Menggunakan Amplifier Optik 1550 nm pada Peralatan Transmisi HFC

Mengapa 1550 nm Merupakan Panjang Gelombang Dominan untuk Transmisi Optik HFC

Jaringan hybrid fiber-coaxial (HFC) menjadi tulang punggung televisi kabel dan distribusi internet broadband bagi ratusan juta pelanggan di seluruh dunia. Dalam jaringan ini, serat optik membawa sinyal broadband dari ujung kabel ke node serat yang didistribusikan ke seluruh area layanan, di mana sinyal optik diubah menjadi RF dan didistribusikan melalui kabel koaksial ke rumah-rumah dan bisnis individu. Pemilihan 1550 nm sebagai panjang gelombang operasi untuk segmen transportasi optik ini tidak sembarangan—ini adalah produk dari dua keunggulan fisik yang menentukan keekonomian dan kinerja transmisi optik jarak jauh. Serat mode tunggal standar menunjukkan redaman minimum absolutnya pada sekitar 1550 nm, dengan kerugian tipikal sebesar 0,18–0,20 dB/km dibandingkan dengan 0,35 dB/km pada jendela 1310 nm yang digunakan dalam aplikasi jangkauan lebih pendek. Pengurangan kehilangan serat ini secara langsung berarti rentang amplifier yang lebih panjang, tahapan amplifikasi optik yang lebih sedikit, dan biaya infrastruktur per kilometer pembangkit listrik yang lebih rendah.

Keuntungan penentu kedua adalah ketersediaan penguat serat yang didoping erbium (EDFSEBUAH)—penguat optik yang praktis, andal, dan hemat biaya yang beroperasi secara tepat pada pita C 1530–1570 nm dan pita L 1570–1620 nm, keduanya berpusat pada jendela transmisi 1550 nm. EDFA mengubah transmisi optik jarak jauh dengan mengaktifkan amplifikasi optik langsung tanpa konversi optik-listrik-optik (OEO) yang memerlukan biaya dan latensi yang diperlukan oleh teknologi repeater regeneratif sebelumnya. Khusus untuk jaringan HFC, kombinasi kehilangan serat rendah dan amplifikasi EDFA memungkinkan rentang transmisi optik 40–100 km antar tahap amplifikasi, memungkinkan operator kabel untuk melayani area layanan geografis yang luas dari fasilitas headend terpusat dengan infrastruktur node yang jauh lebih sedikit dibandingkan dengan alternatif dengan panjang gelombang lebih pendek.

Bagaimana Amplifier Optik 1550 nm Bekerja di Sistem HFC

A Penguat optik 1550 nm dalam sistem transmisi HFC berfungsi dengan secara langsung memperkuat sinyal optik yang dibawa pada serat tanpa mengubahnya menjadi sinyal listrik. Teknologi yang dominan adalah penguat serat yang didoping erbium, yang menggunakan serat optik pendek yang intinya telah diolah dengan ion erbium (Er³⁺). Ketika serat yang didoping erbium dipompa dengan sinar laser berdaya tinggi pada 980 nm atau 1480 nm, ion erbium tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Ketika foton sinyal 1550 nm melewati serat yang didoping, ia merangsang ion erbium yang tereksitasi untuk memancarkan foton tambahan pada panjang gelombang dan fase yang sama—sebuah proses yang disebut emisi terstimulasi yang menghasilkan penguatan optik yang koheren. Mekanisme penguatan ini memperkuat sinyal melalui bandwidth yang mencakup seluruh C-band, membuat EDFA kompatibel dengan transmisi HFC dengan panjang gelombang tunggal dan sistem multipleks pembagian panjang gelombang (WDM) yang membawa banyak saluran secara bersamaan pada satu serat.

