ARSITEKTUR JARINGAN HFC

TEKNOLOGI HFC  ( Hybrid Fiber Coax)

UNTUK KOMUNIKASI DATA

HFC adalah singkatan dari Hybrid Fiber Coax. Pada dasarnya HFC adalah suatu perangkat yang digunakan untuk jaringan telekomunikasi dan merupakan penggabungan dari teknologi fiber optic, optoelektronik dan teknologi kabel coaxial tradisional sehingga merupakan suatu teknologi “hybrid”. Saat ini penggunaan HFC dalam jaringan telekomunikasi mendapat perhatian yang besar karena secara teoritis memungkinkan penyediaan berbagai service secara sekaligus (multiservice) seperti telephony, internet, cable TV dan Video-On-Demand (VOD) dengan janji kecepatan transmisi data yang lebih tinggi dan harga yang terjangkau oleh pemakai. Jaringan HFC dapat diterapkan melalui pemanfaatan jaringan cable TV yang sudah luas seperti di Amerika Serikat ataupun dengan membangun infrastruktur cable TV yang baru dengan teknologi HFC
Dalam perlombaan untuk memenuhi keinginan pelanggan (consumer) akan servis Internet yang lebih cepat dan murah, suatu faktor yang memainkan peran yang penting adalah bandwidth (lebar pita) . Sebagai perbandingan, jaringan kabel telepon memiliki bandwidth yang rendah sehingga mempunyai kecepatan yang rendah sedangkan jaringan cable TV menyediakan bandwidth yang sangat lebar sehingga menawarkan kecepatan yang lebih tinggi. Dengan memanfaatkan keunggulan dari jaringan cable TV ini , pemakai Internet dapat memperoleh kecepatan sambungan 500-1000 kali lebih cepat daripada modem dial-up biasa dan 100-200 kali lebih cepat daripada sambungan ISDN yang ada saat ini. File-file yang biasanya membutuhkan waktu beberapa menit untuk di-download dapat dilakukan dalam waktu yang jauh lebih singkat. Hal ini menunjukkan potensi besar yang dimiliki jaringan untuk penyediaan pelayanan multimedia secara real time. Di Amerika Serikat jaringan CATV (singkatan yang umum digunakan untuk cable TV) tersebar pada lebih dari 60 juta rumah.
Dengan segala keunggulan tersebut beberapa hambatan yang dihadapi pada implementasi jaringan CATV sebagai multiservice provider adalah kebanyakan CATV menggunakan sistem full coaxial cable dengan kelemahan-kelemahan berikut:

· Rentan terhadap berbagai macam gangguan seperti stasiun radio AM/FM, radio CB, dll.

· Umur dan perubahan temperatur secara terus-menerus (temperature fluxes) menyebabkan retakan pada isolasi trunk sehingga kabel berubah menjadi suatu antena raksasa.

· Semua noise di atas dapat di-pick up oleh penguat dan merambat kepada node-node yang ada pada jaringan.

· Bila jaringan CATV pada suatu daerah tertentu melayani banyak pelanggan/rumah maka pada daerah tersebut akan timbul suatu medan elektromagnet yang kuat sehingga dapat mempengaruhi perangkat elektronik pada pesawat terbang yang melalui daerah tersebut.

Untuk menangulangi masalah-masalah yang disebutkan di atas maka digunakan fiber optic pada bagian trunk pada jaringan karena sebanyak 5% dari ingress muncul dari trunk tersebut. Situasi ideal yang diinginkan adalah menggunakan fiber sampai ke curb atau neighbourhood hub lalu menggunakan kabel coaxial sampai ke titik pelanggan sehingga membatasi dan melokalisasi ingress.

