InComTech: Jurnal Telekomunikasi dan Komputer vol.12, no.2, Agustus 2022, 84-94 http://publikasi.mercubuana.ac.id/index.php/Incomtech P-ISSN: 2085-4811 E-ISSN: 2579-6089

## Analisis Performa Sistem Dense Wavelength
Division Multiplexing dengan Hybrid Optical Amplifier dan Single Amplifier Menggunakan Optisystem
Gde Ngurah Agung Adi Saputra *1 , Ahmad Firdausi 2
1 PT.Lancs Arche Consumma, Jakarta, Indonesia Jl. Raya Pasar Minggu No.10A, Jakarta 12740, Indonesia
2 Teknik Elektro, Universitas Mercu Buana, Jl. Meruya Selatan, Jakarta 11650, Indonesia *Email Penulis Koresponden: gdengurah1996@gmail.com
Abstrak: Kebutuhan akan kapasitas jaringan backbone yang besar dan mampu  menempuh  jarak  yang  jauh  sangat  dibutuhkan. Sehingga penggunaan Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) yang merupakan teknik penggabungan  panjang  gelombang  pada  transmisi  optik mulai  diimplementasikan  pada  jaringan backbone untuk dapat  memenuhi  kebutuhan  kapasitas  yang  besar  dengan jarak  yang  jauh.  Teknologi  DWDM  mengalami  penurunan level daya sinyal yang diakibatkan oleh redaman serat optik sepanjang  link  yang  dipakai.  Untuk  mengatasinya, digunakanlah  penguat  optik.  Penguat  optik single merupakan suatu teknik yang dapat memberikan penguatan tunggal  yang  dapat  mencapai  jarak  maksimum  hingga kurang dari 165 km. Konfigurasi penguatan lain dibutuhkan guna untuk mengoptimalkan peningkatan gain pada sistem DWDM.  Penggunaan  penguat Hybrid-Parallel (FRA- EDFA) diusulkan pada sistem optik untuk mengoptimalkan penguatan pada sistem DWDM dalam memenuhi kebutuhan gain  sehingga  mampu  menangani  jaringan  dengan  beban yang besar pada jarak yang jauh. Berdasarkan hasil simulasi dan  analisis  dengan  jarak  iterasi  kelipatan  10  km,  penguat Hybrid-Parallel (FRA-EDFA) pada sistem DWDM 80 kanal yang  dibandingkan  dengan  Single  EDFA  dan  FRA didapatkan bahwa Hybrid masih dapat memberikan nilai Q- factor ,  BER,  dan power  received yang  baik  pada  seluruh kanal  pada  jarak  transmisi  221  km  dibandingkan  dengan Single EDFA pada jarak maksimal 164 km dan Single FRA dengan jarak maksimal 93 km.
This is an open access article under the CC BY-NC license
Kata Kunci: DWDM; EDFA; FRA; Hybrid Amplifier;

## Riwayat Artikel:
Diserahkan 27 Juli 2021 Direvisi 25 April 2022 Diterima 24 Mei 2022 Dipublikasi 18 Agustus 2022
DOI : 10.22441/incomtech.v12i2.12458

