ANALISIS PENGARUH REDAMAN HUJAN PADA TEKNOLOGI VSAT SCPC TERHADAP LINK BUDGET ARAH UPLINK DAN DOWNLINK Anggun Fitrian Isnawati1 Wahyu Pamungkas2 Susi Susanti D3 1,2,3 Akademi Teknik Telekomunikasi Sandhy Putra Purwokerto Jl. D.I Panjaitan No.128 Purwokerto,Telp: (0281) 641629 1
[email protected],
[email protected],
[email protected] ABSTRAK Salah satu redaman propagasi yang harus diperhitungkan ketika menggunakan komunikasi satelit adalah redaman propagasi atmosfer, yaitu redaman hujan. Carrier to Noise Total (C/N)Tot akan berkurang karena adanya pengurangan daya carrier yang diterima oleh satelit dan pengurangan daya carrier yang diterima oleh stasiun bumi. Berkurangnya nilai Carrier to Noise Total (C/N)Tot akan mengakibatkan penurunan nilai (Eb/No) yang diterima oleh modem, sehingga akan mempengaruhi performansi pada teknologi VSAT SCPC. Maka diperlukan sebuah analisis terhadap pengaruh redaman hujan terhadap link budget arah uplink dan downlink, sehingga dapat diketahui berapa besarnya redaman yang terjadi. Dengan melakukan perhitungan terhadap link budget arah uplink dan downlink serta menghitung besarnya redaman hujan menggunakan ITU-R Model, maka dapat diketahui berapa nilai redaman hujan yang terjadi. Dari hasil perhitungan terhadap link budget arah uplink dan downlink serta menghitung besarnya redaman hujan, maka dapat diketahui bahwa nilai redaman hujan arah uplink dan downlink masing-masing adalah 2,5 dB (1,7783 Watt) dan 0,4 dB (1,0965 Watt). Apabila hasil perhitungan dibandingkan dengan data di lapangan, maka nilai hasil perhitungan hampir sama dengan hasil data di lapangan. Kata kunci: VSAT SCPC, 16-QAM, ITU-R, Link Budget, Redaman Hujan
ABSTRACT One of the propagation attenuation which must be taken into account when using satellite communications is the propagation attenuation of the atmosphere, the propagation is rain attenuation. Total Carrier to Noise (C/N)Tot will be reduced because of the reduction of carrier power received by the satellite and the reduction of carrier power received by earth stations. Reduced total value of Carrier to Noise (C/N)Tot will decrease the value (Eb/No) received by modem, so that will affect the performances of the SCPC VSAT technology. Then need an analysis of the affect of rain attenuation on the link budget uplink and downlink, so that can know how much attenuation occurs. With a link budget calculation of uplink and downlink and calculating rain attenuation using ITU-R Model, it can be known how much the value of rain attenuation occurs. From the calculation of the link budget and downlink as well as calculate the rain attenuation, it is known that the rain attenuation values uplink and downlink, respectively, are 2,5 dB (1,7783 Watt) and 0,4 dB (1,0965 Watt). If the calculation result compared with the data in the field, then the value of the calculation is similar to the results of the data in the field. Keywords : VSAT SCPC, 16-QAM, ITU-R, Link Budget, Rain Attenuation 1.
