Dasar Komunikasi Fiber Optik dan FTTH (Fiber To The Home)

Pernah mendengar FTTH? Jika belum, maka artikel ini akan menjelaskannya. Perkembangan zaman menuntut keterbukaan informasi dan tentunya komunikasi menjadi salah satu aspek penting yang menandai majunya suatu peradaban. Dewasa ini, masyarakat dimudahkan untuk berkomunikasi, bahkan dengan orang di belahan bumi yang lain. Sejak ditemukan telegram, radio, dan jaringan seluler, komunikasi semakin mudah dan cepat. Bahkan berbagai pilar pada Revolusi Industri 4.0 disokong oleh sistem komunikasi berbasis internet, seperti Cloud Computing, Big Data, Internet of Thing, dan Cyber Security.

1. Mengapa Menggunakan Fiber Optik

Salah satu teknologi yang telah dan terus dikembangkan sebagai media komunikasi berbasis internet adalah teknologi fiber optik. Fiber optik populer untuk  sektor pengguna tetap seperti perkantoran, bangunan tinggi, sekolah, atau rumah seperti produk Telkom Indonesia yaitu IndiHome, First Media, MyRepublic, Biznet. dan CBN. Di masa pandemi COVID-19 dimana banyak orang melakukan Work from Home (WfH), jaringan internet yang handal berbasis fiber optik menjadi suatu kewajiban.

Fiber optik sendiri merupakan kabel dari material silika (kaca) yang mampu menyalurkan cahaya. Jadi, alih-alih dikirimkan melalui arus listrik di kawat tembaga seperti pada jaringan telepon, data dikirimkan dalam bentuk cahaya yang merambat melalui kaca fiber optik. Bahkan selain sebagai media menyalurkan informasi, fiber optik juga dapat digunakan sebagai sensor dengan berbagai aplikasi. Salah satunya adalah fiber optik sebagai sensor pernapasan.

Keuntungan memilih teknologi fiber optik ini diantaranya adalah kecepatan yang tinggi dan kapasitas lebih besar. Bayangkan, data dikirimkan dengan kecepatan cahaya. Tidak ada di alam semesta ini yang melebihi kecepatan cahaya. Tentunya informasi dapat mencapai tujuan lebih dulu jika dibandingkan dengan kecepatan rambat arus listrik di kabel tembaga, bahkan hasil penelitian menunjukkan bahwa kecepatan transmisi data pada fiber optik telah melebihi 100 Gb/s! [7]. Artinya film Bluray 1080p yang memiliki ukuran file sekitar 7 GB dapat dikirim dalam waktu 7 detik saja.

Kapasitas atau bandwidth dari jaringan ini juga besar karena dalam satu kabel, beberapa rangkaian data dapat dikirim dalam waktu yang bersamaan, menggunakan teknik WDM (Wavelength Division Multiplexing). Dengan berbagai penelitian yang dilakukan saat ini, tidak menutup kemungkinan kecepatan komunikasi dengan fiber optik akan terus meningkat, apalagi adanya teknik DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) [5].

2. Komponen Komunikasi Fiber Optik

Seperti halnya segala bentuk komunikasi, diperlukan komponen pengirim (transmitter), jalur komunikasi, dan penerima (receiver) dalam membentuk suatu sistem komunikasi fiber optik. Selain itu, diperlukan beberapa peralatan yang dapat dikategorikan dalam komponen aktif dan pasif [1]. Komponen aktif adalah alat yang membutuhkan sumber listrik untuk beroperasi. Contohnya adalah laser, amplifier, modulator, attenuator, dan switch. Sedangkan komponen pasif adalah alat yang tidak membutuhkan sumber energi lain dan hanya bekerja menyalurkan sinyal cahaya. Contohnya adalah fiber optik, konektor, splices, filter optik, dan coupler.

