan secara bertahap akibat adanya justification/stuffing

• Akhir tahun 80-an telah banyak terpasang serat optik yang interface optiknya belum distandardkan – Para peneliti menyadari bahwa diperlukan adanya standard baru

yang dapat memenuhi kebutuhan masa depan

• Standard Eropa dan Amerika tidak kompatibel

• Interface tergantung pada vendor

• Data rate yang lebih tinggi (di atas 140 Mbps atau 274 Mbps) belum distandardkan

• Untuk memperoleh multiplex orde tinggi diperlukan banyak perangkat multiplexer

58

• Pada pertengahan tahun 70-an, ANSI mengawali study mengenai metoda transmisi baru agar penggunaan jaringan optik dan teknologi digital modern lebih efisien – Sistem ini disebut Synchronous Optical NETwork (SONET) dan untuk

digunakan di negara Amerika Serikat

• Pada akhir tahun 80-1n, ITU-T membuat standard sendiri yang berlaku di seluruh dunia yang disebut Synchronous Digital Hierarchy (SDH)

• SDH dikembangkan dengan cara mengadopsi SONET lalu disesuaikan dengan jaringan Eropa

• Beberapa subset dari rekomendasi SDH yang berasal dari ITU-T dipilih oleh ETSI sebagai standard untuk Eropa

• Dengan demikian dapat dikatakan bahwa ada dua sistem synchronous optical yang berlaku yaitu SONET di Amerika Serikat dan SDH di Eropa

• Prinsip kerja SONET dan SDH hampir serupa serta menggunakan data rate yang sama

• SDH dapat me-multiplex tributary PDH maupun tributary yang synchronous

59

Synchronous tributaries

Plesiochronous tributaries

60

Skema multiplexing pada SDH

• Aliran data (transmission data streams) pada SDH disebut synchronous transport modules (STMs)

• Data rate STM merupakan hasil perkalian dari data rate STM-1 (155.52-Mbps)

• Aliran data dari STM-1 di-byte interleaved dengan aliran data dari STM-1 yang lain sehingga terbentuk aliran data yang memiliki data rate lebih tinggi – Tidak ada penambahan informasi framing

• Byte interleaving artinya, misalnya, sebuah sinyal STM-4 mengandung satu byte (8 bits) yang berasal dari tributary STM-1 yang pertama, kemudian dari yang kedua, ketiga, dan keempat lalu balik lagi dari yang pertama dst.

• Demultiplexer menerima seluruh frame STM-1 secara independent

61

• Frame STM-1 diulangi 8000 kali per detik, suatu rate yang sama dengan rate pencuplikan pada PCM – Hali ini membuat sampel 8-bit speech dapat disimpan di dalam

aliran data 155.52-Mbps

– Bila PCM coding disinkronkan sebagai sumber untuk sistem SDH, maka proses demultiplex satu kanal speech dilakukan dengan hanya mengambil 1 byte dari setiap frame STM-1

• Frame STM-1 mengandung informasi batas frame dan informasi lainnya serta suatu pointer yang memberitahu lokasi tributary di dalam frame

• Jika tributary tidak disinkronkan terhadap frame STM-1, sebuah pointer (berbentuk binary number) yang diletakkan pada lokasi tertentu di dalam frame STM-1 akan menunjukkan lokasi dari setiap tributary – Dengan melihat nilai pointer ini maka kita dapat menemukan

dengan mudah lokasi sinyal tributary yang diinginkan • Ini merupakan keunggulan utama SDH dari PDH yang memerlukan

step-by-step demultiplexing untuk memisahkan bit-bit informasi dan stuffing di dalam rangka mendapatkan tributary

62

Data Rate SONET

• Modul dasar SONET disebut synchronous transport signal level 1 (STS-1)

• STS-1 memiliki kecepatan 51,840 Mbps

• STS-1 dimultiplex secara sinkron dengan STS-1 yang lain untuk memperoleh sinyal dengan orde lebih tinggi (STS-N)

• Setiap sinyal STS-N memiliki hubungan dengan sinyal optik yang disebut optical carrier (OC-N) untuk keperluan transmisi optik