## 1. PENDAHULUAN
Meningkatnya  jumlah  pengguna  sistem  komunikasi  dan  bertambah  luasnya daerah  jaringan  menyebabkan  kebutuhan  aplikasi  broadband  semakin  meningkat terutama untuk jaringan backbone [ 1 ]. Sehingga untuk dapat memenuhi kebutuhan tersebut dibutuhkan sistem komunikasi yang mampu menampung kapasitas yang besar dengan performa yang baik untuk menangani beban jaringan pada jarak yang jauh  yaitu  DWDM  [ 2 ]. Dense  Wavelenght  Division  Multiplexing  (DWDM) merupakan teknologi transmisi serat optik yang menyediakan kapasitas bandwidth yang  besar  untuk  memenuhi  kebutuhan  aplikasi broadband yang  semakin meningkat  terutama  untuk  jaringan backbone [ 3 ].  DWDM  sendiri  menggunakan teknik multiplexing yaitu mentransmisikan beberapa saluran optik dengan panjang gelombang yang berbeda dan jarak kanal  yang cukup rapat  pada satu  serat optik [ 4 ][ 5 ].
DWDM  sebagai  sistem  komunikasi  serat  optik  sendiri  memanfaatkan  cahaya sebagai  gelombang  pembawa  informasi  yang  mengalami  pelemahan  sinyal sepanjang  saluran  transmisi  optik  akibat  adanya  atenuasi.  Atenuasi  adalah  suatu pelemahan sinyal informasi dari serat optik yang disebabkan oleh faktor utama yaitu absorbsi  dan  hamburan  ( scattering) [ 6 ].  Untuk  mengoptimalkan  sistem  DWDM dalam mengatasi hal tersebut untuk bisa mentransmisikan sinyal dengan kapasitas besar dengan jarak  yang  jauh, dibutuhkan  suatu penguat  optik  ( optical  amplifier) yang dapat bekerja maksimal dalam melakukan penguatan sepanjang saluran optik [ 7 ]. Terdapat tiga jenis penguat optik yaitu Semiconductor Optical Amplifier (SOA), Erbrium Doped Fiber Amplifier (EDFA), dan Fiber Raman Amplifier (FRA) yang dapat diletakan sebagai booster , in-line , dan pre-amp [ 8 ][ 9 ]. Terdapat dua metode penguatan optik yang ada pada sistem DWDM yaitu adalah Single Amplifier yang merupakan  penguatan  tunggal  dan  HOA  ( Hybrid  Optical  Amplifier )  yang merupakan gabungan beberapa jenis penguat optik [ 10 ].
Berbagai konfigurasi penguatan masih banyak dilakukan untuk sistem DWDM baik itu secara single atau hybrid dengan jenis spesifikasi penguat yang berbeda- beda  untuk  dapat  mencukupi  kapasitas  yang  diinginkan  pada  jarak  yang  jauh. Peneliti  sebelumnya  pernah  menggunakan hybrid-seri (FRA  dan  EDFA)  dengan spesifikasi penguatan khusus secara in-line pada sistem DWDM didapatkan jarak maksimum 200 km [ 11 ]. Penelitian lainnya pernah mencoba berbagai konfigurasi peletakan penguatan antara lain booster , in-line , dan pre-amp utk jenis penguatan Single  Amplifier pada  DWDM  dimana  sebagian  besar  konfigurasi  peletakan Booster memberikan performa yang paling baik dengan jarak maksimum 165 km [ 12 ].  Sehingga  pada  penelitian  ini  dilakukan  analisa  performa  sistem  DWDM menggunakan single dan hybrid-pararel  amplifier (FRA  dan  EDFA)  dengan spesifikasi yang ditentukan, yang diletakan secara booster untuk bisa mengetahui jarak  maksimal  dan  mendapatkan  nilai  performa  sistem  DWDM  yang  sesuai dengan nilai parameter yang baik dari Q-factor , BER , power receiver .

## 2. METODE
Dalam  pengumpulan  data  dan  informasi  tulisan  ini,  metode  yang  digunakan adalah perancangan simulasi dan analisis. Metode analisis performa sistem DWDM dengan Single  Amplifier dan  HOA  ( Hybrid  Optical  Amplifier) ini  guna  untuk mengetahui berapa jarak maksimal yang dapat dicapai dengan nilai performa yang baik  menggunakan  penguatan single  amplifier dan hybrid  amplifier (FRA  & EDFA) yang diletakan secara Booster pada sistem DWDM.
Parameter performa sistem DWDM yang menyatakan bahwa keseluruhan sistem DWDM yang disimulasikan berhasil atau bekerja dengan baik adalah ketika pada saat menghasilkan nilai Bit Error Rate (BER) ≤ 10 -9 , serta Q- factor ≥ 6 dan juga nilai daya terima oleh optical receiver tidak lebih kecil dari -28 dBm, sesuai dengan rekomendasi sistem yang telah distandarkan [ 13 ][ 14 ].