PENDAHULUAN Saat ini penggunaan sistem telekomunikasi yang berkapasitas besar dan berkecepatan tinggi sangat diperlukan, mengingat kebutuhan akan sarana komunikasi yang akan membantu manusia dalam melakukan aktifitas sehari-hari. Penggunaan frekuensi tinggi pada sistem komunikasi menggunakan gelombang mikro sangat diperlukan. Salah satu sistem komunikasi yang menggunakan gelombang mikro adalah sistem komunikasi satelit. Gagasan tentang komunikasi satelit pertama kali diungkapkan oleh Arthur C. Clarke dalam Wireless World, dalam sebuah majalah teknologi di Inggris pada tahun 1945, tentang teori mengenai manfaat orbit geostationer yaitu mengenai persyaratan konsep sistem komunikasi global. Dengan menempatkan pada orbit geostationer maka satelit akan terus menerus berada pada titik yang sama di
atas bumi dan dapat menerima atau me-relay sinyal pada hampir seluruh belahan bumi. [1] Salah satu teknologi dari jaringan komunikasi satelit adalah Very Small Aperture Terminal (VSAT). VSAT merupakan salah satu perantara antara stasiun bumi yang memiliki ukuran kecil dengan satelit. Jaringan komunikasi satelit VSAT terdiri dari sebuah stasiun induk dan sejumlah stasiun pelanggan yang letaknya secara geografis berjauhan, sehingga timbul banyak permasalahan. Untuk mengatasi permasalahan tersebut maka dilakukan penerapan teknologi VSAT yang menggunakan metode point to point atau yang sering disebut dengan Single Channel Per Carrier (SCPC). [2] Salah satu redaman propagasi yang harus diperhitungkan ketika menggunakan komunikasi satelit adalah redaman propagasi atmosfir, yaitu
1
redaman hujan. Hal ini dikarenakan Indonesia adalah negara tropis, yang relatif sering terjadi hujan deras. Carrier To Noise Uplink (C/N)u akan berkurang akibat hujan karena adanya pengurangan daya carrier yang diterima oleh satelit, Carrier To Noise Downlink (C/N)d akan berkurang akibat hujan selain karena adanya pengurangan daya carrier yang diterima oleh stasiun bumi juga akibat berkurangnya Gain to Noise Temperature Ratio (G/T) akibat peningkatan temperatur noise di penerima. 2.
TUJUAN PENELITIAN Tujuan dari penyusunan penelitian ini adalah menganalisa pengaruh redaman hujan pada teknologi VSAT SCPC terhadap link budget arah uplink dan downlink. 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Studi Observasi Studi obervasi dilakukan perhitungan atas parameter-parameter curah hujan, serta link budget arah uplink dan downlink. 3.2 Variabel Penelitian Variabel yang digunakan dalam penelitian adalah Energy Per Bit to Noise Density Ratio (Eb/No), Automatic Power Uplink Control (AUPC) dan Story Event. 3.3 Metode Analisis Metode analisis yang digunakan adalah deskriptif, yaitu memaparkan perilaku pengaruh redaman hujan yang direpresentasikan oleh data curah hujan terhadap parameter-parameter link budget pada arah uplink dan downlink.
4. DASAR TEORI 4.1 Very Small Aperture Terminal (VSAT) Very Small Aperture Terminal (VSAT) adalah suatu perangkat pemancar dan penerima sinyal yang menggunakan transmisi satelit, yang tersebar di banyak lokasi dan terhubung ke stasiun hub melalui satelit.
Gambar 2. Jaringan Bintang (Star Network) [3] Very Small Aperture Terminal (VSAT) terdiri dari dua, yaitu outdoor unit (ODU) dan indoor unit (IDU). Outdoor unit (ODU) merupakan interface
antara VSAT dan satelit, dan Indoor unit (IDU) adalah interface antara VSAT dan terminal pelanggan atau Local Area Network (LAN). a. Outdoor Unit (ODU) Outdoor unit (ODU) terdiri dari antena, Low Noise Amplifier (LNA), up dan down converter. b. Indoor Unit (IDU) Indoor Unit (IDU) adalah perangkat yang terletak pada bagian pelanggan. IDU terdiri MODEM (Modulation dan Demodulation). Perangkat IDU terbagi menjadi dua bagian, yaitu bagian pengirim dan penerima, yang mendukung interface komunikasi untuk aplikasi komunikasi, seperti Local Area Network (LAN), server, Personal Computer (PC) dan Televisi. 4.2 Sistem Single Channel Per Carrier (SCPC) Sistem Single Channel Per Carrier (SCPC) merupakan jenis komunikasi satelit, dimana hubungan komunikasi antara dua buah stasiun bumi adalah secara langsung (point to point) tanpa ada stasiun pusat sebagai pengontrol, seperti yang terlihat pada Gambar 3. Teknologi VSAT SCPC berfungsi untuk melaksanakan proses pengolahan kanal suara (voice channel) dengan band frequency dari 0.3 sampai dengan 3.4 KHz menjadi kanal Radio Frequency (RF) untuk dipancarkan ke satelit dan atau sebaliknya mengolah kanal RF menjadi kanal suara.
