! "#!$""%
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini :
Nama
: Subhan Habibi
NIM
: 41407120068
Jurusan
: Elektronika Telekomunikasi
Fakultas
: FTI
Judul
: Analisa Perbandingan Modulasi QPSK dan 8PSK terhadap Performansi sistem pada perhitungan link budget komunikasi satelit pita C-Band
Dengan ini menyatakan,bahwa hasil penulisan skripsi yang telah saya buat ini merupakan hasil karya sendiri dan benar keasliannya. Apabila ternyata dikemudian hari penulisan buku ini merupakan plagiat terhadap karya orang lain,maka saya bersedia mempertanggung jawabkan sekaligus bersedia menerima sanksi mengacu pada aturan dan tata tertib di universitas mercubuana.
Demikian pernyataan ini saya buat.
Penulis, Oktober 2009
(Subhan Habibi)
ii
! "#!$""%& '
( '
) *
!
+ ,
'
(
-
$
)*******************************-
.
) */
+
0
iii
(
-
ABSTRAKSI Komunikasi menggunakan satelit adalah salah satu cara manusia dalam membangun satu sistem telekomunikasi. Dalam perencanan suatu sistem menggunakan satelit,diperlukan satu perhitungan link budget untuk menghitung dan mengetahui parameter-parameter yang diperlukan agar sistem tersebut bisa optimal. Komunikasi satelit adalah komunikasi yang dibatasi oleh dua faktor yaitu bandwidth dan power sehingga perhitungan link budget diperlukan agar mendapatkan pemakain bandwidth yang optimum serta hemat secara power. Perhitungan link budget pada komunikasi satelit dilakukan untuk mengetahui parameter parameter seperti berapa diameter antenna parabola yang diperlukan,berapa power yang diperlukan,modulasi apa yang dipakai dan lain-lain sehingga sistem yang dibangun berjalan dengan baik dan optimal dalam arti hemat secara pemakain bandwidth dan power. Karya tulis ini melakukan perbandingan antara modulasi QPSK dan 8PSK yang dipakai dalam mendesain satu sistem komunikasi satelit. Perhitungan link budget dilakukan untuk mengetahui apa perbedaan penggunaan modulasi QPSK dan 8PSK itu dari segi power dan bandwidth pada komunikasi satelit.
Kata kunci : QPSK, 8PSK, Modulasi, Bandwidth, Power
iv
KATA PENGANTAR Dengan mengucapkan puji syukur terhadap Allah SWT Tuhan yang maha Esa,penulis telah menyelesaikan karya tulis yang berjudul ”Analisa perbandingan modulasi QPK dan 8PSK terhadap performansi sistem pada perhitungan link budget komunikasi satelit” sebagai salah satu persyaratan dalam menyelesaikan studi strata-1 di universitas mercubuana. Penulis sadar,karya tulis ini tidak akan bisa berhasil tanpa adanya pihak-pihak yang selama ini telah membantu dalam proses pengerjaan karya tulis ini. Oleh karena itu,pada kesempatan ini penulis menyampaikan terika kasih kepada : 1. Bapak Ir.Yudhi gunardi, MT , selaku ketua program studi di fakulas teknologi industri jurusan elektronika universitas mercubuana. 2. Bapak Ir.Said At-tamimi, Selaku dosen pembimbing yang telah sabar dalam membimbing dalam proses pengerjaan karya tulis ini. 3. Bapak Abdul muhaimin,teman yang senantiasa membantu dan bertukar pikiran dalam mengerjakan karya tulis ini 4. Teman-teman angkatan 12 kelas karyawan elektro universitas mercubuana yang selama ini jadi senasib sepenanggungan dalam belajar.
Akhir kata,penulis sadar bahwa karya tulis ini sangatlah jauh dari kata sempurna.Oleh karena itu,penulis memohon saran dan kritiknya atas karya tulis ini.
Jakarta, Oktober 2009
(Subhan Habibi)
v
DAFTAR ISI LEMBAR PERNYATAAN.............................................................................................. ii LEMBAR PENGESAHAN............................................................................................. iii ABSTRAKSI.................................................................................................................... iv KATA PENGANTAR....................................................................................................... v DAFTAR ISI.................................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR..................................................................................................... viii BAB 1. PENDAHULUAN................................................................................................ 1 1.1 Latar Belakang Masalah............................................................................... ... 1 1.2 Tujuan Tugas Akhir.......................................................................................... 2 1.3 Pembatasan Masalah......................................................................................... 2 1.4 Sistematika Pembahasan................................................................................... 2 BAB 2. DASAR TEORI.................................................................................................... 4 2.1 Komunikasi Satelit............................................................................................ 4 2.1.1 Latar Belakang Sejarah Komunikasi Satelit...................................... 4 2.1.2 Arsitektur Pada Komunikasi Satelit................................................... 6 2.1.2.1 Space Segment.................................................................... 7 2.1.2.2 Ground Station.................................................................... 9 2.2 Perhitungan Link Budget komunikasi satelit.................................................. 16 2.2.1 Konsep dB........................................................................................ 16 2.2.2 Konsep dB,dBW dan dBm............................................................... 17 2.2.3 Parameter Pada Link Budget.......................................................... 18 2.3 Modulasi Digital............................................................................................. 20 2.3.1 Amplitude Shift Keying................................................................... 21 2.3.2 Frequency Shift Keying................................................................... 22 2.3.3 Phase Shift Keying........................................................................... 22 BAB 3. LANGKAH DAN METODOLOGI PERHITUNGAN.................................. 26 3.1 Parameter-parameter Yang Diperlukan...........................................................26 3.2 Rumus-Rumus Dalam Analisa Link Budget................................................... 27 BAB 4. KALKULASI LINK BUDGET........................................................................ 31
vi
4.1 Analisa dan Langkah....................................................................................... 31 4.2 Kalkulasi Link................................................................................................. 31 4.2.1 Paramete-parameter Ground Segment dan Space Segment..............31 4.2.2 Kalkulasi Loss.................................................................................. 33 4.2.3 Kalkulasi Gain Antenna dan G/T.................................................... 34 4.2.4 Hubungan Bandwidth dan Data rate yang dipakai.......................... 35 4.3 Kalkulasi Link dengan Menggunakan QPSK................................................ 36 4.3.1 Perhitungan Awal (Target C/No Total).......................................... 36 4.3.2 Perhitungan C/No total.................................................................... 37 4.3.3 Adjustment Power Transmit............................................................ 37 4.4 Kalkulasi dengan 8PSK................................................................................. 38 4.4.1 Perhitungan awal (Target C/No total)............................................. 38 4.4.2 Perhitungan C/No total................................................................... 38 4.4.3 Adjustment power transmit............................................................. 39 4.5 Perbandingan Hasil Kalkulasi Modulasi QPSK dengan 8PSK...................... 39 BAB 5. KESIMPULAN.................................................................................................. 40 DAFTAR PUSTAKA...................................................................................................... 41
vii
DAFTAR GAMBAR GAMBAR 2.1 ARSITEKTUR KOMUNIKASI SATELIT.......................................... 6 GAMBAR 2.2 PHYSICAL SATELIT............................................................................ 7 GAMBAR 2.3 ANTENNA PARABOLA...................................................................... 10 GAMBAR 2.4 BEAMWIDTH ANTENNA PARABOLA........................................... 11 GAMBAR 2.5 ANTENNA PARABOLA FOCAL POINT......................................... 12 GAMBAR 2.6 ANTENNA CASEGRAIN.................................................................... 12 GAMBAR 2.7 ANTENNA GREGORIAN................................................................... 13 GAMBAR 2.8 ANTENNA PRIME FOCUS................................................................ 13 GAMBAR 2.9 ANTENNA OFFSET CASEGRAIN................................................... 14 GAMBAR 2.10 KONFIGURASI LINK SATELIT.................................................... 14 GAMBAR 2.11 DIAGRAM BLOK PERANGKAT STASIUN BUMI..................... 15 GAMBAR 2.12 ASK WAVEFORM........................................................................... 21 GAMBAR 2.13 FSK WAVEFORM............................................................................ 22 GAMBAR 2.14 DIAGRAM KONSTELASI BPSK................................................... 23 GAMBAR 2.15 BPSK WAVEFORM......................................................................... 23 GAMBAR 2.16 DIAGRAM KONSTELASI QPSK................................................... 24 GAMBAR 2.17 DIAGRAM KONSTELASI 8PSK.................................................... 25