Di pabrik optik HFC pada umumnya, pemancar ujung kepala mengubah spektrum sinyal RF gabungan—yang dapat menjangkau 5 MHz hingga 1,2 GHz untuk sistem DOCSIS 3.1—menjadi sinyal optik menggunakan laser termodulasi langsung atau termodulasi eksternal yang beroperasi pada 1550 nm. Sinyal ini kemudian diluncurkan ke pabrik distribusi serat. Apabila kekuatan sinyal telah dilemahkan ke tingkat yang akan menurunkan rasio pembawa terhadap kebisingan (CNR) pada node serat, penguat optik dimasukkan in-line untuk mengembalikan kekuatan sinyal ke tingkat yang diperlukan. Sinyal yang diperkuat berlanjut melalui bentang serat tambahan hingga mencapai simpul serat, di mana fotodetektor mengubahnya kembali menjadi sinyal listrik RF untuk didistribusikan melalui bagian koaksial jaringan.

Jenis Amplifier Optik 1550 nm yang Digunakan dalam Transmisi HFC

Rangkaian produk penguat optik 1550 nm yang digunakan dalam jaringan HFC mencakup beberapa konfigurasi penguat berbeda yang dioptimalkan untuk berbagai posisi dalam arsitektur transmisi optik. Memahami di mana masing-masing jenis diterapkan dan karakteristik kinerja apa yang menentukan masing-masing jenis tersebut sangat penting bagi insinyur jaringan yang merancang atau meningkatkan pabrik optik HFC.

Booster Amplifier (Pasca-Amplifier)

Amplifier booster diposisikan tepat setelah headend pemancar untuk meningkatkan daya peluncuran ke pabrik distribusi serat. Karena sinyal input sudah berada pada tingkat daya yang relatif tinggi dari pemancar, amplifier booster dirancang untuk daya output yang tinggi, bukan noise figure yang rendah—spesifikasi daya output tipikal untuk amplifier booster HFC berkisar antara 17 dBm hingga 23 dBm atau lebih tinggi untuk penerapan arsitektur akses split atau terdistribusi (DAA) yang tinggi. Fungsi utama penguat booster adalah untuk mengkompensasi hilangnya penyisipan pemisah optik yang membagi sinyal ke beberapa jalur serat yang melayani segmen area layanan berbeda, serta redaman rentang serat pertama. Penguat headend booster dengan daya keluaran 20 dBm yang menggerakkan pembagi optik 1:8 (kerugian split sekitar 9 dB) meluncurkan sekitar 11 dBm ke masing-masing dari delapan jalur serat keluaran—cukup untuk menggerakkan rentang 25–40 km sebelum amplifikasi tambahan diperlukan.

Amplifier Sebaris

Penguat in-line dipasang pada titik-titik perantara dalam bentang serat jarak jauh di mana daya sinyal telah turun di bawah tingkat minimum yang diperlukan untuk mempertahankan CNR yang dapat diterima pada node atau penguat berikutnya. Amplifier ini harus menyeimbangkan penguatan, daya keluaran, dan angka kebisingan—angka kebisingan menjadi sangat penting karena setiap tahap amplifier in-line menambahkan kebisingan emisi spontan (ASE) yang diperkuat yang terakumulasi di sepanjang jalur optik dan pada akhirnya membatasi CNR yang dapat dicapai pada node serat. Amplifier in-line untuk transmisi HFC biasanya memberikan penguatan 15–25 dB dengan daya keluaran 13 hingga 17 dBm dan angka kebisingan 5–7 dB. Amplifier in-line multi-tahap dengan akses tahap tengah—memungkinkan penyisipan attenuator optik atau filter perataan penguatan di antara tahap penguatan—mencapai angka kebisingan efektif yang lebih rendah dibandingkan desain satu tahap dengan daya keluaran setara.

Amplifier Penggerak Node (Pra-Amplifier)

Penguat penggerak simpul, kadang-kadang disebut penguat distribusi atau penguat jalur optik (OLA), diposisikan tepat sebelum simpul serat atau titik pemisah optik untuk memperkuat sinyal ke tingkat yang diperlukan untuk menggerakkan beberapa keluaran simpul hilir secara bersamaan. Amplifier ini dicirikan oleh kemampuan daya keluaran yang tinggi dikombinasikan dengan penguatan yang cukup untuk beroperasi dari tingkat daya masukan yang rendah—penguat ini harus memberikan keluaran yang memadai bahkan ketika daya masukan turun hingga −3 hingga −10 dBm setelah rentang serat yang panjang. Spesifikasi daya output untuk amplifier penggerak node berkisar antara 17 hingga 27 dBm dalam konfigurasi daya tinggi, dengan beberapa produk premium dalam seri amplifier optik 1550 nm mencapai 30 dBm untuk menggerakkan rasio pemisahan optik besar yang melayani penerapan node padat.