Gambar 3 Single Channel per Carrier (SCPC)[4] Setiap kanal suara mempunyai carrier tersendiri yang berbeda satu sama lain, sehingga pada saat proses komunikasi tidak mengganggu atau terganggu oleh carrier yang lain. Teknologi VSAT SCPC menggunakan metode akses Frequency Division Multiple Access (FDMA), cara kerja dari metode akses FDMA adalah metode dengan pemberian frekuensi-frekuensi yang berbeda pada stasiun bumi penerima. Frekuensifrekuensi yang berbeda sudah ditentukan untuk setiap carrier sehingga tidak saling tercampur. Dengan penggunaan metode akses FDMA, maka aplikasi transponder satelit digunakan dedicated bandwidth, sehingga dapat digunakan untuk komunikasi suara. Pada Gambar 4 memperlihatkan ketika terjadi pembicaraan atau signaling, frekuensi-frekuensi ditransmisikan ke satelit dan menduduki transponder tertentu. Traffic channels merupakan frekuensi-frekuensi yang dtransmisikan dan menduduki transponder tertentu, sedangkan control channels merupakan saluran pengontrol frekuensi,
2
yang digunakan oleh stasiun bumi untuk meminta kanal komunikasi dan untuk mengontrol jaringan untuk pengiriman frekuensi yang sesuai dengan alamat stasiun pengirim dan alamat stasiun penerima.
Gambar 4 Penggunaan Bandwidth Transponder untuk Slot Frekuensi SCPC[5]
4.3 Link Budget Komunikasi Satelit Link budget merupakan perhitungan besarnya penerimaan sinyal yang diterima oleh satelit sebagai receiver berdasakan power yang ditransmisikan dari stasiun bumi sebagai pemancar yang dipengaruhi redaman-redaman (losses) dan penguatan-penguatan (gain) yang mempengaruhi sampai ke receiver. Link komunikasi satelit terbagi menjadi dua arah, yaitu arah uplink yang merupakan arah pancaran sinyal dari stasiun bumi pengirim ke arah antena pada satelit dan arah downlink yang merupakan arah pancaran sinyal dari satelit ke arah stasiun bumi penerima. 4.3.1 Link Budget Arah Uplink a. Slant Range (D) Merupakan jarak sebenarnya antara stasiun bumi dengan satelit, yang diukur secara garis lurus dari stasiun bumi menuju satelit. b. Gain Antenna Transmitter (GTx) Merupakan besarnya nilai dari power yang harus disediakan oleh antena pengirim untuk mengirimkan sinyal ke antena satelit. c. Effective Isotropic Radited Antenna (EIRP) Merupakan nilai efektif daya yang digunakan untuk memancarkan carrier dari antena stasiun bumi sebelum terpengaruh oleh redaman ruang bebas. d. Free Space Loss Uplink (Lfs)up Merupakan nilai pengurangan daya sinyal kirim selama menempuh jarak propagasi dari stasiun bumi pengirim ke antena penerima yang ada pada satelit. e. Gain to Noise Temperature Ratio Uplink (G/T)up Merupakan nilai performansi sistem penerimaan pada antena penerimaan satelit. f. Uplink Path Loss (LTot)up Merupakan total nilai pengurangan daya sinyal kirim dari stasiun bumi selama menempuh propagasi ke antena penerima pada satelit. g. Carrier to Noise Ratio Uplink (C/N)up Merupakan perbandingan antara daya sinyal carrier yang diterima oleh antena penerima dengan harga noise yang ada pada sistem penerima tersebut.