viii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG MASALAH Komunikasi satelit akan terus memainkan peran penting pada jaringan telekomunikasi. Satelit sebagai salah satu sarana komunikasi yang penting di dunia ini terus berkembang sesuai dengan kebutuhan hidup manusia. Negara indonesia yang berbentuk kepulauan,banyak gunung kurang memungkinkan untuk membangun satu komunikasi terestrial. Komunikasi menggunakan satelit adalah satu solusi untuk penghematan biaya dalam membangun infrastruktur telekomunikasi. Sistem Komunikasi Satelit adalah salah satu sarana atau infrastruktur yang dapat digunakan untuk aplikasi broadband multimedia. Pemilihan jenis modulasi digital akan berpengaruh secara signifikan pada karakteristik, performa dan dan bentuk fisik dari sistem komunikasi satelit itu sendiri. Modulasi digital yang digunakan sangat tergantung dari karakteristik system yang akan dibangun,karena suatu system bisa power limited atau bandwidth limited. Pada sistem power limited, teknik modulasi yang dipergunakan memiliki efisiensi daya yang tinggi dengan bandwidth sinyal yang masih besar.Pada bandwidth limited, menggunakan teknik modulasi dengan bandwidth yang sempit tetapi memiliki daya yang besar. Dalam merencanakan suatu link komunikasi menggunakan satelit digunakan analisis link budget agar mendapatkan kualitas link yang handal dan reliable. Link budget dihitung dan dianalisa sedemikian sehingga nilai Eb/No dan BER sebagai fungsi dari kualitas komunikasi satelit mendapatkan hasil yang optimal,hemat bandwidth dan power serta biaya. Link budget akan menghitung antara lain diameter antenna yang digunakan ,power yang digunakan untuk mendapatkan bit error rate yang disyaratkan dan kualitas layanan yang handal pada akhirnya Banyak faktor yang mempengaruhi penghitungan link budget satelit untuk mendapatkan BER yang tepat untuk komunikasi satelit sebesar 10 e-8. BER bisa juga didefinisikan sebagai perbandingan bit yang salah terhadap jumlah bit yang diterima.Penentuan nilai BER yang terlalu besar,menyebabkan banyaknya terjadi kesalahan pada bit-bit informasi yang dikirimkan. Dilain pihak nilai BER yang terlalu
1
kecil menyebabkan daya yang digunakan menjadi lebih besar sehingga membutuhkan daya PA (Power Amplifier) dengan daya yang besar pula. Penentuan nilai BER ini sangat menentukan: - Kualitas layanan sistem, - Daya yang digunakan Pada tugas akhir ini,akan dianalisa modulasi digital yang biasa dipakai yaitu QPSK dan 8PSK serta hubungannya dengan kualitas link komunikasi yang didapat dari link budget yang dihitung dengan mengamati nilai EB/No dan BER.
1.2 TUJUAN TUGAS AKHIR Tujuan tugas akhir disini adalah melakukan analisa dan perhitungan-perhitungan agar didapat perbandingan antara modulasi QPSK dan 8PSK
yang dipakai dalam
membuat desain suatu link komunikasi satelit agar didapatkan kualitas link yang handal dengan mengacu pada nilai EB/No yang didapat untuk BER yang disyaratkan pada komunikasi satelit sebagai fungsi dari performansi suatu sistem komunikasi.
1.3 PEMBATASAN MASALAH Pembatasan masalah yang akan dibahas meliputi ,
Perbandingan QPSK dan 8PSK pada analisa perhitungan link budget dalam mendapatkan kualitas sistem komunikasi satelit yang optimal pada pita CBand dengan mengacu pada EBNO dan BER sebagai fungsi dari performa sistem.
1.4 SISTEMATIKA PEMBAHASAN Langkah-langkah dalam pengerjaan Tugas Akhir ini: !* Bab I berisi pendahuluan akan tugas akhir ini meliputi latar belakang masalah,tujuan dan batasan masalahnya $* Bab II berisi teori-teori pendukung pada tugas akhir ini
2
Teori dan cara kerja komunikasi Satelit - Teori Perhitungan link budget pada komunikasi satelit 1* Bab III mengenai pemaparan metodologi serta rumus-rumus yang dipakai pada analisa link budget * Bab IV mengenai perhitungan dan analisa link budget 2* Bab V mengenai penarikan kesimpulan dari perbandingan penggunaan QPSK dan 8PSK pada analisa link budget.
3
BAB 2 DASAR TEORI 2.1
Komunikasi Satelit
2.1.1
Latar Belakang Sejarah Komunikasi satelit Dunia telekomunikasi sekarang ini sudah sangat berkembang pesat. Seseorang
dari belahan dunia satu bisa langsung mengetahui berita dari belahan dunia lainnya secara real-time. Ini tentunya memperlihatkan bahwa jarak dan waktu sudah bukan halangan lagi bagi orang untuk berkomunikasi. Komunikasi satelit adalah salah satu dari banyak cara komunikasi yang dilakukan oleh manusia. Komunikasi satelit digunakan karena keterbatasan dari komunikasi lainnya dalam hal ini komunikasi terrestrial yang tidak bisa menjangkau seluruh daerah yang ada di permukaan bumi. Dengan menggunakan satelit,maka seluruh permukaan bumi baik darat maupun laut bisa dilaksanakan komunikasi. Gagasan tentang komunikasi satelit pertama kali diungkapkan oleh arthur C. Clarke dalam Wireless World, dalam sebuah majalah teknologi diinggris pada tahun 1945, tentang teori mengenai manfaat orbit geostasioner yaitu mengenai persyaratan konsep sistem komunikasi global. Arthur C. Clarke juga seorang pengarang fiksi ilmiah yang telah menulis buku ” 2001: A Space Odyssey” . Buku tersebut menjadi cikal bakal gagasan satelit komunikasi geosinkron. Dalam tahun 1945, Clarke telah mencatat bahwa suatu satelit yang berada didalam orbit melingkar katulistiwa dengan jarak 42.242 km akan mempunyai kecepatan sudut yang sama dengan putaran bumi. Dengan demikian dia akan terus menerus berada pada titik yang sama diatas bumi dan dapat menerima atau merelai sinyal pada hampir seluruh belahan bumi. Pada jarak itu tiga buah satelit yang ditempatkan terpisah 120° dapat mencakup seluruh bola dunia. Sehingga dua buah titik dimanapun di dunia ini dapat dihubungkan. Satelit komunikasi yang pertama adalah ECHO I yang diluncurkan oleh AT&T pada tanggal 12 Agustus 1960 dan 25 Januari 1964. Satelit tersebut pada saat itu sangat populer karena pada malam yang cerah ia bisa dilihat dengan mata telanjang. ECHO I masih berupa pemantul pasif karena belum memiliki transponder dan baterai. Bell system kemudian mengembangkan satelit dengan transponder. TELSTAR I dan TELSTAR II
4
yang diluncurkan pada tanggal 10 Juli 1962 dan 7 Mei 1963.Namun masih pada orbit rendah. Satelit komunikasi dengan orbit geosinkron pertama yang berhasil diluncurkan adalah satelit seri SYNCOM yang dimulai pada tahun 1963. Kurang dari 20 tahun setelah Clarke mengemukakan gagasannya. SYNCOM I gagal diluncurkan tapi SYNCOM II dan III berhasil ditempatkan pada orbitnya pada tanggal 26 Juli 1963 dan 19 Juli 1964. Transponder-nya mampu membawa dua buah sinyal pembawa pada saat yang sama untuk operasi full duplex. Satelit geosinkron komersial yang pertama adalah INTELSAT I. Proyek Intelsat ini dibiayai oleh suatu konsorsium yang beranggotakan lebih dari 105 negara. INTELSAT pertama disebut EARLY BIRD diluncurkan pada tanggal 6 April 1965 dan masih tetap aktif sampai tahun 1969. Kemudian disusul dengan INTELSAT-INTELSAT berikutnya. Kurang 7 tahun sesudahnya NASA meluncurkan satelit SKSD PALAPA buatan Hughes Aircraft untuk PERUMTEL Indonesia. Sejarah tentang dunia persatelitan sendiri di Indonesia kurang lebih seperti di tuliskan di bawah ini : 1967 : Stasiun bumi intelsat di Jatiluhur dioperasikan PT. Indosat untuk hubungan telekomunikasi antara Indonesia dengan dunia internasional. 1976 : Palapa A1 satelit telekomunikasi domestik diluncurkan ke posisi 77BT. Operatornya Perum Telekomunikasi (Sekarang PT. Telekomunikasi Indonesia). Seluruh Indonesia dapat dijangkau oleh siaran TVRI maupun jasa telekomunikasi domestik. 1979 : Penyelesaian konstruksi Stasiun bumi Intelsat, stasiun II. 1976 – 1999 : Dilakukan 10 (sepuluh) kali peluncuran satelit milik Indonesia. Badan swasta mulai diijinkan untuk mengoperasikan satelit. 1999 : Operator satelit di Indonesia PT. Telkom, PT. Satelindo, PT. Pasifik Satelit Nusantara dan PT. Media Citra Indostar. 2.1.2 Arsitektur pada komunikasi satelit
5
Pada komunikasi satelit,seperti halnya dalam komunikasi lainnya seperti terrestrial ataupun menggunakan kabel fibre optic ,terdapat berbagai macam peralatan atau equipment yang mendukung atas terjadinya link komunikasi menggunakan satelit. Dua bagian utama dari sistem komunikasi satelit adalah satelit dan stasiun bumi. Arsitektur pada komunikasi satelit kurang lebih seperti digambarkan pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.1 Arsitektur komunikasi satelit Dalam link komunikasi satelit terdapat dua lintasan utama, yaitu uplink dan downlink. Uplink merupakan lintasan dari stasiun bumi ke satelit, sedangkan downlink merupakan lintasan dari satelit ke stasiun bumi. Frekuensi untuk kedua sisi tersebut menggunakan frekuensi yang berbeda. Biasanya frekuensi untuk sisi uplink itu lebih tinggi dari frekuensi untuk downlink. Untuk hubungan link komunikasi dapat dilakukan melalui beberapa konfigurasi, yaitu: hubungan point-to-point, point-to-multipoint, multipoint-to-poit, dan multipoint-to-multipoint. Dalam sistem komunikasi satelit, untuk uplink biasa digunakan konfigurasi multipoint-to-point, sedangkan untuk downlink biasanya menggunakan konfigurasi point-to-multipoint (broadcast). Hubungan dalam komunikasi satelit dapat dikelompokkan dalam tiga bagian yaitu: Uplink, yaitu hubungan dari stasiun bumi ke satelit. Downlink, yaitu hubungan dari satelit ke stasiun bumi.