Topologi Jaringan

Jaringan HFC biasanya menggunakan jaringan tree and branch seperti halnya yang digunakan oleh jaringan CATV.
Gambar Jaringan kabel coax dengan struktur tree and branch untuk cable TV
Pada gambar di atas, headend adalah alat untuk menerima sinyal dari satelit maupun dari antena. Sinyal diproses secara elektronik, agar diperoleh kualitas gambar dan suara yang baik, dilakukan “scrambling” (pengacakan) untuk mencegah akses dari pihak-pihak yang tidak diinginkan serta dilakukan proses penyisipan iklan. Setelah diproses semua channel dikirim melalui kabel coaxial tunggal.
Dalam perjalanannya, sinyal frekuensi tinggi yang dikirimkan dari headend mengalami degradasi sehingga diperlukan penguat-penguat di sepanjang jalur kabel. Penguat-penguat ini biasanya menggunakan tegangan 60 VAC. Catu daya (berupa ferro conditioner atau UPS) biasanya dipasang di sepanjang jalur untuk memberikan daya pada penguat-penguat yang digunakan.Daya tambahan tersebut langsung disisipkan ke dalam kabel coaxial dan akan merambat bersama-sama dengan sinyal video.
Kabel feeder adalah kabel yang melalui suatu neighbourhood (beberapa rumah) dan dari kabel feeder ini coax bercabang beberapa buah tap. Pada setiap rumah pelanggan, suatu drop cable disambungkan dari tap, yang terletak di luar rumah, ke perangkat yang ada di dalam rumah. Jaringan tree and branch memperlihatkan diperlukannya UPS dibandingkan dengan pengkondisi sinyal tanpa baterai. Jika daya hilang pada salah satu catu daya sepanjang jalur maka pelanggan yang berada jauh di ujung jalur juga akan kehilangan servis kabel mereka.
Bila menggunakan jaringan HFC maka kabel coax yang digunakan pada bagian trunk diganti dengan jalur yang terbuat dari fiber optik. Pada jaringan HFC, penguat-penguat tetap digunakan sepanjang jalur yang kabel coax akan tetapi pada jaringan HFC ini terdapat fiber nodes dimana sinyal-sinyal optik dikonversikan kembali ke dalam bentuk sinyal listrik untuk diteruskan ke rumah pelanggan melalui kabel coax. Pada jaringan yang bisa untuk komunikasi dua arah (downstream dan upstream) maka fiber node juga dapat melakukan konversi dari listrik ke optik. Setiap fiber node ini memiliki catu daya sendiri untuk memberi daya kepada alat konversi optik/listrik dan/atau penguat trunk. Fiber node seringkali disebut sebagai Optical Terminal Node (OTN). Pada jaringan HFC yang besar OTN ini mampu untuk melayani 200 sampai dengan 1200 rumah (biasanya sekitar 500 rumah). Bagian fiber dari jaringan HFC ini mampu untuk mentransmisi sinyal sejauh 25 mil tanpa penguatan dan biasanya tidak memerlukan sumber daya.
Jaringan tree and branch bukan satu-satunya jaringan yang mungkin karena terdapat topologi jaringan lainnya yang dapat digunakan seperti topologi star, atau FSA (Fiber to Serving Area).
Pada topologi tree and branch, beberapa kabel fiber optik bercabang dari headend menuju ke node yang tersebar dalam bentuk topologi star. Selanjutnya pada masing-masing node tersebut sinyal diteruskan melalui kabel coax dengan menggunakan topologi tree and branch. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar berikut :
Gambar Jaringan HFC dengan topologi gabungan tree and branch dengan star

Komponen Utama

1. Headend

Headend merupakan bagian terpenting dari sistem HFC. Pada headend, sinyal dari bermacam-macam sumber (seperti sinyal satelit, sinyal off-air) diterima dan diubah menjadi bentuk pengantaran sinyal yang semestinya. Pada saat sinyal-sinyal telah siap untuk diantarkan, sinyal-sinyal tersebut digabungkan dalam sebuah kabel single dan siap untuk dikirim melalui jaringan. Headend ini terdiri atas beberapa bagian, antara lain adalah receiver, demodulator/decoder, modulator dan combiner.

• Receiver Fungsi receiver disini adalah sebagai penerima sinyal yang berasal dari stasiun bumi sebelum diteruskan ke modulator. Sedangkan fungsi stasiun bumi ialah  menangkap  sumber sinyal yang berasal dari satelit. Pada masing-masing receiver ini terjadi pemilahan sinyal untuk memilih satu channel yang diinginkan karena sinyal yang diterima dari satelit masih terdiri dari banyak channel. Sinyal tersebut kemudian diteruskan ke modulator.

• Demodulator / Decoder Untuk sumber sinyal yang merupakan sinyal off-air, sebelum sinyal RF broadcast yang diterima oleh antena tersebut dimasukkkan ke modulator  maka sinyal  tersebut dipisah terlebih dahulu berdasarkan channelnya. Pemisahan ini dilakukan oleh alat ini sendiri.

• Modulator sinyal-sinyal sumber di headend yang berbentuk sinyal baseband, sebelum dikirim ke combiner harus dimodulasikan dulu ke dalam sinyal pembawa RF. Oleh karena itu sinyal-sinyal sumber ini harus dilewatkan  ke sebuah modulator yang menempatkan komponen baseband  audio dan video pada sinyal pembawa RF.  