## 2.1 Diagram Blok Sistem
Berdasarkan Gambar  1 ,  sistem  DWDM  merupakan  media  uji  penguat  FRA, EDFA dan hybrid . Pemodelan sistem DWDM ini dirancang dengan menggunakan 80 kanal dengan rentang panjang gelombang 1540 – 1571 nm dengan spasi kanal 0.4  nm,  dan bit  rate 10 Gbps.  Secara  umum  diagram  blok  sistem Dense Wavelength  Division  Multiplexing ( DWDM) ditunjukan  pada Gambar  1 yang terdiri  dari  blok  pengirim,  penguat  optik,  media  transmisi,  dan  blok  penerima. Pada  blok  pengirim  terdiri  dari  DWDM transmitter,  multiplexer ,  dan amplifier dengan penempatan sebagai booster kemudian media transmisi terdiri dari optical fiber , dan pada blok penerima terdapat demultiplexer serta DWDM receiver. DWDM  dengan  80  kanal  dengan  panjang  gelombang  1540  –  1571  nm  akan dikirimkan oleh DWDM Transmitter dengan masing-masing kanal memiliki bit rate 10 Gbps . Kemudian seluruh kanal dengan masing-masing panjang gelombang tersebut akan di- multiplexing atau digabungkan oleh DWDM multiplexer menuju booster-amplifier yang  terletak  setelah  keluaran  DWDM multiplexer untuk menguatkan sinyal diawal sebelum menuju ke saluran media transmisi fiber optic . Setelah  melewati  sepanjang  saluran  transmisi  optik  maka  sinyal  akan  dipecah kembali oleh DWDM demultiplexer sesuai dengan panjang gelombang masing- masing menuju optical receiver.
Gambar 1. Diagram Blok Sistem DWDM TRANSMITTER DWDM RECEIVER M U LT IP LE XE R D EM U LT IP LE X ER FIBER OP TIC AMP LIFIER λ 1 λ 80 λ 1 λ 80

## 2.2. Parameter dan Skenario Sistem
Pada perancangan perlu dilakukan pengaturan terhadap parameter yang ingin digunakan,  nilai-nilai  yang  digunakan  untuk  parameter  ditentukan  berdasarkan studi  literatur  dan  referensi  perangkat  komersial.  Adapun  parameter-parameter yang digunakan ditunjukkan pada Tabel 1 sampai Tabel 4 sebagai berikut .
Tabel 1. Single Mode Fiber NZDSF [ 15 ]
Tabel 2. Parameter DWDM Transmitter [ 17 ]
Tabel 3. Parameter Penguat [ 16 ]
Tabel 4. Parameter Blok Receiver [ 17 ] Parameter Nilai Reference Wavelength 1550 nm Attenuation 0.25 dB/km Dispersion 4 ps/nm/km Dispersion Slope 0.065 ps/nm 2 /km Parameters Nilai Number of Output Ports 80 Channels Bit Rate 10 Gbps Frequency 1540 - 1571.6 nm Frequency Spacing 0.4 nm Transmitter Power -15 dBm Modulation Type NRZ Bandwidth 25 GHz Insertion Loss 0.7 dB EDFA Parameter Nilai Operation Mode Gain Control Gain 36 dB Noise Figure 4 dB RAMAN Parameter Nilai Number of Amplifier 1 Attenuation 0.2 dB/km Gain 19 dB Effective Interaction Area 72 μm 2 Pump Power 500 mW Pump Wavelength 1425, 1435, 1455, 1462 nm Fiber Length 10 km Temperature 300 K Parameter Nilai Number of Output Ports 80 Channels Frequency 1540 - 1571.6 nm Frequency Spacing 0.4 nm Bandwidth 25 GHz Insertion Loss 0.7 dB Filter Type Bessel Photodetector APD Sensitivitas Receiver -28 dBm Ionization Ratio 0.9 Avalached Gain 3
Penelitian  ini  akan  melakukan  empat  skenario  seperti  pada Gambar  2 sampai Gambar  4 untuk  dapat  membandingkan  performa  sistem  DWDM  yaitu  tanpa penguatan,  dengan  penguatan single FRA,  dengan  penguatan single EDFA,  dan terakhir  adalah  HOA- Parallel (FRA-EDFA).  Tidak  ada  parameter  sistem  yang diubah  hanya  saja  jarak  yang  diubah-ubah  untuk  mengetahui  kinerja  sistem DWDM.  Dengan  skenario  ini  nanti  dapat  diketahui  respon  DWDM  tanpa menggunakan  penguatan  dapat  menempuh  seberapa  jauh  jarak  transmisi  dengan kinerja keseluruhan sistem yang baik.
λ 1 DWDM TRANSMITTER DWDM RECEIVER M U LT IP LE XE R D EM U LT IP LE X ER FIBER OP TIC EDFA λ 1 λ 80 λ 80 Gambar 2. DWDM Tanpa Penguat DWDM REC EIVER M U LT IP LE XE R D EM U LT IP LE X ER FIBER OP TIC DWDM TRANSMITTER Gambar 2. DWDM Single FRA DWDM TRANSMITTER DWDM RECEIVER M U LT IP L E X E R D E M U LT IP L EX E R FIBER OP TIC λ 1 λ 80 λ 1 λ 80 FRA Raman Multi-Pump Gambar 3. DWDM Single EDFA DWDM TRANSMITTER DWDM RECEIVER M U LT IP L E X E R D E M U LT IP L EX E R λ 1 λ 80 λ 1 λ 80 FRA Raman Multi-Pump Divider EDFA EDFA Combiner FIBER OPTIC
Gambar 5. DWDM Hybrid (FRA-EDFA)