Spesifikasi Kinerja Utama dan Pengaruhnya terhadap Desain Jaringan HFC

Memilih penguat optik 1550 nm yang tepat untuk aplikasi HFC memerlukan pemahaman yang jelas tentang spesifikasi kinerja yang dipublikasikan dalam lembar data pabrikan dan bagaimana setiap parameter diterjemahkan ke dalam perilaku jaringan nyata. Tabel berikut merangkum spesifikasi penguat kritis dan implikasi desain jaringannya:

Angka kebisingan perlu mendapat perhatian khusus karena dampaknya bertambah melalui rantai penguat bertingkat. Setiap tahap penguat menambahkan derau ASE, dan akumulasi derau optik total menentukan CNR pada node serat—parameter yang pada akhirnya menentukan kualitas sinyal RF yang didistribusikan melalui bagian koaksial pembangkit HFC. CNR minimal 52 dB pada node serat biasanya diperlukan untuk mempertahankan kinerja komposit orde kedua (CSO), triple beat (CTB), dan error vector magnitudo (EVM) yang memadai untuk saluran DOCSIS 3.1 OFDM. Insinyur jaringan harus melakukan perhitungan angka kebisingan bertingkat di semua tahap amplifier dari headend ke node untuk memverifikasi kepatuhan CNR sebelum menyelesaikan penempatan dan spesifikasi amplifier.

Penempatan Penguat Optik dalam Arsitektur Node HFC

Arsitektur jaringan HFC modern telah berkembang secara signifikan dengan diperkenalkannya node 0 (fiber deep), arsitektur akses terdistribusi (DAA), dan penerapan PHY jarak jauh/MACPHY jarak jauh, yang semuanya mengubah lokasi amplifier optik ditempatkan dan kinerja apa yang harus diberikan. Memahami bagaimana penempatan amplifier dipetakan ke arsitektur yang berkembang ini sangat penting bagi para insinyur untuk meningkatkan pabrik HFC yang ada untuk mendukung DOCSIS 3.1 dan layanan DOCSIS 4.0 di masa depan.

Arsitektur Fiber-to-the-Node Tradisional

Dalam arsitektur HFC tradisional, satu pemancar optik berdaya tinggi 1550 nm di ujung kepala menggerakkan pabrik distribusi serat melalui serangkaian pemisah optik dan amplifier in-line untuk melayani beberapa node serat, masing-masing melayani 500–2.000 rumah yang dilewati. Penguat optik ditempatkan pada interval yang ditentukan oleh akumulasi redaman serat dan split loss untuk mempertahankan daya input yang memadai di setiap node hilir. Konfigurasi tipikal menggunakan penguat headend booster yang menggerakkan splitter primer 1:4 atau 1:8, dengan amplifier in-line diposisikan 15–30 km di hilir untuk mengkompensasi redaman rentang serat sebelum splitter sekunder menyalurkan masing-masing node serat. Topologi pohon bintang ini dioptimalkan untuk konstruksi pabrik serat yang ekonomis tetapi memusatkan penguatan penguat yang signifikan dalam kaskade panjang yang menantang kinerja CNR.