• 
  
  Combiner mengacu pada proses dari penempatan berbagai sinyal-sinyal RF dalam sebuah kabel tunggal untuk pendistribusian melalui jaringan.Sebelum sinyal–sinyal tersebut digabungkan terlebih dahulu dilakukan terjadi proses “scrambling” (pengacakan) sinyal untuk mencegah akses dari pihak-pihak yang tidak diinginkan serta dilakukan proses penyisipan iklan.Metode  penggambungan yang  paling  umum digunakan  dalam sistem broadband RF adalah a pairing-off sequence dimana grup-grup yang terdiri dari dua buah sinyal digabungkan  pada waktu yang bersamaan, kemudian grup-grup hasil penggabungan tersebut digabungkan lagi. Proses Ini berlanjut sampai semua sinyal berada dalam kabel yang sama. Untuk mendukung proses penggabungan, digunakan rangkaian mini yang disebut splitter.
  
  
  

• Cable Router berfungsi sebagai  interface antara tipe network standar (PSTN) dengan HFC headend distribution point, mengontrol  penggunaan bandwidth dan spektrum dalam komunikasi data di HFC dan mengatur semua cable modem yang terhubung padanya.Cable Telephony berfungsi sebagai interface  antara jaringan PSTN dengan HFC headend distribution point untuk menyalurkan layanan  telephony dalam komunikasi dua arah.

• Optoelektronik Sinyal yang dilewatkan melalui fiber adalah dalam bentuk optik (berupa cahaya). Cahaya adalah sebuah bentuk radiasi elektromagnetik dengan frekuensi yang sangat tinggi dengan rentang frekuensi dalam orde TeraHertz (THz). Seperti sinyal pembawa RF, sinyal pembawa gelombang cahaya juga dapat membawa informasi. Oleh karena sinyal yang keluar dari combiner masih berupa sinyal listrik (RF) maka sinyal ini harus diubah dulu menjadi sinyal optik (cahaya) dengan menggunakan optoelektronik yang mengubah sinyal listrik menjadi sinyal cahaya dan juga sebaliknya.Pengantaran sinyal melalui sebuah link optikal mencakup dua komponen utama yaitu :

1. Optical Transmitter  pada bagian optoelektronik di headend adalah titik dimana optoelektronik menerima sinyal pembawa RF dari combiner. Sinyal yang masuk ke optical transmitter berupa sinyal pembawa RF yang berbentuk sinyal listrik, karena itu untuk dapat dilewatkan pada saluran fiber optic sinyal ini harus diubah dulu ke bentuk cahaya. Transmitter inilah yang bertanggung jawab untuk mengubah input sinyal listrik menjadi sinyal optik dan mengirimkan sinyal optik tersebut ke saluran fiber optik Gambar  Skema Optical Transmitter.
2. Optical Receiver pada bagian optoelektronik di headend adalah titik dimana optoelektronik menerima sinyal optik dari saluran fiber optic yang merupakan sinyal upstream dari pelanggan. Sinyal memasuki receiver dalam bentuk cahaya (optik). Fungsi receiver ini adalah untuk mengambil kembali  sinyal RF asli dari pembawa gelombang cahayanya (lightwave carrier). Receiver akan mengkonversi sinyal optik yang diterima menjadi output listrik RF. Bagian-bagian utama dari optical receiver yang terlibat dalam proses konversi adalah focusing lens (lensa pemfokus), photodiode (fotodioda) dan RF amplifier (penguat RF). Gambar  Skema Optical Receiver
3. Penguat RF berfungsi untuk memperkuat sinyal RF yang dihasilkan oleh receiver.

2. Fiber Node

sebagaimana yang telah disebutkan diatas, fiber node adalah node pada jaringan di mana sinyaloptik dari trunk fiber diubah menjadi sinyal listrik untuk diteruskan ke kabel coax atau sebaliknya. Fiber node ini terdiri atas alat optoelektronik dan power inserter. Alat optoelektronik adalah alat yang mengkonversikan sinyal cahaya ke sinyal listrik atau sebaliknya.

• Optoelektronik  pada jaringan HFC terdiri atas dua bagian yaitu:Transmitter, Receiver,        Penguat RF;Ketiga jenis alat tersebut telah dijelaskan diatas.
  

• Power Inserter; Power inserter merupakan interface yang menghubungkan catu daya luar dengan node. Jadi, daya disalurkan ke dalam node melalui power inserter. Salah satu feature dari power inserter adalah surge suppression untuk melindungi kabel dari arus yang naik secara tiba-tiba (surge) dan tegangan yang berlebih (overvoltage).