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Untuk  memudahkan  analisis  pada  setiap  skenario  pada  penelitian  ini  maka pengambilan sampel data terhadap 80 channel disampelkan pada channel 1, 10, 20, 30, 40, 60, 70, dan 80 dalam proses analisis.

## • Hasil Simulasi DWDM Tanpa Penguat
Gambar  6 menunjukkan  setup  simulasi  DWDM  tanpa  penguat. Tabel  5 merupakan nilai performa untuk DWDM tanpa penguat untuk jarak optimal 23 km. Jadi  untuk  keseluruhan  parameter  yang  dianalisis  pada  sistem  DWDM  tanpa penguat  maka  dari  tiga  parameter  performa  yang  harus  sesuai  standar  yaitu  Q- factor ,  BER,  dan power  received dapat  dikatakan  bahwa  sistem  DWDM  tanpa penguat dapat bekerja dengan baik sampai dengan jarak optimal yaitu 23 km untuk seluruh kanal pada sistem DWDM.
Gambar 6. Setup simulasi DWDM Tanpa Penguat
Tabel 5. Performa DWDM Tanpa Penguat
• Hasil Simulasi DWDM Single-FRA
Gambar 7 menunjukkan setup simulasi DWDM Single FRA. Tabel 6 merupakan nilai performa untuk DWDM Single FRA untuk jarak optimal 93 km. Keseluruhan parameter  yang  dianalisis  pada  sistem  DWDM Single- FRA  maka  dari  tiga parameter  performa  yang  harus  sesuai  standar  yaitu  Q- factor, BER,  dan power received dapat dikatakan bahwa sistem DWDM Single- FRA bekerja dengan baik sampai dengan jarak optimal yaitu 93 km.
Gambar 7. Setup simulasi DWDM Single FRA Tabel 6. Performa DWDM Single FRA
• Hasil Simulasi DWDM Single- EDFA
Gambar 8 menunjukkan setup simulasi DWDM Single FRA. Tabel 7 merupakan nilai performa untuk DWDM Single EDFA untuk jarak optimal 164 km. Dengan sudah dianalisanya Q- factor , BER, dan power received pada sistem DWDM Single - EDFA  maka  Sistem  DWDM  dengan  menggunakan  penguatan Single -EDFA bekerja dengan baik sampai dengan jarak optimal yaitu 164 km untuk seluruh kanal DWDM. Penguatan Single EDFA dapat menjangkau jarak lebih baik dibandingkan penguatan Single FRA dengan selisih jarak 71 km.
Gambar 8. Setup simulasi DWDM Single EDFA
Tabel 7. Performa DWDM Single EDFA
• Hasil Simulasi DWDM Hybrid
Gambar 9 menunjukkan setup simulasi DWDM Hybrid (FRA-EDFA). Tabel 8 merupakan  nilai  performa  untuk  DWDM Hybrid-Parallel (FRA-EDFA)  untuk jarak  optimal  221  km.  Dengan  sudah  dianalisanya  Q- factor ,  BER,  dan power received pada sistem DWDM Hybrid (FRA-EDFA) maka sistem DWDM dengan menggunakan penguatan hybrid bekerja dengan baik sampai dengan jarak optimal yaitu 221 km untuk seluruh kanal. Simulasi hybrid memiliki jarak yang paling jauh dibandingkan dengan skenario lain sebelumnya.
Gambar 9. Setup simulasi DWDM Hybrid (FRA-EDFA)
Tabel 8. Performa DWDM Hybrid (FRA-EDFA)