Arsitektur Akses Fiber Deep dan Terdistribusi

Arsitektur fiber deep mendorong fiber lebih dekat ke pelanggan, mengurangi area layanan node menjadi 50–150 rumah yang dilewati dan menghilangkan sebagian besar kaskade amplifier koaksial. Penerapan PHY jarak jauh dan MACPHY DAA jarak jauh memindahkan pemrosesan lapisan fisik DOCSIS dari headend ke node serat, yang sekarang berisi elektronik digital aktif yang ditenagai oleh infrastruktur serat. Arsitektur ini mengubah persyaratan transmisi optik secara signifikan: panjang gelombang serat individu atau saluran WDM membawa sinyal digital khusus ke setiap node jarak jauh, dan seri penguat optik 1550 nm harus mendukung operasi WDM dengan penguatan datar di semua saluran aktif secara bersamaan. EDFA berdaya tinggi yang kompatibel dengan WDM dengan filter perataan penguatan terintegrasi dan kontrol penguatan otomatis (AGC) diperlukan untuk mempertahankan tingkat daya per saluran yang konsisten saat node ditambahkan atau dihapus dari jaringan tanpa penyeimbangan ulang instalasi optik secara manual.

Pertimbangan Praktis untuk Menerapkan Amplifier 1550 nm di Pabrik HFC

Keberhasilan penerapan amplifier optik 1550 nm pada peralatan transmisi HFC memerlukan perhatian pada beberapa faktor teknis dan operasional praktis yang tidak tercakup dalam spesifikasi lembar data saja. Kinerja lapangan dapat menyimpang secara signifikan dari kinerja yang biasa dilakukan di laboratorium ketika amplifier dipasang di lingkungan jaringan nyata dengan kualitas serat yang bervariasi, masalah kebersihan konektor, dan siklus termal di ruang luar ruangan.

• Kebersihan dan inspeksi konektor: Konektor optik pada port input dan output amplifier adalah sumber paling umum dari kehilangan penyisipan yang tidak terduga dan degradasi sinyal di pabrik optik HFC yang digunakan. Konektor APC yang terkontaminasi dapat menambah 1–3 dB insertion loss dan menghasilkan pantulan balik yang mengganggu kestabilan operasi amplifier. Semua konektor harus diperiksa dengan probe inspeksi serat dan dibersihkan dengan alat yang sesuai sebelum penyambungan—setiap saat, tanpa kecuali. Operator harus menjaga kebersihan IEC 61300-3-35 Kelas B atau lebih baik lagi pada semua antarmuka konektor amplifier.
• Kontrol penguatan otomatis dan kontrol daya otomatis: Penguat optik HFC harus menggunakan sirkuit AGC atau kontrol daya otomatis (APC) yang mempertahankan daya keluaran konstan karena tingkat sinyal masukan bervariasi karena perubahan pabrik serat, variasi kehilangan yang disebabkan oleh suhu, atau konfigurasi ulang jaringan hulu. Tanpa AGC/APC, pengurangan daya input—yang disebabkan oleh degradasi serat, penuaan konektor, atau perubahan jalur optik—menyebabkan pengurangan proporsional dalam daya output yang mengalir melalui amplifier hilir dan mengurangi CNR pada node serat. Menentukan amplifier dengan stabilitas daya keluaran ±0,5 dB pada rentang pengoperasian daya masukan penuh adalah praktik standar untuk pabrik optik HFC yang andal.
• Isolasi optik dan manajemen refleksi belakang: Hamburan Brillouin terstimulasi (SBS) dan hamburan balik Rayleigh dalam bentang serat panjang menghasilkan gangguan optik yang dapat masuk kembali ke tahap penguat dan menurunkan kinerja. Amplifier booster berdaya tinggi yang beroperasi di atas 17 dBm harus menyertakan isolator optik pada port input dan output, dan desain pabrik serat harus mencakup margin kehilangan pengembalian optik yang cukup. Konektor yang dipoles APC (ORL biasanya >60 dB) dan sambungan fusi (ORL >60 dB) lebih disukai dibandingkan konektor UPC (ORL biasanya 45–50 dB) dalam sistem transmisi daya tinggi 1550 nm.
• Manajemen termal di kandang luar ruangan: Amplifier optik HFC yang dipasang di tiang luar ruangan atau penutup udara mengalami kisaran suhu sekitar −40°C hingga 60°C di banyak wilayah geografis. Dioda laser pompa amplifier—sumber 980 nm atau 1480 nm yang menggerakkan penguatan EDFA—adalah komponen sensitif terhadap suhu yang daya keluaran, panjang gelombang, dan masa pakainya semuanya dipengaruhi oleh suhu pengoperasian. Menentukan amplifier dengan pendingin termoelektrik (TEC) pada modul laser pompa dan memverifikasi kinerja terukur di seluruh rentang suhu pengoperasian penuh sangat penting untuk penerapan di luar ruangan yang andal. Kisaran suhu pengoperasian yang diperluas dari −40°C hingga 65°C kini ditawarkan oleh produsen seri amplifier optik HFC terkemuka untuk memenuhi persyaratan ini secara eksplisit.
• Manajemen jaringan dan pemantauan jarak jauh: Seri penguat optik 1550 nm modern untuk aplikasi HFC menggabungkan antarmuka manajemen jaringan yang kompatibel dengan SNMP, pemantauan daya optik pada port input dan output, telemetri arus dan suhu laser pompa, dan output alarm untuk kondisi di luar jangkauan. Mengintegrasikan manajemen amplifier ke dalam sistem manajemen headend (HMS) atau sistem manajemen elemen (EMS) operator kabel memungkinkan identifikasi kesalahan proaktif sebelum terjadi kegagalan yang memengaruhi layanan, dan menyediakan data tren kinerja yang diperlukan untuk menjadwalkan pemeliharaan preventif sebelum degradasi komponen mencapai ambang batas akhir masa pakainya.