3. Terminal

1. C I U (Customer Interface Unit)

Merupakan antarmuka antara terminal pelanggan dengan jaringan kabel koaksial HFC. Berbasis layanan dengan kemampuan 64 Kbps, pada sisi pelanggan dapat diadakan layanan POTS, ISDN kanal BRA dan data secara fleksibel. Dalam perkembangannya tersedia beberapa tipe perangkat sesuai dengan tingkat kebutuhan pelanggan. Dapat diletakkan dengan indoor atau outdoor mounting tergantung sistem pencatuan dayanya.

Sistem pencatuan daya terbagi atas :

a.Local power untuk masing-masing terminal CIU sebesar 100/240V AC dengan batere cadangan.

b.Catuan drop dari jaringan koaksial (pada terminal BONU) sebesar 60 atau 90V AC pada frekuensi 60 Hz.

2. Cable Modem

Cable modem adalah suatu alat yang memungkinkan akses berkecepatan tinggi ke Internet melalui suatu jaringan CATV. Cable modem biasanya mempunyai dua sambungan, salah satunya ke outlet di dinding dan satunya lagi ke komputer (PC). Kecepatan cable modem ini berbeda-beda. Dalam arah downstream, (dari network ke komputer) kecepatan dapat mencapai 36 Mbps. Hanya sedikit komputer yang mampu untuk disambungkan dengan kecepatan yang demikian tinggi sehingga nilai yang lebih realistis adalah antara 3 s.d. 10 Mbps. Dalam arah sebaliknya, yaitu upstream, kecepatan dapat mencapai 10 Mbps, tetapi kebanyakan produser modem akan memilih kecepatan lebih optimal antara 200 kbps dan 2 Mbps. Pada awal pemakaian cable modem maka setup yang asimetris akan lebih banyak digunakan dimana downstream channel memiliki alokasi bandwidth yang lebih tinggi daripada upstream. Hal ini adalah karena aplikasi-aplikasi internet yang ada saat ini cenderung untuk bersifat asimetris. Kegiatan-kegiatan yang bersifat downstream seperti World Wide Web (http) mengirim lebih banyak data ke komputer daripada ke network.
Sebenarnya penggunaan kata “modem” untuk alat ini bisa menyesatkan karena dapat menimbulkan bayangan terhadap modem telepon biasa. Kesamaan antara cable modem dan modem biasa adalah bahwa kedua-duanya melakukan modulasi dan demodulasi terhadap sinyal. Akan tetapi cable modem jauh lebih kompleks dibandingkan kakaknya si modem telepon. Cable modem dapat berperan sebagai modem, tuner, alat untuk encryption/decryption, bridge, router, ethernet hub dan sebagainya sesuai dengan service yang dilayani.Biasanya cable modem menerima dan mengirim data dengan cara yang berbeda. Pada arah downstream, data digital dimodulasi kemudian ditumpangkan pada carrier televisi 6 MHz, diantara 42 Mhz dan 750 Mhz. Terdapat banyak cara modulasi tetapi yang dua teknik yang paling populer digunakan adalah QPSK (sampai dengan 10 Mbps) dan QAM64(sampai dengan 36 Mbps). Sinyal ini dapat diletakkan dalam kanal 6 MHz pada kedua sisi sinyal TV tanpa mengganggu sinyal video cable TV. Pada jaringan cable yang diaktifkan pada kedua arah, transmisi upstream (juga disebut sebagai reverse path) dilakukan pada frekuensi antara 5 dan 40 MHz. Lingkungan frekeunsi tersebut cenderung mempunyai banyak derau , dengan gangguan dari radio HAM, radio CB dan derau impuls dari alat-alat rumah. Sebagai tambahan, derau-derau lain juga datang dari konektor-konektor yang yang tidak dipasang secara erat ataupun dari kabel-kabel jelek. Oleh karena jaringan yang digunakan berbentuk tree and branch maka semua noise terakumulasi dalam arah upstream. Untuk mengurangi masalah ini kebanyakan produser menggunakan QPSK atau metode modulasi yang sejenis yang bersifat lebih robust, akan tetapi QPSK lebih lambat dibandingkan QAM.

3. Set Top Box (STB)

Set Top Box adalah alat yang dipasang di rumah pelanggan untuk memilih channel, merekam dan menggunakan fasilitas-fasilitas lain yang disediakan oleh provider. STB antara lain melakukan proses unscrambling sinyal dari channel-channel yang sudah di-subscribe oleh pelanggan.

Alokasi Frekuensi

Gambar Alokasi Frekuensi HFC