Struktur dasar sistem komunikasi fiber optik ditunjukkan pada gambar 1. Terdapat tiga aspek penting yaitu transmitter, jalur komunikasi, dan receiver.  Masing-masing akan dijelaskan dalam uraian berikut :

Transmitter

Transmitter terdiri atas beberapa bagian. Bagian utamanya adalah sumber cahaya yang dibantu oleh komponen multiplexer, modulator, coupler, dll. Sumber cahaya yang digunakan dalam bidang komunikasi adalah laser dioda atau LED. Keduanya dibedakan berdasarkan mekanisme pembangkitan cahaya yang terjadi.

Multiplexer adalah suatu komponen yang memungkinkan peningkatan kapasitas fiber optik melalui sistem TDM (Time Division Multiplexing) dan WDM (Wavelength Division Multiplexing). Pada TDM, informasi dari banyak sumber dikirimkan berurutan ke satu tujuan, sedangkan pada WDM, sinyal tidak dikirimkan satu persatu melainkan tiap sumber memiliki panjang gelombang yang berbeda, sehingga dapat dikirimkan bersamaan dalam satu fiber. Hal ini menyebabkan kapasitas pada jaringan fiber optik WDM jauh lebih besar. [1]

Komponen transmitter berikutnya adalah modulator [1]. Sinyal elektrik diubah kedalam sinyal optik melalui proses modulasi. Modulasi adalah bagaimana sebuah sinyal informasi diterjemahkan ke sinyal lain yang bekerja sebagai pembawa (carrier).

Jalur Komunikasi

Sebuah jaringan tidak mungkin hanya terdiri dari sebuah kabel lurus melainkan terdapat sambungan ataupun percabangan dari fiber optik. Beberapa jenis sambungan pada fiber optik adalah coupler, konektor, dan splice. Coupler adalah lensa mikro pada ujung fiber optik yang berfungsi memfokuskan cahaya dari transmitter agar terpandu dalam fiber secara maksimal. Konektor adalah sambungan antara ujung fiber optik dengan ujung lain yang sifatnya bisa dipasang dan dilepas berulang kali.

Berbeda dengan konektor, sambungan berupa splice sebagian bersifat permanen. Sambungan splice adalah hubungan langsung antar dua ujung fiber yang diperoleh melalui fusion atau mechanical splicing [1]. Pada metode fusion splicing, ujung fiber optik dipanaskan hingga lebur dan disambungkan secara permanen. Pada mechanical splicing, ujung fiber ditempelkan satu sama lain dan diikat dengan clamp atau tempat khusus.

Receiver

Optical Receiver berfungsi untuk menerima sinyal cahaya yang disalurkan fiber optik lalu merubahnya kembali kedalam bentuk sinyal elektrik. Receiver terdiri dari beberapa komponen yaitu coupler, untuk memfokuskan sinyal yang diterima menuju photodetector, photodetector sebagai penerima sinyal, dan demodulator untuk mengubah sinyal kembali ke sinyal elektronik. Dua jenis photodetector yang memenuhi syarat tersebut adalah PIN Photodioda dan Avalanche photodioda (APD).

3. Fiber To The Home (FTTH)

Fiber To The Home (FTTH) adalah sistem penyediaan akses jaringan fiber optik dimana titik konversi optik berada di rumah pelanggan [3].  Titik konversi optik merupakan ujung jaringan fiber optik di sisi client yang berfungsi sebagai tempat konversi sinyal optik ke sinyal elektrik sebelum diakses oleh berbagai perangkat. FTTH adalah satu dari berbagai alternatif jaringan FTTX. Istilah yang lainnya adalah Fiber To The Building (FTTB), Fiber To The Curb (FTTC), Fiber To The Tower (FTTT), atau Fiber To The Zone (FTTZ).

Definisi lain dari Fiber to the Home (FTTH) adalah sebuah jaringan akses, yakni jaringan yang menghubungkan jaringan core dengan pelanggan. FTTH merupakan penerapan Passive Optical Network yang menyampaikan sinyal melalui serat optik dengan titik terminasi di rumah pelanggan. Jaringan FTTH berakhir di rumah pada perangkat optical network terminal (ONT) [8].