6
Inter Satellite Link (ISL), yaitu lintasan full duplex antara dua satelit. Dari gambar 2.1 ,jelas ada 2 bagian dasar dari komunikasi sateilt ini yaitu ground station atau stasiun bumi ditempatkan di mana saja di permukaan bumi dan space segmet adalah satelit itu sendiri. 2.1.2.1 Space Segment Space segment yang dimaksud adalah satelit itu sendiri. Satelit adalah benda yang mengorbit benda lain dengan periode revolusi dan rotasi tertentu. Satelit berfungsi sebagai pengulang (repeater), ini berarti satelit harus mempunyai antena pemancar dan penerima yang sangat terarah. Satelit menerima sinyal-sinyal dan memancarkan kembali kestasiun bumi tujuan dengan frekuensi yang berbeda.
Gambar 2.2. Physical satelit Satelit yang diletakan diangkasa akan mempunyai orbit atau lintasan. Satelit yang akan selalu bergerak pada orbitnya masing-masing dengan periode dan kecepatan tertentu, tergantung pada ketinggian posisinya dari permukaan bumi,satelit yang beredar pada orbit yang sama tidak memiliki kecepatan atau periode yang berbeda. Satelit diletakan pada lintasan atau orbit tertentu, letak satelit tersebut tergantung pada fungsinya. Koordinasi pelayanan satelit dilakukan oleh ITU (International Telecommunication Union), yang berpusat di Genewa. Konferensi-konferensi yang dikenal sebagai WARC (World Administrative Radio Conference) diadakan secara terbatas dan pada waktu-waktu tertentu dikeluarkan rekomendasi mengenai daya radiasi, frekuensi dan posisi orbit satelit.
7
Pengalokasian frekuensi untuk layanan satelit adalah proses yang sangat kompleks yang membutuhkan koordinasi dan perencanaan tingkat internasional. Hal ini dilakukan dibawah pengawasan International Communication Union (ITU). Dalam hal perencanaan frekuensi ini (frequency planning), dunia dibagi menjadi 3, yaitu: o kawasan 1: Eropa, Afrika, Rusia (dulu masih Soviet) dan Mongolia o kawasan 2: Amerika Utara dan Selatan, Greenland o kawasan 3: Asia (diluar daerah 1), Australia dan Pasifik Barat Daya Dalam tiap kawasan, frekuensi dialokasikan untuk berbagai macam layanan satelit, walaupun frekuensi tersebut dipakai untuk layanan yang berbeda di kawasan lain. Pemilihan penggunaan frekuensi tertentu juga dipengaruhi oleh kondisi propagasi dan alam suatu kawasan itu juga. Hal ini dipengaruhi dari tingkat curah hujan dari kawasan tersebut. Hubungannya dengan pemilihan frekuensi adalah semakin tinggi frekuensi yang dipakai,semakin besar redaman hujan yang didapat,dan ini tentunya sangat di perhitungkan dalam mendesain suatu link komunikasi satelit agar diperoleh suatu link komunikasi yang handal. Dibawah ini beberapa band frekuensi yang biasa digunakan pada komunikasi satelit : L band 1 to 2 GHz Long wave S band 2 to 4 GHz Short wave C band 4 to 8 GHz Compromise between S and X X band 8 to 12 GHz Used in WW II for fire control, X for cross (as in crosshair) Ku band 12 to 18 GHz Kurz-under K band 18 to 27 GHz German Kurz (short) Ka band 27 to 40 GHz Kurz-above V band 40 to 75 GHz
8
W band 75 to 110 GHz W follows V in the alphabet mm band 110 to 300 GHz Menurut tinggi dari permukaan bumi, orbit satelit dibedakan menjadi 3, yaitu: 1. Orbit Rendah (Low Earth Orbit, LEO) Orbit ini berada pada ketinggian kurang dari 5000 km diatas permukaan bumi, dengan periode satelit 2 sampai 4 jam. Satelit yang sedang dikembangkan pada orbit ini, umumnya beredar pada ketinggian 750–1500 km. Contohnya iridium (780 km), Globalstar (1389 km), Aries (1020 km). 2. Orbit Sedang (Medium Earth Orbit, MEO) Ketinggian orbit ini rata-rata 5000–20.000 km dari permukaan bumi, dengan periode satelit kira-kira 11 sampai 12 jam. Contohnya satelit yang menggunakan orbit sedang adalah satelit ODYSSET (10355 km). 3. Orbit Sinkron atau Geostasioner (Geostationary Earth Orbit, GEO) Sesuai dengan namanya, periode satelit sama dengan periode rotasi bumi (24 jam) dan arah pergerakan satelit mengikuti arah rotasi bumi, sehingga satelit seolah-olah diam (stasioner) jika dilihat dari satu titik dipermukaan. Contohnya adalah PALAPA, InTelSat, InMarSat III, dan lain-lain. 2.1.2.2 Ground station Ground station adalah stasiun bumi yang ditempatkan di salah satu tempat di permukaan bumi. Stasiun Bumi adalah antenna dan perangkat RF/IF yang berfungsi untuk menerima sinyal dari satelit dan memancarkan sinyal ke satelit. Kurang lebih pada ground station terdapat equipment dianata lain : Antenna Antenna yang digunakan pada komunikasi satelit adalah antenna parabola. Diameter antenna yang digunakan tergantung pada jenis layanan satelit yang akan diselenggarakan. Semakin besar diameter antenna semakin besar gain ( penguatan
9
) sinyal yand didapatkan dan semakin kecil beamdwidth yang ada. Dua faktor tersebut akan dihitung dan dipertimbangkan pada perhitungan desain dan perhitungan link budget komunikasi satelit.
Gambar 2.3. Antenna Parabola
Hubungan antara Gain,beamwidth dengan diameter antenna diperlihatkan pada rumus dibawah ini :
Beamwidth =
21.1 ° f .d
Dimana : BW = 3 dB Beamwidth d = diamter antena dalam meter f = frekuensi dalam GHz Dari rumus diatas dapat terlihat bahwa Beamwidth itu berbanding terbalik dengan diameter antenna. Semakin besar diameter antenna,semakin kecil beamwidth antenna tersebut. Pemilihan diameter antenna yang tepat dan sesuai dilakukan untuk mendapatkan link komunikasi satelit yang handal.