## • Perbandingan Nilai Performa Penguat
Berdasarkan Tabel  9 maka  dari  itu  dapat  dilihat  nilai  performa  dari  penguat terhadap  jarak  optimalnya  masing-masing  dimana  nilai  performa  ini  adalah  nilai optimal yang masih memenuhi standar untuk parameter yang ditentukan yaitu Q- Factor ( ≥ 6), BER (≤ 10 -9 ), dan Power Receiver ( ≥ -28 dBm). Diketahui bahwa Sistem  DWDM  menggunakan  penguat Hybrid (FRA-EDFA)  memberikan  jarak yang paling jauh atau optimal yaitu 221 km dengan performa seluruh kanal yang masih  memenuhi  standar  parameter  yang  ditentukan.  Kemudian  diikuti  dengan penguat Single EDFA dengan jarak optimal 164 km dan terakhir adalah Single FRA dengan jarak optimal adalah 93 km.
Tabel 9. Perbandingan Nilai Performa DWDM dengan Penguat

## 4.  KESIMPULAN
Single FRA pada sistem DWDM 80 kanal, jarak optimal yang dapat ditempuh dengan  performa  yang  baik  pada  seluruh  kanal  yaitu  sejauh  93  km  dimana mendapatkan nilai Q- factor terendah pada kanal 60 dengan nilai 6,1 dan Q- factor tertinggi  pada kanal  30 dengan nilai  8,6. Begitu juga dengan nilai  BER  tertinggi pada  jarak  93  km  pada  kanal  50  dengan  nilai  10 -10 dan  nilai  BER  terendah  pada kanal 1,2, dan 3 yaitu dengan nilai 10 -18 . Untuk power received seluruh kanal pada jarak 93 km masih berada pada batas baik.
Single EDFA pada sistem DWDM 80 kanal, jarak optimal yang dapat ditempuh dengan  performa  yang  baik  pada  seluruh  kanal  yaitu  sejauh  164  km  dimana mendapatkan nilai Q- factor terendah pada kanal 80 dengan nilai 6,3 dan Q- factor tertinggi pada kanal 20 dengan nilai 8. Begitu juga dengan nilai BER tertinggi pada jarak 164 km pada kanal 80 dengan nilai 10 -9 dan nilai BER terendah pada kanal 20 yaitu dengan nilai  10 -16 . Untuk power  received seluruh kanal  pada jarak  164 km masih berada pada batas baik.
Hybrid (FRA-EDFA) pada sistem DWDM 80 kanal, jarak optimal yang dapat ditempuh  dengan  performa  yang  baik  pada  seluruh  kanal  yaitu  sejauh  221  km dimana mendapatkan nilai Q- factor terendah pada kanal 80 dengan nilai 6,4 dan Q- factor tertinggi  pada  kanal  10  dengan  nilai  10,4.  Begitu  juga  dengan  nilai  BER tertinggi pada jarak 221 km pada kanal 70 & 80 dengan nilai 10 -11 dan nilai BER terendah  pada  kanal  20  yaitu  dengan  nilai  10 -34 .  Untuk power  received seluruh kanal pada jarak 221 km masih berada pada batas baik.

