SATELLITE LINK 1. 2. 3. 4.
Review parameter antena, thermal noise, etc Anatomi link satelit Rugi-rugi Analisa link budget dasar untuk kondisi clear sky dan hujan
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
1
Obyektif Perkuliahan
Dapat memahami antena dan mekanisme kerjanya Dapat memahami link komunikasi satelit dan rugi-rugi. Dapat memahami link budget Referensi : Maral, G and Bousquet, M., “Satellite Communication Technology : System and Design”, John Willey and Son, 1995 Chapter 2, page FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
2
Agenda Perkuliahan Parameter antena Anatomi link satelit Analisa link budget dasar untuk kondisi clear
sky dan hujan
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
3
Basic Link Analysis Transponder
(C/N0)Up GR
GT
GTmax
Uplink
θT
θR
θR
θT
Downlink GR
(C/N0)Tot GT GRmax
(C/N0)Dn
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
4
Parameter Antena Gain
Antena adalah divais pasif (tidak menghasilkan daya atau penguatan) Gain yang dimaksud adalah bila dibandingkan antena lain Satuannya adalah dBi (ref. antena isotropis) dan dBd (ref. antena dipole /2) Radiation pattern
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
5
Parameter Antena Gain Gmax
4 2 Aeff
Gmax
D
Aeff A D 2
2
2
55% 75%
i s f z Efisiensi akibat : iluminasi, spill over, kerataan
permukaan, ketidaksesuaian impedansi, loss ohmic, dll FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
6
Parameter Antena Beam Width Koefisien iluminasi
Efisiensi 0,6
70o
Gmax
3dB
29000
3dB
2
70 D 3dB 170 10
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
Gmax,dBi 20
7
Parameter Antena Polarisasi
Orientasi antena
Loss yang timbul akibat ketidaksesuaian polarisasiantena dengan gelombang datang
2 FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO PLF a ER a A cos 2 8
Parameter Antena XPD (cross polarization
discrimination) ac XPD dB 20 log ax
vertical
vertical
a
ac
XPI (cross polarization
isolation)
bx
ac XPI dB 20 log bx
ax bc
b horisontal FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
horisontal 9
Parameter Antena Effective Radiated Power Sama dengan daya output HPA dikalikan dengan Gain antena (dengan antena referensi adalah antena dipole)
ERP PT GT EIRP = ERP dengan antena
referensi adalah antena isotropis
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
10
Parameter Antena GT=1
Antena isotropis Daya radiasi per sudut ruang PT/4
Power Flux Density PT
PG T T2 4R
RSL (Received Signal
Antena isotropis Daya radiasi per sudut ruang PTGT/4
Level)
PR Areff
GT PT
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
11
Parameter Antena Received Signal Power Gunakan teori transmisi Friis
1 PR PT GT LFS
LFS
4R
GR
2
LFS (dB) 32.44 20 log R( Km) 20 log f (MHz )
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
12
CONTOH UPLINK
DSB 4m; PTSB 100W ; f u 14GHz; R 40000Km 3dBsat 2o ;sat 0,55;SB 0,6
Maxsat ?; PRsat ? DOWNLINK
PTsat 10W ; f D 12GHz;3dBsat 2o ;sat 0,55 DSB 4m; R 40000Km;SB 0,6
MaxSB ?; PRSB ? LFS ? FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
13
Rugi-rugi dan Noise Rugi-rugi yang harus diperhitungkan Redaman propagasi atmosfer free space loss dan redaman hujan Rugi-rugi pada perangkat pemancar dan penerima redaman kabel feeder Rugi-rugi kesalahan pengarahan antena Rugi-rugi ketidaksesuaian polarisasi XPD, XPI Sumber noise Sumber natural yang meradiasi di sekitar lokasi antena Noise yang dihasilkan oleh komponen perangkat penerima
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
14
Rugi-Rugi Redaman di atmosfer (hujan,
awan, salju, es, gas-gas di troposfer dan ionosfer)
L LFS LA Redaman di Perangkat Tx dan Rx
PRx PR LFRx [W ] Loss karena ketidaktepatan
pengarahan 2
LT 12 T [dB] 3dB 2
LR 12 R [dB] 3dB
Loss karena ketidaksesuaian
polarisasi Lihat penjelasan sebelumnya FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
15
LAPISAN ATMOSFIR
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
16
Noise Sumber noise Noise yang dihasilkan oleh sumber radiasi natural terletak dalam daerah penerimaan antena Noise yang dihasilkan oleh komponen elektronik sebagai interferensi
N N 0 BN T N kB k : Konst Boltzman
Rapat spektral white noise
k 1,379 10 23 W
k 228,6 dBW FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
HzK
HzK
17
Noise Temperatur derau elemen 2-port
T N kB Temperatur derau elemen 4-port
Gk Te To B Te To T F 1 e To To GkTo B
Temperatur derau
sebuah atenuator Te L ATT 1TATT TATT To FATT L ATT