10
Gambar 2.4. Beamwidth antenna parabola Gain antena parabola dapat dituliskan sebagai berikut : G (dB) = 20,4 + 10 log n + 20 log d + 20 log f Antenna Parabola adalah antenna yang mempunyai gain tinggi. Antenna Parabola terdiri atas 2 bagian yaitu reflector dan feed horn. Reflector adalah lapisan metallic yang membentuk suatu bentuk parabolic dan mempunyai diameter suatu bentuk lingkaran. Fungsinya sendiri untuk me refleksikan atau memantulkan sinyal elektro magnetic yang diterima di satelit agar bias di fokuskan ke feed horn. Feed horn diletakan di tengah-tengah reflector dan akan mengirim atau menerima sinyal elektro magnetic yang memang telah terfokus kea rah feed horn. Feed horn ini tersambung ke suatu perangkat RF yaitu waveguide sebagai saluran untuk mengalirkan sinyal RF yang sebelumnya dirubah dulu dari sinyal elektro magnetic ke bentuk sinyal listrik agar bias dilewatkan pada wave guide. Jenis – jenis antena parabola yang digunakan dalam komunikasi satelit adalah sebagai berikut: 1. Antena Parabola Focal Point 11
Pada antena jenis ini horn ditempatkan pada titik fokus parabola.
Gambar 2.5. Antena Parabola Focal Point 2. Antena Cassegrain Pada antena ini titik fokus main reflektor dengan titik fokus sub reflektor berimpit dalam satu titik.
Gambar 2.6. Antena Cassegrain
3. Antena Gregorian Pada antena jenis ini titik fokus main reflektor dan titik fokus sub reflektor berimpit dalam satu titik.
12
Gambar 2.7 Antena Gregorian
4. Antena Offset Parabola Terdiri dari dua jenis yaitu : •
Antena offset parabola focal point (Prime Focus)
Gambar 2.8. Antena Prime Focus
•
Antena offset parabola cassegrain
13
Gambar 2.9 Antena Offset Cassegrain RF/IF Bagian RF /IF ini kurang lebih dibagi menjadi 2 bagian yaitu untuk bagian uplink ke satelit dan downlink dari satelit. Kedua arah link tersebut menggunkan 2 perangkat yang terpisah. Kedua perangkat yang terpisah tersebut yang nantinya akan memproses sinyal baik itu yang mau dikirimkan (transmit) atau yang di terima (receice). Gambar dibawah ini menunjukan hal tersebut.
Gambar 2.10. Konfigurasi link satelit Secara blok diagram,rangkaian proses yang bisa terjadi di stasiun bumi bisa kita lihat dari gambar dibawah ini.
14
Gambar 2.11 Diagram blok Perangkat Stasiun bumi •
Sisi Uplink Pada sisi uplink berarti arah link komunikasi adalah dari ground segment
naik ke satelit. Pada uplink,terjadi beberapa proses yang dilalui melewati beberapa equipment sebelum sinyal di transmitkan ke satelit. Sinyal baseband merupakan sinyal informasi yang digunakan pada perangkat baseband. Agar bisa di transmitkan ke satelit,sinyal baseband tersebut harus dirubah dulu frekuensi yang lebih tinggi. Keluaran dari modem,adalah sinyal IF dengan frekuensi center 70 Mhz misalnya baru setelah itu sinyal IF masuk lagi ke upconverter untuk di naikan lagi frekuensinya ke frekuensi RF misalnya di C-band. Upconverter ini adalah alat untuk merubah frekuensi dari frekuensi yang rendah ke frekuensi yang lebih tinggi. HPA digunakan sebagai penguat daya dari sinyal yang akan dikirimkan ke satelit. HPA yaitu perangkat yang berfungsi untuk memperkuat daya sehingga sinyal dapat dipancarkan pada jarak yang jauh. HPA ini merupakan penguat akhir dalam rangkaian sisi pancar (transmit side) yang merupakan penguat daya frekuensi sangat tinggi dalam orde Gega Hertz.Tujuan penggunaan HPA adalah untuk memperkuat sinyal RF pancar pada suatu level tertentu yang jika digabungkan dengan gain antena akan menghasilkan daya pancar (EIRP) yang dikehendaki ke satelit. Ada hal yang perlu diperhatikan dalam mengoperasikan penguat daya frekuensi tinggi , diantaranya :
15
1. Besar daya output yang dihasilkan 2. Lebar band frekuensi yang harus dicakup 3. Pengaruh intermodulasi yang muncul 4. Input dan Output back-off •
Sisi downlink Downlink adalah arah dari satelit turun ke bumi. Pada sisi downlink
seperti halnya sisi uplink juga terjadi beberapa proses sebelum sinyal informasi di demodulasi. Antenna akan menerima sinyal yang sangat lemah dari satelit. Dengan LNA (low noise amplifier),sinyal tersebut dikuatkan kembali powernya. Down converter akan mengubah frekunsi dari frekuensi RF downlink ke frekuensi IF yang lebih rendah. Pada proses ini ,sinyal juga mendapatkan gain tambahan. Barulah setelah frekuensi dari sinyal tersebtu diturunkan ,sinyal diproses ke modem untuk di demodulasi. 2.2
Perhitungan Link budget komunikasi satelit
2.2.1
Konsep dB Pada perhitungan link budget,konsep dB selalu dipakai. Tujuannya adalah untuk
memudahkan perhitungan. dB merupakan skala logaritmis dari suatu nilai. Suatu nilai dinyatakan dalam dB dengan cara sebagai berikut : 10 log x Dimana x adalah besaran suatu nilai.
Contoh 1 : Suatu daya 1000 Watt,nyatakan dalam dB ? Jawab
: daya (dB) = 10 log 1000 = 30 dBW
16
Gain pada amplifier atau antenna juga dinyatakan dalam dB. Gain adalah suatu perbandingan dari nilai output terhadap input yang dinyatakan dalam skala logaritmis (dB). sebagai contoh adalah ilustrasi dibawah
Contoh 2
: Suatu amplifier mempunyai input power 1 Watt dan output power
sebesar 1000 Watt. Berapa nilai Gain ? Jawab
: Gain = 10 log output / input = 10 log 1000 / 1 = 30 dB
2.2.2 Konsep dB,dBW,dBm Pada perhitungan link budget terdapat beberapa satuan logaritmis yang selalu dipakai yaitu dB,dBW dan dBm. dBW adalah satuan skala logaritmis dengan acuan pada nilai Watt,sedangkan dBm adalah satuan skala logaritmis dengan acuan pada nilai miliWatt. Contoh dibawah akan menjelaskan perbedaan serta hubungan antara dBW dan dBm. Contoh 3
: Daya 1 Watt. Nyatakan dalam dBW ?
Jawab
: Daya (dBW) = 10 log 1 Watt = 0 dBW
Contoh 4
: Daya 1 Watt. Nyatakan dalam dBm ?
Jawab
: 1 Watt = 1000 milli Watt Daya (dBm) = 10 log 1000 mWatt = 30 dBm
Dari dua contoh diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa, 0 dBW = 30 dBm 0 dBm = - 30 dBW Operasi perhitungan antara dBW dan dBm terhadap dB bisa langsung dilakukan. Contoh 5
: Output modem memiliki nilai sebesar -20 dBm. Output modem tersebut memasuki amplifier dengan gain 30 dB. Berapa output dari amplifier dalam dBm dan dBW ?