Memilih Seri Amplifier Optik 1550 nm yang Tepat untuk Jaringan HFC Anda

Dengan pemahaman yang jelas tentang jenis amplifier, spesifikasi kinerja, dan pertimbangan penerapan, insinyur jaringan dapat melakukan pendekatan pemilihan amplifier secara sistematis. Proses seleksi harus mengikuti urutan langkah-langkah yang ditentukan yang menerjemahkan persyaratan desain jaringan ke dalam spesifikasi produk:

• Tentukan anggaran tautan optik: Hitung total kerugian dari pemancar headend ke node serat terjauh, termasuk redaman rentang serat, kerugian sambungan, kerugian konektor, dan kerugian penyisipan splitter optik. Anggaran tautan ini menentukan total penguatan yang diperlukan dari semua tahap penguat yang digabungkan dan menetapkan daya keluaran yang diperlukan dari masing-masing penguat berdasarkan posisinya dalam rangkaian.
• Hitung CNR pada node serat: Dengan menggunakan figur kebisingan bertingkat dari semua tahapan penguat dari headend ke node, hitung SNR optik yang tersedia pada input fotodetektor node. Konversikan ke RF CNR menggunakan indeks modulasi, kedalaman modulasi optik sinyal RF, dan respons fotodetektor. Verifikasi bahwa CNR yang dihitung memenuhi persyaratan minimum untuk modulasi tingkat tertinggi yang digunakan di pembangkit RF—biasanya OFDM 256-QAM untuk DOCSIS 3.1, yang memerlukan CNR di atas 52–54 dB.
• Verifikasi kompatibilitas WDM jika ada: Untuk jaringan yang menggunakan beberapa panjang gelombang pada satu serat, pastikan bahwa rangkaian amplifier yang dipilih memberikan penguatan datar di semua panjang gelombang operasi secara bersamaan dan opsi filter perataan penguatan tersedia untuk konfigurasi multi-penguat bertingkat di mana akumulasi kemiringan penguatan akan menyebabkan ketidakseimbangan daya saluran yang tidak dapat diterima.
• Konfirmasikan spesifikasi fisik dan lingkungan: Sesuaikan faktor bentuk amplifier—kartu sasis yang dipasang di rak, unit 1U mandiri, atau dudukan alas luar ruangan—dengan infrastruktur instalasi yang tersedia. Verifikasi kisaran suhu pengoperasian, opsi voltase catu daya, peringkat perlindungan masuknya untuk penerapan di luar ruangan, dan kepatuhan terhadap standar yang relevan termasuk IEC 60825 untuk keselamatan laser dan Telcordia GR-1312 untuk kualifikasi keandalan EDFA.