Temperatur derau
sebuah divais yang terdiri dari beberapa elemen secara kaskade
Te : suhu noise efektif To = 290o K : suhu noise referensi Temperatur derau sebuah antena
1 TA Tb , G , d 4
Te Te1 F F1
TURUNKAN PERSAMAAN INIFAKULTAS !!! TEKNIK
Te 2
G1
F2 1
ELEKTRO
Te3
G1
G1G2
F3 1
G1G2 18
contoh
IF amp
LNA
MIX ER
TeRX LO
LNA : TLNA = 150 K, GLNA = 50 dB Mixer : TMX = 850 K, GMX = - 10 dB (LMX = 10 dB) IF Amplifier : TIF = 400 K, GIF = 30 dB Maka : TeRX = 150+(850/10^5)+(400/(10^5*10^-1)) TeRX = 150 K FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
19
Noise Temperatur noise di Rx
T1 TA LFRx
TR 1TF GFRx
T1 TA 1 T2 1 LFRx LFRx LFRx
TF TR
TURUNKAN PERSAMAAN INI !!! FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
20
Signal to Noise pada Input Rx Figure of Merit
EIRP perangkat pemancar Path loss medium transmisi G/T perangkat penerima
Temperatur noise antena
Antena satelit
Bergantung pada frekuensi dan posisi orbit
Antena stasiun bumi
Clear sky Kondisi Hujan FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
21
Temperatur Antena Temperatur antena
satelit
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
22
Temperatur Antena Temperatur antena SB
TA TSKY TGround TSKY 1 TGround TA Tm 1 A Ahjn hjn Tm 260 K 280 K Sangat dipengaruhi Frek Sudut elevasi Kondisi atmosfer
Tm : mean thermodynamic temp. Harga TG berdasarkan ITU-R
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
23
Temperatur Antena Temperatur derau clear sky frek & sudut elevasi
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
24
Temperatur Noise
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
25
Contoh Perhitungan Uplink (clear sky)
F = 14GHz Untuk ES:
PTX = 100W, LFTX = 0,5 dB Diameter Ant = 4 m Efisiensi antena = 0,6 Pointing error = 0,1o
Jarak ES-Sat = 40000 km LA = 0,3 dB Untuk Sat
Beamwidth = 2o Efisiensi antena = 0,55 Noise figure = 3 dB LFRX = 1 dB, T F = 290 K FAKULTAS TEKNIK TA = 290 K
ELEKTRO
26
Contoh Perhitungan Downlink (clear sky)
F = 12GHz Untuk Sat: PTX = 10W, LFTX =1 dB o Beamwidth = 2 Efisiensi antena = 0,55 Jarak Sat-ES = 40000 km LA = 0,3 dB Untuk ES, terletak di ujung cakupan satelit Efisiensi antena = 0,6 Noise figure Rx = 1 dB LFRX = 0,5 dB, TF = 290 K Diameter antena = 4m Kesalahan pointing = 0,1o To = 290 K, Tsky = 20 K TGround= 45K FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
NoD - 206.4 dB(W/Hz)
27
(C/No)D = 94.9 dB (Hz)
Perhitungan Link Satelit 1
1
1
C C C N Total N u N d
TURUNKAN PERSAMAAN INI !!!
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
28
Perhitungan kondisi hujan Uplink
C/N0 uplink akan berkurang akibat hujan karena adanya pengurangan daya carrier yang diterima oleh satelit (bertambahnya loss)
LU LFS LA Downlink
LD LFS LA TSKY 1 TA Tm 1 TGround Ahjn Ahjn Tm 260 K 280 K
G berubah T stabum
C/N0 downlink akan berkurang akibat hujan selain karena adanya pengurangan daya carrier yang diterima oleh stabum (bertambahnya loss) juga akibat berkurangnya G/T akibat peningkatan temperatur noise di penerima
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
29
Pengaruh Medium Propagasi Efek curah hujan Redaman Cross Polarisasi Redaman hujan
Prosedur penentuan
redaman hujan (berdasarkan ITU-R)
ARain R Le
R (dB/km) bergantung frek dan intensitas hujan (mm/h) Le panjang lintasan efektif gel dalam hujan
Hitung tinggi hujan Hitung panjang slant path dalam hujan Tentukan intensitas/ laju hujan untuk outage time tertentu Hitung faktor reduksi untuk outage time tertentu Hitung Le Penentuan R Penghitungan Arain
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
30
Pengaruh Medium Propagasi 1
3 0,028 (Latitude) jika 0 latitude 36o hR km o 4 0,075latitude 36 jika latitude 36 hs
LS
2
hR hS
sin E
R0,01 bergantung dari daerah
3
hs : tinggi SB dari permukaan laut Valid untuk E>5o
Utk R0,01 ≥ 100 mm/hr R0,01 = 100 mm/hr
4 5
L0 km 35e
Le LS r0,01
0, 015R0 , 01
6
7
ITU-R 1997
ARain p 0,01 R Le
r0,01 1
1 LS
L0 cos E
R dari nomogram
0,546 0, 043 log p 31 TEKNIK ELEKTRO AFAKULTAS p A p 0 , 01 12 p Rain Rain
Pengaruh Medium Propagasi Peta daerah hujan oleh CCIR [1988 ITU]
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
32
Pengaruh Medium Nomogram untuk
menentukan redaman R
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
33
CONTOH
Diketahui : Kota Posisi Ketinggian Elevasi Polarisasi Frekuensi P
: Bandung : 7o LS : 0,7 Km : 80o : Horisontal : 6 GHz : 0,01 %
Hitung Ahjn = ?