Jawab
: Output modem = -20 dBm = -50 dBW Output amplifier (dBW) = Output modem + gain amplifier = -50 dBW + 30 dB
17
= -20 dBW = - 20 dBW + 30 dB = 10 dBm Dengan persamaan bahwa 0 dBW = - 30 dBm,terbukti bahwa output amplifier sama saja nilainya. Output amp (dBm) = Output amp (dbW) 10 dBm
= -20 dBW
2.2.3 Parameter pada link budget Langkah pertama dalam membuat desain link komunikasi satelit adalah mengukur performa nya dengan melakukan analisis perhitungan link budget. Link budget ini akan menghitung misalnya berapa besar diameter antenna,berapa power Power amplifier yang dibutuhkan,modulasi yang digunakan untuk mendapatkan suatu link komunikasi satelit yang handal. Perhitungan-perhitungan yang dilakukan bertujuan untuk menjaga keseimbangan gain dan loss guna mencapai SNR yang diinginkan di receiver. Perhitungan ini di lakukan agar dapat tercapai nilai BER yang diinginkan sebagai syarat atau fungsi dari kualitas suatu link komunikasi satelit. Link budget merupakan pehitungan sederhana yang melibatkan gain dan loss. Parameter link budget dapat dikelompokkan menjadi 3 kelompok besar yaitu: •
Gain Gain ini adalah penguatan terhadap sinyal. Gain ini antara lain bisa
didapatkan dengan penggunaan
power amplifier dan diameter antenna yang
digunakan. Gain antenna dihitung berdasarkan rumus. G (dB) = 20,4 + 10 log n + 20 log d + 20 log f. Sedangkan gain dari amplifier yang didapatkan adalah tergantung dari power dari amplifier itu sendiri. Semakin besar spesifikasi daya power amplifier tersebut,semakin besar juga gain yang dihasilkan. Gain dari PA (power amplifier ) ini didapatkan dengan rumus :
18
Gain = 10 log (
•
Power Output ) Power Input
Rugi-Rugi Rugi-rugi yang dihitung dari desain komunikasi satelit ini didapatkan dari
berbagai macam kondisi antara lain rugi-rugi propagasi dan noise. Rugi-rugi propagasi akibat dari sinyal mermbat jauh ke satelit lewat udara dapat dihitung dengan rumus : FSL (dB) = 32,45 + 20 log f (MHz) + 20 log d (km) Noise adalah factor pada antenna penerima yang ada karena suhu dari antenna penerima tersebut. Noise ini mempengaruhi secara keseluruha sinyal yang diterima dari satelit,sehingga perlu dilakukan perhitungannya. Secara rumus,noise didapatkan dengan rumus : N = 10 Log (NF * K * T * B )
[2]
Dimana ; NF = Noise figure perangkat antenna K= Konstanta boltzman ,1.37 x 10 −23 ( J/K ) T = Suhu derau antenna ( K ) B = bandwidth (Hz)
•
Margin Margin ini didapatkan setelah kita melakukan perhitungan gain,noise dan
rugi-rugi lainnya. Margin adalah perbedaan antara C/N atau carrier per noise yang di dapatkan dari perhitungan dibandingkan dengan C/N yang di syaratkan pada nilai BER tertentu.
19
C/N adalah rasio perbandingan antara carrier dan noise. Sinyal yang diterima oleh antenna penerima dari satelit dihitung dan dikurangi noise yang ada. Semakin besar nilai S/N yang didapat semakin bagus kualitas sinyal. G/T atau figure merit antenna. Ini adalah perbandingan antara gain dari suatu antenna terhadap suhu noise dari suatu penerima antenna. Ini bisa kita dapatkan dengan rumus :
G/T = Gain antenna (dB) – 10 log (Noise temperature) Eb/No adalah perbandingan antara energy bit yang diterima terhadap Noise keseluruhan yang ada. Ini bisa didapatkan setelah kita menghitung C/N total pada sisi uplink dan downlink. Hubungannya dilihar dari rumus berikut :
Eb/No = C/N total – 10 log ( data rate) BER kepanjangan dari bit error rate. Ini menyatakan berapa banyak bit yang salah dalam pengiriman bit. Misalnya BER 10 −8 menyatakan bahwa dalam pengiriman 108 message terdapat 1 pesan yang error.
2.3 Modulasi digital Agar sinyal informasi bisa dikirimkan jauh ke satelit lewat medium udara,maka sinyal informasi tersebut perlu “ditumpangkan” ke suatu sinyal carrier dengan frekuensi tertentu. Proses menumpangkan sinyal informasi ke dalam sinyal carrier tersebut dinamakan modulasi.
Modulasi digital merupakan proses penumpangan sinyal digital (bit stream) ke dalam sinyal carrier. Modulasi digital sebetulnya adalah proses mengubah-ubah karakteristik dan sifat gelombang pembawa (carrier) sedemikian rupa sehingga bentuk hasilnya (modulated carrier) memeiliki ciri-ciri dari bit-bit (0 atau 1) yang dikandungnya. Berarti dengan mengamati modulated carriernya, kita bisa mengetahui urutan bitnya disertai clock (timing, sinkronisasi). Melalui proses modulasi digital sinyal-sinyal digital setiap tingkatan dapat dikirim ke penerima dengan baik. Untuk pengiriman ini dapat digunakan media transmisi fisik (logam atau optik) atau non fisik (gelombang-gelombang 20
radio). Pada dasarnya dikenal 3 prinsip atau sistem modulasi digital yaitu: ASK, FSK, dan PSK
2.3.1
Amplitude Shift keying Amplitude Shift Keying (ASK) atau pengiriman sinyal berdasarkan pergeseran
amplitude, merupakan suatu metoda modulasi dengan mengubah-ubah amplitude. Dalam proses modulasi ini kemunculan frekuensi gelombang pembawa tergantung pada ada atau tidak adanya sinyal informasi digital. Keuntungan yang diperoleh dari metode ini adalah bit per baud (kecepatan digital) lebih besar. Sedangkan kesulitannya adalah dalam menentukan level acuan yang dimilikinya, yakni setiap sinyal yang diteruskan melalui saluran transmisi jarak jauh selalu dipengaruhi oleh redaman dan distorsi lainnya. Oleh sebab itu meoda ASK hanya menguntungkan bila dipakai untuk hubungan jarak dekat saja. Dalam hal ini faktor derau harus diperhitungkan dengan teliti, seperti juga pada sistem modulasi AM. Derau menindih puncak bentuk-bentuk gelombang yang berlevel banyak dan membuat mereka sukar mendeteksi dengan tepat menjadi level ambangnya. Pada ASK ,signal digital 1 di representasikan sebagai suatu nilai tegangan tertentu (misalnya 1 Volt) dan sinyal digital 0 sebagai sinyal digital dengan tegangan 0 volt.
Gambar 2.12 ASK Waveform
2.3.2
Frequncy Shift Keying Frequency Shift Keying (FSK) atau pengiriman sinyal melalui penggeseran
frekuensi. Metoda ini merupakan suatu bentuk modulasi yang memungkinkan gelombang modulasi menggeser frekuensi output gelombang pembawa. Pergeseran ini terjadi antara harga-harga yang telah ditentukan semula dengan gelombang output ang tidak mempunyai fasa terputus-putus. Dalam proses modulasi ini besarnya frekuensi
21
gelombang pembawa berubah-ubah sesuai dengan perubahan ada atau tidak adanya sinyal informasi digital.
Gambar 2.13 FSK Waveform FSK merupakan metode modulasi yang paling populer. Dalam proses ini gelombang pembawa digeser ke atas dan ke bawah untuk memperoleh bit 1 dan bit 0. FSK menyatakan sinyal digital 1 sebagai suatu nilai tegangan dengan frekuensi tertentu (misalnya f1 = 1200 HZ), sementara signal digital 0 dinyatakan sebagai suatu nilai tegangan dengan frekuensi tertentu yang berbeda (misalnya f2=2200 Hz).
2.3.3
Phase Shift Keying Phase Shift Keying (PSK) atau pengiriman sinyal melalui pergeseran fasa.
Metoda ini merupakan suatu bentuk modulasi fasa yang memungkinkan fungsi pemodulasi fasa gelombang termodulasi di antara nilai-nilai diskrit yang telah ditetapkan sebelumnya. Dalam proses modulasi ini fasa dari frekuensi gelombang pembawa berubah-ubah
sesuai
dengan
perubahan
status
sinyal
informasi
digital.
Sudut fasa harus mempunyai acuan kepada pemancar dan penerima. Untuk transmisi Data atau sinyal Digital dengan kecepatan tinggi, lebih efisien dipilih sistem modulasi PSK. Tiga jenis modulasi PSK yang dibahas disini yaitu :
•
BPSK
BPSK adalah format yang paling sederhana dari PSK. Menggunakan dua yang tahap yang dipisahkan sebesar 180° dan sering juga disebut 2-PSK. Modulasi ini paling sempurna dari semua bentuk modulasi PSK. Akan tetapi bentuk modulasi ini hanya mampu memodulasi 1 bit/simbol dan dengan demikian maka modulasi ini tidak cocok untuk aplikasi data-rate yang tinggi dimana bandwidthnya dibatasi.
22
Gambar 2.14 Diagram konstelasi BPSK
Sinyal carrier berubah fasenya seiring dengan perubahan data sinyal pemodulasi. Berikut ilustrasinya.