4.3.2 Link Budget Arah Downlink a. Gain Antenna Receiver (GRx) Merupakan nilai dari power yang harus disediakan oleh antena penerima untuk menerima sinyal yang berasal dari antena satelit. b. Effective Isotropic Radiated Antenna (EIRP) saturasi Merupakan nilai dari power satelit (keluaran amplifier satelit) untuk memancarkan frekuensi downlink ke stasiun bumi penerima. c. Free Space Loss Downlink (Lfs)dn Merupakan nilai pengurangan daya sinyal kirim dari selama menempuh jarak propagasi dari antena satelit ke antena stasiun bumi. d. Gain to Noise Temperature Ratio (G/T) saturasi Merupakan nilai sensitifitas dari transponder satelit dan antena penerima, dan nilai dari (G/T) saturasi satelit dapat diketahui dari peta footprint pada satelit tertentu. e. Downlink Path Loss (LTot)dn Merupakan total nilai pengurangan daya sinyal kirim dari satelit selama menempuh propagasi ke stasiun bumi penerima. f. Carrier to Noise Ratio Downlink (C/N)dn Merupakan perbandingan antara daya sinyal carrier yang diterima oleh antena penerima dengan harga noise yang ada pada sistem penerima tersebut. g. Energy Per Bit to Noise Density Ratio (Eb/No) Merupakan perbandingan dari energi per bit perkepadatan derau dari keluaran demodulator pada sistem modulasi digital. Besaran ini juga menunjukkan kualitas dari sinyal Radio Frequency (RF) yang diterima oleh modem. h. Bit Error Ratio (BER) Merupakan perbandingan dengan jumlah bit yang diterima secara tidak benar dengan jumlah bit informasi yang ditransmisikan pada selang waktu tertentu. Parameter BER adalah parameter yang digunakan untuk menilai performance transmisi digital. Semakin rendah parameter BER yang dihasilkan oleh suatu transmisi digital, semakin baik performance transmisi digital tersebut. 4.4 ITU-R Model Redaman hujan merupakan rugi-rugi yang disebabkan oleh butiran air hujan yang berpengaruh pada propagasi sinyal sistem komunikasi satelit serta dipengaruhi besarnya frekuensi, ketinggian hujan dan polarisasi dari gelombang yang dipancarkan. a. Menghitung Tinggi Hujan Dengan ketentuan sebagai berikut: Jika latitude > 36°, maka: .............. (1) Jika Latitude < 36°, maka hR = 4 km Keterangan : hR = tinggi hujan di atas permukaan laut (km) b. Menghitung panjang slant path dalam hujan Untuk E < 5°, maka:
3
.................. (2)
pada keadaan cerah (clear sky) adalah sebesar 8,80237 dB, dan standarisasi nilai Eb/No di lapangan pada keadaan cerah atau dalam kondisi bagus 8,5 dB.
................................................... (3)
5.2 Analisis Hasil Perhitungan Eb/No saat Keadaan Cerah dan saat Terjadi Hujan Dari hasil perhitungan nilai Eb/No saat keadaan cerah (clear sky) dan perhitungan nilai Eb/No, dapat diketahui bahwa akan terjadi nilai penurunan nilai Eb/No apabila terjadi hujan. Nilai Eb/No saat keadaan cerah (clear sky) adalah 8,80237 dB dan nilai Eb/No saat hujan adalah 8,29805 dB, penurunan nilai Eb/No 0,5 dB (1.122 Watt).
Untuk E>5°, maka:
Keterangan : hR = tinggi hujan di atas permukaan laut (km) hS = tinggi stasiun bumi terhadap permukaan laut (km) E = sudut elevasi antena (°) LSl = panjang lintasan dari titik stasiun bumi hingga titik hujan (km) c. Menentukan intensitas / laju hujan untuk outage time tertentu R0,01 = bergantung dari daerah (valid untuk E>5°) d. Menghitung redaman per km (dB/km) .............................................. (4) e. Menghitung faktor penurunan horisontal (r0,01) ....................................... (5) Keterangan : E = sudut elevasi antena (°) LSl = panjang lintasan dari titik stasiun bumi hingga titik hujan (km) f. Perhitungan panjang efektif hujan (LE) .............................................. (6) g. Perhitungan Redaman Hujan ................................................. (7) 5. HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1 Analisis Hasil Perhitungan Eb/No Menggunakan Rumus Dengan Standarisasi Eb/No Pada Modem CDM-600 Dengan menginputkan parameter-parameter stasiun bumi dan satelit, maka diperoleh nilai Eb/No sebesar 8,80237 dB (7.5899 Watt). Apabila dibandingkan dengan standarisasi dari modem CDM-600, maka memiliki selisih sebesar 1,1 dB, namun perbandingan nilai antara hasil perhitungan dan standarisasi tidak terlalu signifikan. Hal ini disebabkan ada nilai margin yang harus ditambahkan pada parameter (C/N), sebesar 1 dB (1,2589 Watt) sampai 1,5 dB (1,4125 Watt). Nilai margin dimaksudkan agar penerima dapat menerima sinyal dengan kualitas yang masih baik. Selain itu, selisih nilai antara hasil perhitungan dengan standarisasi dari nilai Eb/No pada CDM600 masih dalam range modulasi dan nilai FEC yang sama. Hasil nilai perhitungan Eb/No pada keadaan cerah (clear sky) hampir mendekati nilai Eb/No yang menjadi standarisasi di lapangan pada keadaan cerah (clear sky). Dimana hasil perhitungan Eb/No
5.3 Analisis Hasil Perhitungan Eb/No saat Terjadi Hujan dengan Data di Lapangan Penurunan nilai Eb/No standarisasi di lapangan hampir mendekati nilai perhitungan Eb/No sebesar 8,29805 dB, seperti yang terlihat pada Tabel 3.1, dimana nilai Eb/No 8.4 dB sampai 7.5 dB yang mengartikan bahwa link komunikasi satelit terjadi gangguan atau ketidakstabilan link komunikasi dari BSC Makasar ke BTS Bualemo. Salah satu faktor dari penurunan nilai Eb/No adalah redaman hujan. 5.4 Hubungan Eb/No dengan BER BER adalah parameter yang digunakan untuk menilai performansi dari sebuah transmisi. Nilai Eb/No yang didapatkan adalah sekitar 8.8 dB, sehingga nilai BER sesuai dengan Gambar 8 adalah sekitar 7x10-10, yang artinya adalah dalam pentransmisian 1010 bit, hanya diperbolehkan 7 bit yang rusak.
Gambar 8 Nilai BER Berdasarkan Eb/No, modulasi 16-QAM dan FEC ¾[9]
4
6. KESIMPULAN Berdasarkan hasil perhitungan dan analisis yang telah dilakukan, maka dapat diperoleh kesimpulan: a. Redaman hujan yang terjadi pada saat pentransmisian sinyal Radio Frequency (RF), akan menurunkan nilai dari Eb/No. Dari hasil perhitungan penurunan nilai Eb/No akibat hujan adalah sebesar ≈ 0,5 dB, meskipun penurunan kecil, sangat mempengaruhi dari link komunikasi satelit yang digunakan. b. Nilai Eb/No yang didapat dari lapangan hampir mendekati hasil perhitungan link budget Eb/No. DAFTAR PUSTAKA [1] Shato. Sistem Penerima TV Satelit. 2009. [2] Parlindungan. 2008. Analisa Tahapan Optimalisasi Link VSAT Metode Akses SCPC Studi Kasus Telkomsel MSC Jayapura – BSC Merauke. Depok: Fakultas Teknik Universitas Indonesia. [3] Simanjuntak, T.L.H. 2004. Sistem Komunikasi Satelit. PT. Alumni. Bandung. [4] Maral, Gerard. 2003. VSAT Networks Second Edition. England: John Wiley & Sons, Ltd. [5] Elbert, Bruce R. 2004. Satellite Communication Applications Handbook Second Edition. Boston, London : Artech House. [6] Isnawati, Anggun Fitrian. 2008. Pengkodean Data. Purwokerto: Diktat Kuliah Komunikasi Data. Akademi Teknik Telekomunikasi Sandhy Putra Purwokerto. [7] Noermartyas, Aditya Rizki. 2009. Analisis Penurunan Level Sinyal Akibat Hujan Pada Komunikasi Satelit Teknologi Very Small Aperture Terminal (VSAT) Link BSC Timika – BTS Supiori Studi Kasus PT. Patrakom Indonesia – PT. Telkomsel. Purwokerto: Akademi Teknik Telekomunikasi Sandhy Putra Purwokerto. 2009. [8] Pamungkas, Wahyu. 2005. Komunikasi Satelit. Purwokerto: Diktat Kuliah Akademi Teknik Telkomunikasi Sandhy Putra Purwokerto. [9] Pahlevie, Denny. 2009. Analisis Pengaruh Pointing Antena Stasiun Bumi Terhadap Penerimaan Parameter-Parameter Sinyal Link Budget Satelit Arah Downlink. Purwokerto: Akademi Teknik Telekomunikasi Sandhy Putra Purwokerto. 2009.
5