Arsitektur jaringan komunikasi fiber optik yang digunakan dalam FTTH adalah Passive Optical Network (PON). PON merupakan jaringan point-to-multipoint yang tidak memiliki komponen aktif selain di sisi Central Office (CO) dan sisi pelanggan / user. Dengan kata lain, sinyal optik dikirimkan hanya melalui komponen pasif yaitu fiber optik, splices, dan splitter/combiner. PON merupakan teknologi terbaru setelah Point-to-point fiber connection, dimana tiap client memiliki jalur fiber optik pribadi untuk menuju CO, dan Active Optical Network (AON), yaitu jaringan yang membutuhkan komponen aktif berupa switch elektronik sebagai penyalur informasi. [4]

Sejak ditemukan oleh British Telecom pada 1980-an, PON terus dikembangkan karena memiliki fleksibilitas tinggi. Terbukti dari munculnya berbagai skema jaringan baru yang berakar dari PON, yaitu GE-PON, Broadband PON (BPON), GPON [5], XGPON, dan Ethernet PON (EPON) [6]. Pengembangan PON juga dilakukan pada cara sharing data yang dilakukan, yaitu TDM-PON, WDM-PON, dan Hybrid-PON [4]. Topologi dari PON juga dapat divariasikan seperti jaringan pada umunya menggunakan topologi tree, bus, atau ring.

Seperti halnya sistem komunikasi optik yang dibahas sebelumnya, PON memiliki komponen utama yang disebut dengan Optical Line Terminal (OLT), Optical Network Unit (ONU) / Optical Network Termination (ONT), dan Optical Distribution Network (ODN) [3]. Konfigurasi umum FTTH berbasis PON ditunjukkan oleh gambar berikut :

• OLT adalah ujung fiber optik pada bagian CO yang menghubungkan jaringan ke backbone Metro Ethernet (ME) atau ke jaringan yang lain.
• ONU atau ONT adalah ujung fiber optik pada sisi pelanggan, dimana terdapat titik konversi optik
• Daerah Akses Fiber (DAF) atau bagian ODN yang dibagi menjadi 4 segmen berdasarkan jenis kabel fiber optik yang digunakan, yaitu:
• Segmen 1 : kabel feeder menghubungkan Optical Distribution Frame (ODF) dan Optical Distribution Cabinet (ODC)
• Segmen 2 : kabel distribusi dan Optical Distribution Point (ODP). ODC dan ODP merupakan lokasi sambungan (splice) dan splitter
• Segmen 3 : kabel drop dan Optical Terminal Premises (OTP)
• Segmen 4 : kabel indoor yang diletakkan dalam rumah dan Optical Indoor Outlet (Roset)

Skema jaringn FTTH sedang digemari karena walau sedikit mahal, teknologi fiber optik akan mampu bertahan lama dan merupakan investasi yang menjanjikan. Tidak hanya untuk akses internet, saat ini televisi kabel (IPTV) dan Wireless (Wi-Fi) juga mulai diintegrasikan kedalam komunikasi fiber optik. Walau masih hanya ada di kota besar, kita berharap seluruh Indonesia dapat menikmati teknologi Ini kedepannya.

4. Peluang Riset Terkait FTTH

Sebagaimana telah djelaskan sebelumnya, Fiber to the Home (FTTH) adalah teknologi jaringan broadband yang menghubungkan rumah-rumah langsung ke jaringan serat optik. Dengan kecepatan dan kapasitas yang tinggi, FTTH memiliki potensi besar untuk mengubah cara kita terhubung dengan internet dan layanan digital lainnya. Berikut adalah beberapa peluang riset di bidang FTTH:

1. Efisiensi Energi: Riset dapat dilakukan untuk mengoptimalkan penggunaan energi dalam infrastruktur FTTH. Pengembangan perangkat keras dan perangkat lunak yang lebih efisien secara energi dapat mengurangi dampak lingkungan dan biaya operasional jaringan.
2. Keamanan Jaringan: Dengan semakin meningkatnya ancaman keamanan digital, riset dapat difokuskan pada pengembangan teknologi keamanan yang lebih baik untuk melindungi data yang dikirim melalui jaringan FTTH. Ini mencakup enkripsi yang lebih kuat, deteksi ancaman yang lebih cerdas, dan perlindungan terhadap serangan DDoS.
3. Kualitas Layanan: Studi dapat dilakukan untuk meningkatkan kualitas layanan FTTH, termasuk peningkatan kecepatan internet, latensi yang lebih rendah, dan pengelolaan lalu lintas yang lebih efisien. Penelitian dalam optimasi algoritma pengaturan lalu lintas dapat membantu memastikan pengalaman pengguna yang lebih baik.
4. Ekspansi Infrastruktur: Penelitian dapat difokuskan pada cara memperluas infrastruktur FTTH ke daerah-daerah yang sulit dijangkau atau berpenduduk jarang. Teknologi konstruksi serat optik yang lebih efisien dan biaya yang lebih rendah dapat menjadi area riset yang berguna dalam konteks ini.
5. Integrasi Teknologi Baru: FTTH dapat diintegrasikan dengan teknologi lain seperti Internet of Things (IoT) dan 5G untuk menciptakan ekosistem digital yang lebih luas. Penelitian tentang bagaimana FTTH dapat berinteraksi dengan teknologi-teknologi ini dan memperluas potensi layanan yang dapat ditawarkan adalah peluang riset yang menarik.
6. Ketahanan dan Keandalan Jaringan: Penelitian dapat difokuskan pada pengembangan teknologi yang membuat jaringan FTTH lebih tahan terhadap bencana alam, serangan, atau gangguan teknis lainnya. Ini melibatkan pengembangan rencana pemulihan dan redundansi yang efisien.
7. Analisis Big Data: Data yang dihasilkan oleh jaringan FTTH dapat digunakan untuk analisis big data yang dapat memberikan wawasan berharga tentang perilaku pengguna, penggunaan internet, dan kebutuhan pasar lainnya. Penelitian dalam analisis big data ini dapat membantu penyedia layanan untuk mengoptimalkan operasi dan merancang layanan yang lebih baik.
8. Aspek Sosial dan Ekonomi: Selain aspek teknis, riset juga dapat melibatkan analisis dampak sosial dan ekonomi pengimplementasian FTTH dalam masyarakat. Ini mencakup penelitian tentang peningkatan akses pendidikan, pertumbuhan ekonomi lokal, dan perubahan sosial yang mungkin timbul karena ketersediaan internet berkecepatan tinggi.

Baca juga: Kisi Bragg – Definisi, Keunggulan dan Aplikasi

Referensi :

• [1] G. Keiser, Optical Fiber Communications, 4th edition, Singapore: McGraw-Hill International Edition, 2010.
• [2] N. Massa, “Fiber Optic Telecommunication,” in SPIE Fundamental of Photonics, Society of Photo-optical Instrumentation Engineers, 2000, pp. 293-374.
• [3] G. D. Hantoro and Karyada, Fiber Optik : Teknologi, Material, Instalasi, dan Implementasi, Bandung: Informatika, 2015.
• [4] J. Chen, “Design, Analysis and Simulation of Optical Access and Wide-area Networks,” Doctoral Thesis : KTH School of Information and Communication Technology, Stockholm, 2009.
• [5] N. Kumar, “Improved Performance Analysis of Gigabit Passive Optical Networks,” Optik, vol. 125, p. 1837– 1840, 2014.
• [6] S. M. Gillani, M. A. Khan and M. K. Shahid, “Reach Extendibility of Passive Optical Network Technologies,” Optical Switching and Networking, vol. 18, p. 211–221, 2015.
• [7] Cvijetic, Neda, Dayou Qian, and Junqiang Hu. “100 Gb/s optical access based on optical orthogonal frequency-division multiplexing.” IEEE Communications Magazine 48.7 (2010): 70-77.
• [8] Handzalah, Tubagus Muhammad Reza, Denny Darlis, and Desti Madya Saputri. “Simulasi Komunikasi Cahaya Tampak Berbasis Pemultipleksan Pembagian Panjang Gelombang pada Jaringan Fiber to the Home.” Prosiding SENIATI (2019): 386-391.