Gambar 2.15 BPSK Waveform
•
QPSK Kadang-Kadang dikenal sebagai quarternary atau quadriphase PSK atau 4-
PSK, QPSK menggunakan empat titik pada diagram konstilasi, terletak di sekitar suatu lingkaran. Dengan penggunaan 4 tahap,maka QPSK dapat mendekodekan 2 bits per symbola. Pengunaan empat tahap ini dipakai untuk mengkodekan 2 data digital. Dari 2 data digital tersebut dimungkinkan terdapat 4 tahap atau 4 perbedaan fase yang dapat dihasilkan yaitu dengan kode 00,01,10 dan 11.
23
Gambar 2.16 Diagram konstelasi QPSK
Dengan empat tahap, QPSK dapat mendekode dua bit per simbol. Hal ini berarti dua kali dari BPSK. Analisa menunjukkan bahwa ini mungkin digunakan untuk menggandakan data rate jika dibandingkan dengan sistem BPSK. Walaupun QPSK dapat dipandang sebagai sebagai suatu modulasi quaternary, lebih mudah untuk melihatnya sebagai dua quadrature carriers yang termodulasi tersendiri. Dengan penafsiran ini, maka bit yang digunakan untuk mengatur komponen phase pada sinyal carrier ketika digunakan untuk mengatur komponen quadrature-phase dari sinyal carrier tersebut. BPSK digunakan pada kedua carrier dan dapat dimodulasi dengan bebas.
•
8PSK 8PSK ini menggunakan 8 titik pada diagram konstilasi terletak disekitar suatu
lingkaran. Dengan penggunaan 8 tahap,maka 8PSK dapat mendekode 3 bit per symbol. Hal ini mengakibatkan penggunaan 8PSK untuk meningkatkan kapasitas data yang bisa diproses. Penggunaan 8 tahap ini mengakibatkan dimungkinkannya 8 tahap atau perbedaan fase yang mungkin terjadi dari 3 bit data digital. Dari 8 bit data digital tersebut dimungkinan terdapat 8 tahap atau perbedaan dase yang terjadi yaitu 000 , 001,010,011, 100 ,101,110 dan 111. Berikut gambar diagram konstelasi untuk 8PSK
24
0
$*!#
.
25
&' .
BAB 3 LANGKAH DAN METODOLOGI PERHITUNGAN 3.1 Parameter-parameter yang diperlukan Dalam mendesain suatu link komunikasi diperlukan suatu perhitungan link budget agar tercipta suatu link komunikasi yang handal. Pada komunikasi satelit,link budget ini menghitung rugi-rugi dan gain yang ada sehingga dari pemancar sampai ke penerima tercapai suatu nilai yang pas sebagai fungsi dari kualitas komunikasi. Dalam mendesain suatu link komunikasi satelit selain diperlukan equipmentequipment yang harus ada,diperlukan juga suatu analisa link budget dalam menentukan parameter-parameternya agar tercipta keseimbangan dalam segi power dan bandwidth agar cost-nya efisien. Suatu link komunikasi satelit bisa bersifat dua (2) macam yaitu bandwidth limited atau power limited. Bandwidth limited disebut jika link komunikasi yang kita mau bangun terbatasi oleh bandwidth ,sedangkan power limited disebut jika link komunikasi yang mau dibangun terbatasi oleh factor power. Oleh karena itu analisa link budget diperlukan untuk mengetahui dan mencari nilai –nilai yang efektif efisien serta hemat bandwidth dan power yang ujung-ujungnya cost yang dihabiskan juga bisa lebih hemat juga. Dalam
analisa
link
budget
untukmembangun
suatu
link
komunikasi
satelit,terdapat dua (2) parameter-parameter yang perlu diketahui yaitu parameter untuk ground segment dan space segment. Secara umum,pada ground segment,kurang lebih berikut parameter-parameter yang perlu disiapkan : -
Lokasi Stasiun bumi pemancar dan penerima (longitude dan latitude nya)
-
Modulasi dan FEC yang dipakai
-
Data rate
Sedangkan pada space segment adalah : -
EIRP satelit
-
SFD (saturated flux density) satelit
-
G/T (Figure of merit) satelit
26
-
Frekuensi uplink dan downlink
3.2 Rumus dalam analisa link budget Langkah – langkah dalam menghitung link budget yang akan dipakai adalah sebagai berikut : •
Kalkulasi loss Loss yang akan dihitung adalah FSL (free space loss). FSL ini nilainya
sangat besar sebagai akibat dari jarak yang sangat jauh dari stasiun pemancar ke satelit sehingga sinyal yang dipancarkan akan menerima redaman sepanjangan lintasan sampai ke satelit. FSL ini dipengaruhi oleh nilai jarak dan frekuensi yang dipakai. Hubungan nya digambarkan pada rumus berikut :
FSL = 20 Log (
4π d
λ
)
[2]
Semakin besar nilai jarak dan frekuensi yang dipakai semakin besar pula nilai FSL. Jarak yang dimaksud adalah jarak dari stasiun bumi ke satelit. Jarak dari stasiun bumi ke satelit bisa didapatkan dengan rumus :
duplink = R2 + (h + R)2 -2(R)( R + h)Cosφ
[1]
Dimana ; Cosφ = Cos I Cos l
Cos i = Derajat lintang dari stasiun bumi Cos l = selisih bujur satelit dan bumi R = jari-jari bumi (6378 km) h = Ketinggian orbital satelit 35778.09 km d = jarak (stasiun bumi – satelit)
Nilai panjang gelombang pada rumus FSL didapatkan dari nilai frekuensi yang kita pakai. Semakin Tinggi frekuensi yang dipakai,semakin pendek panjang gelombangnya. Hubungannya adalah sebagai berikut :
27
λ=
c f
[1]
λ = Panjang gelombang (m) c = Kecepatan cahaya ( 3 x108 m / s ) f = Frekuensi (Hz)
•
Kalkulasi gain dan G/T stasiun bumi penerima Gain ini didapatkan dari amplifier dan antenna yang akan diapakai.
Amplifier yang ada biasanya mempunyai spesifikasi gain yang bisa kita setting dan gain yang dihasilkan oleh amplifier di pasaran berada di range nilai yang berbeda. Antenna menghasilkan penguatan pada sinyal yang akan dipancarkan. Nilai gain yang dihasilkan didapatkan dari rumus berikut ini :
G ( jakarta site)=10 log(η (
πD 2 ) ) λ
[1]
Nilai G/Tini adalah nilai perbandingan dari gain antenna penerima dengan noise yang dihasilkan dari temperature sistem antenna penerima.. hubungannya dijelakan pada rumus berikut :
G/T = Gain antenna – 10 log ( T system)
[1]
T system adalah suhu total sistem dari antenna penerima.yang disebabkan oleh antenna,feeder loss,LNA dan Noise figure penerima. Rumus untuk mencari masing-masinya adalah sebagai berikut ;
Antenna : T system =
T antenna L oss
[2]
Feeder : T system = Tsystem = LNA : T system = T LNA
T0 ( Loss − 1) ; T0 = 290° K Loss
[2]
28
[2]
Noise figure : Tsystem = •
T0 ( Noise Figure − 1) GainLNA
[2]
Hubungan data rate dan bandwidth satelit Hubungan dari data rate dan bandwidth didapatkan dari rumus berikut ini :
BW (transponder satelit) = DR ( 1 + %Roll off) / (FEC x M) •
[2]
Hubungan C/no, data rate dan Eb/No Hubungannya digambarkan dengan rumus berikut ini :
(C/No)total = Eb/No + 10 log Data Rate + margin
[4]
Nilai C/no total didapatkan dengan rumus berikut :
C
N0
total = −10log(10(c/ n0uplink )/10 +10(c/ n0downlink )/10 )
[2]
C/No uplink = EIRP sb –FSL up + G/T sat +228.6
[2]
C/No downlink = EIRP sat –FSL dl + G/T sb + 228.6 •
[2]
Perhitungan EIRP dan SFD Nilai EIRP ditentukan dari nilai SFD satelit. Hubungannya digambarkan
sebagai berikut :
SFD =
EIRP 4π (d 2 )
[2]
Atau dalam skala logaritmis SFD = EIRP − 10 log(4π (d 2 )
Setelah kita dapatkan nilai EIRP,kita bisa mendapatkan nilai Pt (power amplifier) dan Gain antenna.. Hubunganya digambarkan sebagai berikut :
EIRP = Pt + Gt •
[2]
Hubungan SFD dan bandwidth satelit Bandwidth yang di tempati pada transpoder satelit mempengaruhi nilai
SFD. Hubunganya sebagai berikut :
29
SFD ( operating) = SFD – 10 log (36/x) Dimana ; x = bandwidth yang ditempati pada transponder Begitu juga nilai EIRP satelit serta hubungannya dengan banwidth yang ditempati pada transpoder adalah sebagai berikut :
EIRP sat (operating) = EIRP – 10 log (36/x)
30
BAB 4 Kalkulasi Link Budget 4.1
Analisa dan langkah Dalam men-desain link komunikasi satelit diperlukan suatu perhitungan link
budget. Link budget ini akan menghitung berapa power yang dibutuhkan,berapa diameter antenna yang dibutuhkan,berapa kapasitas di satelit yang bisa di pakai dan tentu saja pada akhirnya untuk menjamin agar kualitas link ini bagus. Pemakaian modulasi yang berbeda tentunya akan mendapatkan hasil yang berbeda sehingga kita bisa memilih dan menghitung modulasi apa yang cocok yang bisa dipakai dalam system yang akan dibuat. Setiap modulasi yang dipakai punya kelebihan dan kekurangnanya tergantung kita memerlukan yang mana berdasarkan power dan bandwidth yang akan dipakai. Dalam kalkulasi link budget,kita memerlukan data dari 2 segmen yaitu data dari ground segment dan space segment. Operator satelit akan memberikan data satelit yang diperlukan dalam kalkulasi link budget. Data tersebut antar lain : -
EIRP sat
-
SFD (Saturation flux density)
-
G/T satelit (Figure of merit)
-
Frekuensi uplink dan downlink dari transponder satelit
Sedangkan data dari ground segment antara lain : -
Modulasi apa yang akan dipakai
-
Data rate yang akan dipakai
-
Lokasi stasiun bumi
Kedua data dari dua segment tersebut diperlukan dalam kalkulasi link budget.