## R EFERENSI
[1] R. F. Adiati, “Analisis Parameter Signal to Noise Ratio dan Bit Error Rate dalam Backbone Komunikasi Fiber Optik”. Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2017.
[2] N. Mubarakah, D. D. Fadhilah and Suherman, "Point to Point Communication Link Design by  Using  Optical  DWDM  Network," 2020  4rd  International  Conference  on  Electrical, Telecommunication  and  Computer  Engineering  (ELTICOM) ,  2020,  pp.  265-268,  doi:
10.1109/ELTICOM50775.2020.9230479.
[3] A.  Agarwal,  and  S.  K.  Sharma.  "Performance  comparison  of  single  &  hybrid  optical amplifiers  for  DWDM  system  using  optisystem." IOSR  Journal  of  Electronics  and Communication Engineering IOSR-JECE , vol. 9, no. 1, pp. 28-33, 2014.
[4] R.  Paliwal.  "Enhancing  Performance  of  10  Gbps  DWDM  Optical  Link  for  High  Speed Optical  Communication." International  Journal  of  Innovative  Studies  in  Sciences  and Engineering Technology, vol. 3, no. 4, pp. 30-36, 2017.
[5] S. Kakalia, and M. Singh. "Performance analysis of DWDM system having 0.8-Tbps date rate with 80 channels." Indian Journal of Science and Technology , vol. 9, no. 47, 2016. doi: 10.17485/ijst/2016/v9i47/106941.
[6] R. Miglani, G.S. Gaba, M. Masud, and R.Alroobaea. "Gain analysis of high-speed DWDM link  with  different  optical  amplification  configurations." International  Journal  on  Smart Sensing and Intelligent Systems , vol: 13, no. 1, 2020, doi: 10.21307/ijssis-2020-028.
[7] A.  Agarwal,  and  L.  Lodha.  "Performance  Optimization  of  Single  &  Hybrid  Optical Amplifiers for 160× 10 Gbps DWDM System." Compliance Engineering Journal , vol. 11, no. 7, pp.213-220, 2020.
[8] M.S. Bhamrah, and A. Atieh. "SOA/EDFA/RAMAN optical amplifier for DWDM systems at the edge of L & U wavelength bands." Optical Fiber Technology , vol: 52, no. 101971, doi: 10.1016/j.yofte.2019.101971.
[9] A.  Atieh,  A.  Kaur  and  M.  Singh  Bhamrah,  "Simulations  and  Optimizations  of  Optical Amplifiers,"2020 Photonics North (PN), 2020, pp. 1-1, doi: 10.1109/PN50013.2020.916693
[10] T.  Raju  and  N.  A,  "Multiple  Pass  Hybrid  Optical  Amplifier  Configuration  for  DWDM
Communication  System," 2019  International  Conference  on  Intelligent  Computing  and Control Systems (ICCS) , 2019, pp. 392-395, doi: 10.1109/ICCS45141.2019.9065502.
[11] T.  Fadila,  A.  Hambali,  B.  Pamukti,  “Analysis  of  Hybrid  Optical  Amplifier  (Fiber  Raman Amplifier-Erbium Doped Fiber Amplifier)”. eProceedings of Engineering ,  vol.5, no.1, 165- 172, 2018, pp. 165-172.
[12] D. Djamaluddin, A. Achmad, F. Hidayat, and D. Bramatyo. "Analisis Penguat EDFA dan SOA pada Sistem Transmisi DWDM dengan Optisystem 14." In Prosising Seminar Nasional Teknik Elektro (FORTEI 2017) . 2017, pp. 59-64.
[13] N. Thakral and L. Kumar, "Performance evaluation of different hybrid optical amplifiers for DWDM  system," 2016  IEEE  Annual  India  Conference  (INDICON) ,  2016,  pp.  1-4,  doi: 10.1109/INDICON.2016.7838905.
[14] ITU-T G.989.2. “Specification, 40-Gigabit-Passive Optical Network 2 (NG-PON2): Physical Media Dependent (PMD) Layer”. ITU-T, 2014.
[15] ITU-T.G655.”Spesification for NZDSF SM Optical Fiber”, 2004
[16] ITU-T.G655. “Spectral Grid for DWDM Application”, 2020.
[17] Coriant, “hiT7300 Technical Description-LABPC-1 & PRC-4. In C. GmbH”, 2013.