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
34
Pengaruh Medium Propagasi
[rodden] FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
35
Pengaruh Medium Propagasi Cross Polarization (ITU-R P618-7)
XPD dB U 20 log ARain
U dB 30 log f DE 2 I DE dB 40 log E
I 10 log 0,5 1 cos 4 e Keterangan : Berlaku untuk 3 – 37 GHz f : frek dalam GHz E : sudut elevasi dalam derajat : polarisation tilt angle relatif thdp horisontal
m2
2 = 0,0053 2 distribusi sudut jatuhnya titik air I() dapat diabaikan untuk polarisasi sirkular m2 = 0,0053 m Dengan : deviasi standar distribusi sdt inklinasi hujan = 0o, 5o, 10o, 15o untuk p = 1, 0.1, 0.01, 0.001 pada 14/11 GHz Harga XPD tipikal adalah : 20 dB untuk p = 0,01%
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
36
Kompensasi Akibat Propagasi Cross Polarization Uplink : mengkoreksi polarisasi antena pemancar dengan mengantisipasi sedemikian sehingga gelombang datang matched thd antena satelit Downlink : dengan menyesuaikan polarisasi antena terhadap gelombang datang Redaman Memberikan margin agar (C/N0)hujan = (C/N0)req meningkatkan EIRP membutuhkan tambahan daya transmit bisa menimbulkan intermodulasi Site diversity Adaptivity FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
37
Kompensasi Akibat Propagasi Teknik Perbaikan dalam Kom. Sat
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
38
Interferensi dari Satelit Berdekatan
Mode interferensi yang mungkin terjadi :
Macam-macam mode interferensi antara satelit dan terestrial : A1 Transmisi dari stasiun terestrial menyebabkan interferensi yang di terima oleh stasiun bumi baru A2 Transmisi dari stasiun bumi baru menyebabkan interferensi yang di terima oleh tasiun terestrial C1 Transmisi dari satelit baru menyebabkan interferensi yang di terima oleh stasiun terestrial C2 Transmisi dari stasiun terestrial menyebabkan interferensi yang di terima oleh satelit baru
Propagasi Free Space Jaringan Satelit baru baru
Jaringan Satelit lama P r o p a g a s i
E B2
C2 B2
F r e e
B1
C1 B1
S p a c e
A2 F
A1
Stasiun Terestrial
Stasiun Bumi
Propagasi troposfer
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
39
Interferensi dari Satelit Berdekatan
Macam-macam mode interferensi antara jaringan satelit yang berlainan dengan penggunaan frekuensi yang sama : B1 Transmisi dari satelit baru menyebabkan interferensi yang di terima oleh stasiun bumi lama dan sebaliknya B2 Transmisi dari stasiun bumi baru menyebabkan interferensi yang di terima oleh satelit lama dan sebaliknya
Macam-macam mode
interferensi antara jaringan satelit yang berlainan dengan penggunaan frekuensi yang sama secara 2 arah : E Transmisi dari satelit baru menyebabkan interferensi yang di terima oleh satelit lama dan sebaliknya F Transmisi dari stasiun bumi baru menyebabkan interferensi yang di terima oleh stasiun bumi lama dan sebaliknya
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
40
Interferensi dari Satelit Berdekatan Kondisi propagasi
yang menyebabkan interferensi : Propagasi Free Space : antara stasiun bumi dengan satelit, contohnya : B1, B2, C1, C2 dan E. Propagasi Troposfer : efektif pada permukaan bumi, contohnya : A1, A2, dan F.
Satelit dan stasiun bumi yang diinginkan Satelit dan stasiun bumi penginterferensi
Interferensi antara 2 jaringan satelit FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
41