4.2
Kalkulasi link
4.2.1
Parameter-parameter ground segment dan space segment
31
Kalkulasi link budget ini akan membandingkan antara dua pemakaian modulasi yaitu QPSK dan 8PSK dan pengaruhnya terhadap keseluruhan link budget. Link yang akan dibangun adalah link antara Jakarta –Bandung dengan menggunakan satelit dengan Jakarta untuk sisi tramsit dan bandung untuk sisi receive. Data-Data Berikut ini diperlukan dalam kalkulasi-nya
a) Space segment Satelit Apstar V 18-A , lat= 0.01° ; long= 137° ; alt=35778.09 km Jakarta : G/T = −4.2 dB/ °K ; SFD = −103.5 dBW/m 2 ; EIRP = 39.8 Bandung : G/T = −4.4 dB/ °K ; SFD = −103.5 dBW/m 2 ; EIRP = 39.7 Frekuensi uplink = 6585 MHz Frekuensi Downlink = 3560 MHz b) Ground segment -
Data rate =10 Mbps
-
Modulasi = QPSK dan 8PSK ,power output modem = - 15 dBm,loss kabel (transmit side)=2.5 dB
-
Transmit side : Jakarta , lat= −6.167° ; long= 106.8°
-
Receive side : Bandung , lat = -6.9° ; long = 107.6°
modem
u/c
LNA
32
D/C
Modem D/C
Gambar 3.1 Blok diagram link komunikasi satelit
4.2.2
Kalkulasi loss Loss yang akan dihitung adalah FSL (Free space loss). Loss ini adalah loss yang
didapatkan dikarenakan sinyal yang akan dipancarkan dari stasiun bumi ke satelit jaraknya sangat jauh sehingga mengalami redaman yang sangat besar. FSL ini dipengaruhi oleh jarak dan frekuensi yang dipakai. FSL didapatkan dengan rumus : FSL = 20 Log (
4π d
λ
)
Dimana, D = jarak satelit – bumi (m)
λ = panjang gelombang (m) Jarak satelit ke bumi ada 2 jenis yatiu -
FSL uplink (Jakarta – Satelit) D uplink = d uplink = R 2 + (h + R) 2 -2(R)( R + h)Cosφ Cosφ = Cos I Cos l
Cos I = Derajat lintang dari user (Jakarta) = −6.167° Cos l = 137.99° - 106.8° = 31.19° (selisih bujur satelit dan bumi) R = jari-jari bumi (6378 km) h = 35778.09 km
Maka, duplink =
(6378) 2 + (6378 + 35778.09) 2 − 2(6378)(6378 + 35778.09)Cos( −6.617°)Cos (31.19°
= 36884.44 km = 36884440 m
Dengan frekuensi uplink = 6585 Mhz,maka bisa didapatkan panjang gelombangnya adalah , 33
λ=
c 3x108 = = 0.04445 m f 6.565 x109
Dengan demikian,
FSLuplink = 20 log( -
4π (36884440) ) = 200.138 dB 0.0445
FSL downlink ( Satelit – Bandung) Dengan rumus yang sama,didapatkan
d downlink = (6378) 2 + (6378 + 35778.09) 2 + −2(6378)(35778.09 + 6378) cos(−6.9°) cos(30.39°) = 36841.77 km = 36841770 m
Dengan frekuensi downlink =3560 Mhz,didapatkan panjang gelombang,
λ=
c 3 x108 = = 0.08427 m f 3.56 x109
Dengan demikian ,
FSLdownlink = 20 log(
4.2.3
4π (36841770) ) = 194.79 dB 0.08427
Kalkulasi Gain antenna dan G/T Antenna yang akan digunakan adalah antenna 4.5 m di kedua sisi baik di Jakarta
maupun bandung. Antenna memberikan gain terhadap sinyal yang di kirim atau diterima. Gain antenna bisa dihitung dari rumus berikut :
G ( jakarta site)=10 log(η (
34
πD 2 ) ) λ
= 10 log(0.65( G (bandung site)=10log(η (
π (4.5) 0.04556
) 2 = 47.96 dB
πD 2 ) ) λ
= 10 log(0.65(
π (4.5) 0.04556
) 2 = 42.62 dB
Stasiun bumi receiver mempunyai skema seperti dibawah ini, T antenna = 35°K Loss feeder= 0,5 dB (L = 1,12) T LNA = 80°K ; Gain = 50 dB (G = 100000) Noise figure receiver = 20 dB (f = 100) Dari konfigurasi receiver diatas,dapat dihitung T system sebagai berikut, Tsys =
T antenna 290( Loss − 1) 290( NF − 1) + + T LNA + Loss Loss Gain LNA =
35 290(1.12 − 1) 290(100 − 1) + + 80 + = 142° K 1.12 1.12 100000
T system = 10 log (K) = 10 log (142) = 21.522 Sehingga G/T dari antenna penerima adalah sebesar , G/T = Gain – 10 log (Tsys) = 42.62 – 21.522 = 21.098 dB / ° K
4.2.4
Hubungan Bandwidth satelit yang ditempati dan data rate yang dipakai Pada ground segment kita mengirimkan sinyal ke satelit dengan data rate yang
kita setting. Semakin besar data rate yang kita kirim ,semakin besar bandwidth yang dipakai. Untuk Bandwidth transponder satelit 36 Mhz,bisa dihitung berapa besar maksimum data rate yang bisa dikirm. Data rate yang dicoba sebesar 10 Mbps. Hubungan Bandwidth dan data rate tergambar dalam rumus berikut : Bandwidth = Data rate ( 1 + roll off factor) / FEC * M) Roll of factor = 0.2 FEC = TPC ¾ 35
M = symbol per bit, QPSK=2; 8PSK=3 - QPSK => Bandwidth = 10 Mbps (1 + 0.2) / ¾ x 2 = 8 MHz - 8PSK => Bandwidth = 10 Mbps (1 + 0.2) / ¾ x 3 = 5.34 Mhz
Dari data diatas,bisa dilihat bahwa untuk mengirimkan sinyal dengan data rate sebesar 10 Mbps dengan menggunakan modulasi QPSK dan FEC TPC ¾ bandwidth yang dipakai di transponder satelit adalah sebesar 8 Mhz dari total 36 Mhz bandwidth transponder satelit. Sedangkan dengan modulasi 8PSK dengan data rate dan FEC yang sama,bandwith yang terpakai di transponder satelit lebih rendah yaitu sebesar 5.34 MHz.