• Sinyal STS-1 terdiri dari beberapa frame – Durasi frame adalah 125 μs (muncul sebanyak 8000 kali per

detik yang juga sama dengan rate pencuplikan pada PCM)

63

Macam-macam perangkat transmisi

65

The Transmission Equipments

• Modems

• Terminal Multiplexers

• Add/drop multiplexers

• Digital cross-connect systems

• Regenerators atau intermediate repeaters

• Optical line system

• WDM

• Optical amplifiers

• Microwave Relay System

66

Modems

• Merubah sinyal digital menjadi analog dan

sebaliknya

67

Terminal multiplexers

• Terminal multiplexer (TM) atau multiplexer

(saja) berfungsi untuk menggabungkan

sinyal digital dengan tujuan memperoleh

bit rate yang lebih tinggi untuk transmisi

berkapasitas tinggi

68

Add/drop multiplexers

• Add/drop multiplexers digunakan untuk

mengambil (drop) beberapa kanal dari

aliran data kecepatan tinggi atau untuk

menyisipkan (add) beberapa kanal ke

dalam aliran data berkecepatan tinggi

69

70

Digital cross-connect systems • Digital cross-connect (DXC) merupakan

node jaringan yang mampu menyusun ulang kanal-kanal yang ada di dalam suatu aliran

• DXC memungkinkan konfigurasi terhadap jaringan dilakukan secara flexible

• Fungsi dasar DXC adalah sama dengan sentral

• DXC mampu men-switch pada orde tinggi (tidak hanya orde 64 Kbps seperti pada sentral biasa)

• DXC bisa jadi mengandung fungsi redundancy yang dapat secara otomatis mem-bypass bagian link transmisi yang rusak – SDH dan SONET sering menggunakan

topologi ring untuk mendapatkan keandalan (reliability) yang lebih tinggi

71

Optical Line Systems

• Optical line systems terdiri dari dua terminal

repeaters pada ujung-ujung serat optik

– Fungsinya untuk merubah sinyal elektrik digital

menjadi sinyal optik dan sebaliknya

– Terminal ini disebut OLT (Optical Line Terminal)

• Sistem ini terintegrasi ke dalam sistem SONET

dan SDH

– Pada PDH, optical line systems merupakan

perangkat yang terpisah dan harus dihubungkan

dengan interface yang sudah distandardkan

72

• Sistem transmisi optik memancarkan pulsa-pulsa cahaya ke dalam

serat optik

• Pada sistem komunikasi optik dua arah diperlukan dua buah serat

optik (masing-masing satu serat untuk setiap arah)

• Gambar berikut memperlihatkan posisi OLT pada sistem komunikasi

optik dua arah

73

WDM

• Perkembangan teknologi laser semikonduktor telah dapat menghasilkan laser dengan bandwidth yang sempit sehingga beberapa sinyal optik dengan panjang gelombang yang berbeda dapat digabungkan ke dalam satu serat optik yang sama

• Proses multiplexing ini disebut wavelength-division multiplexing (WDM)

• WDM menggunakan optical coupler untuk menggabungkan sinyal-sinyal optik (WDM multiplexer)

• Sedangkan pada WDM demultiplexer digunakan filter optik untuk memisahkan sinyal-sinyal optik di penerima

• WDM dapat meningkatkan kapasitas serat mulai dari 10 sampai 100 kali lipat

74

75

• Teknologi WDM yang mampu menggabungkan

lebih dari 16 panjang gelombang di dalam satu

serat disebut Dense WDM (DWDM)

76

Optical Amplifiers

• Penguat sinyal optik

– Penguatan di lakukan di dalam domain optik

(tidak ada konversi ke eletrik dulu)

Cahaya yang dipompakan ini mendorong

atom erbium untuk melepaskan energinya

77

Microwave Relay System

• Berfungsi untuk merubah sinyal digital menjadi

gelombang radio dan sebaliknya

• Biasanya bekerja pada rentang frekuensi 1

sampai 40 GHz

• Memerlukan transmisi yang line-of-sight

• Pada frekuensi tinggi, kondisi cuaca

mempengaruhi redaman dan kualitas transmisi

– Mengakibatkan terbatasnya frekuensi yang dapat

digunakan serta membatasi jarak transmisi

78