4.3
Kalkulasi link dengan menggunakan modulasi QPSK
4.3.1
Perhitungan awal (Target C/No Total) Dari data satelit yang ada yaitu : Jakarta : G/T = −4.2 dB/ °K ; SFD = -103.5 dBW/m 2 ; EIRP = 39.8 dBW Bandung : G/T = -4.4 dB/ °K ; SFD = -103.5 dBW/m^2 ; EIRP = 39.7 Frekuensi uplink = 6585 MHz Frekuensi Downlink = 3560 MHz Dari kapasitas total bandwidth yang dipakai untuk data rate 10 Mbps adalah
sebesar 8 Mhz dari total 36 MHz bandwith transponder satelit. Sehingga ada penyesuaian nilai SFD dan EIRP satelit. SFD di set di nilai – 102.5 dBW/m^2 pada pemakaian modulasi QPSK ini. SFD operating = SFD – 10 log (36/8) = -103.5 – 6.532 = -110.032 dBW / m 2
EIRP sat operating = EIRP – 10 log (36/8) = 39.7 – 6.532 = 33.17 dBW Sebagai tolak ukur,kita harus menghitung target C/No total yang akan dihitung. Berdasarkan buku manual modem,didapatkan data sebagai berikut : Eb/No target untuk BER 10−8 (QPSK FEC ¾ ) = 4 dB Margin = 3 dB ( C Band) Data rate = 10 Mbps (C/No) total target = Eb/No + 10 log Data rate + margin = 4 + 70 + 3
36
= 77 dB-Hz
4.3.2
Perhitungan C/No Total Kita akan mulai menghitung C/No total sebagai tolak ukur dari kualitas link. -
Uplink C/No uplink = EIRP bumi – FSL uplink + G/T sat + 228.6 EIRP bumi = SFD operating + 10 log(4π (d 2 )) d = jarak Jakarta – satelit (m)
Sehingga, EIRP bumi = -110.032 + 10 log(4π (368844402 )) = 52.29 dBW C/No Uplink = 52.29 -200.138 – 4.2 +228.6 = 76.552 dB -
Downlink C/No downlink = EIRP sat – FSL downlink + G/T bumi + 228.6 = 33.17 – 194.+ 21.098 + 228.6 = 88.868 dB-Hz
-
C/No total C / N 0 = −10 log(10− ( c / n uplink/10) + 10− ( c / n downlink/10) ) = 76.3 dB-Hz dB-Hz
4.3.3
Adjustment power transmit Dari data C/No total yang didapat dari perhitungan,terlihat bahwa masih kurang 1
dB dari target C/No total. Untuk itu diperlukan kenaikan nilai EIRP stasiun bumi sebesar 1 dB. Ini bisa dengan cara menambahkan atau menaikan nilai transmit (EIRP) sebesar 1 dBW. EIRP operating = 52.29 + 1 (dBW) = 53.29 dBW Sehingga, C/No uplink (operating) = 53.29 -200.138-4.2+228.6 = 77.552 dB-Hz C/No downlink = 88.868 dB-Hz Maka, C / N 0 = −10 log(10− ( c / n uplink/10) + 10− ( c / n downlink/10) ) = 77.24 dB-Hz Eb / N 0 yang dicapai = 77.24 – 10 Log (10 Mbps) = 7.24 dB
37
4.4
Kalkulasi dengan menggunakan 8PSK
4.4.1
Perhitungan awal (Target C/No total) Dari data satelit yang ada yaitu : Jakarta : G/T = −4.2 dB/ °K ; SFD = -103.5 dBW/m 2 ; EIRP = 39.8 Bandung : G/T = -4.4 dB/ °K ; SFD = -103.5 dBW/m^2 ; EIRP = 39.7 Frekuensi uplink = 6585 MHz Frekuensi Downlink = 3560 MHz Dari kapasitas total bandwidth yang dipakai untuk data rate 10 Mbps adalah
sebesar 5.34 Mhz dari total 36 MHz bandwith transponder satelit. Sehingga ada penyesuaian nilai SFD dan EIRP satelit. SFD operating = SFD – 10 log (36/5.34) = -103.5 – 8.8276 = -112.2376 dBW / m 2
EIRP sat operating = EIRP – 10 log (36/5.34) = 39.7 – 8.9276 = 31.4 dB Berdasarkan buku manual modem,target C/No total yang harus dicapat adalah, EbNo (8PSK,FEC ¾,BER 10−8 ) = 6.3 dB Data rate = 10 Mbps Margin = 3 dB Maka Target C/No sistem, C/No total = 6.3 + 70 + 3 = 79.3 dB-Hz
4.4.2
Perhitungan C/No Total Kita akan mulai menghitung C/No total sebagai tolak ukur dari kualitas link.
- Uplink C/No uplink = EIRP bumi – FSL uplink + G/T sat + 228.6 EIRP bumi = SFD operating + 10 log(4π (d 2 )) d = jarak Jakarta – satelit (m) Sehingga, EIRP bumi = -112.2376 + 10 log(4π (368844402 )) = 50.089 dBW C/No uplink = EIRP bumi – FSL uplink + G/T sat + 228.6 = 50.089 – 200.138 + (-4.2) + 228.6
38
= 74.351 dB-Hz
- Downlink C/No downlink = EIRP sat – FSL downlink + G/T bumi + 228.6 = 31.4 – 194.+ 21.098+228.6 = 87.098 dB-Hz
-
C/No total C / N 0 = −10 log(10− ( c / n uplink/10) + 10− ( c / n downlink/10) ) = 74.126 dB-Hz
4.4.3 Adjustment power transmit Dari data C/No total yang didapat dari perhitungan diatas,terlihat bahwa C/No total yang didapat kurang sekitar 6 dB agar target C/No total tercapai. Untuk itu perli dilakukan penambahan nilai EIRP stasiun bumi. EIRP (operating) = 50.089 + 6 (dBW) = 56.089 dBW Sehingga, C/No uplink = 56.089 -200.138 + (-4.2) + 228.6 = 80.351 dB-Hz C/No downlink = 87.089 dB-Hz Maka, Eb / N 0 C/No total = C / N 0 = −10 log(10− ( c / n uplink/10) + 10− ( c / n downlink/10) ) = 79.5 dB-Hz Eb / N 0 yang dicapai = 79.5 – 10 log (10 Mbps) = 9.5 dB
4.5
Perbandingan hasil kalkulasi modulasi QPSK dan 8PSK Dengan Data rate = 10 Mbps , FEC = TPC ¾ , antenna = 4.5 m
Data
QPSK
8PSK
Bandwidth Occupied
8 Mhz
5.34 Mhz
EIRP (Stasiun bumi)
53.29 dBW
56.089
C/No
77.24 dB-Hz
79.5 dB-Hz
C/No target
77 dB-Hz
79.3 dB-Hz
Eb/No target
4 dB
6.3 dB
Eb/No
7.24 dB
9.3 dB
39
BAB 5 KESIMPULAN 1. Dengan data rate yang sama sebesar 10 Mbps dan FEC yang sama serta menggunakan asumsi diameter antenna yang sama pula, didapatkan pada modulasi QPSK kapasitas bandwidth yang ditempati pada transponder satelit sebesar 8 Mhz,sedangkan dengan modulasi 8PSK,bandwidth di transponder satelit yang ditempati adalah sebebesar 5.34 MHz dari total 36 MHz. Dengan demikian,modulasi QPSK membutuhkan atau memakan kapasitas bandwidth yang lebih lebar daripada dengan menggunakan modulasi 8PSK.
2. Dari hasil perhitungan,didapatkan nilai EIRP yang diperlukan stasiun bumi untuk mengirimkan sinyal ke satelit dengan menggunakan modulasi QPSK adalah sebebsar 53.29 dBW. Sedangkan pada saat menggunakan modulasi 8PSK dibutuhkan EIRP sebebsar
56.089 dBW. Dengan demikian,modulasi dengan
menggunakan 8PSK membuthkan lebih banyak power daripada menggunakan modulasi QPSK. 3. Untuk mendapatkan BER standar pada komunikasi satelit sebesar 10−8 dengan data rate 10 Mbps dan FEC 3/4,pada modulasi QPSK Eb/No yang didapat adalah sebesar 7.24 dB,sedangkan pada modulasi 8PSK Eb/No yang didapat adalah lebih besar sebesar 9.3 dB.
40
DAFTAR PUSTAKA 1. Freeman,L,Roger; Radio System Design For Telecommunication 3rd Edition; IEEE;2007 2. Maini,Anil Kumal; Agrawel, Varcha; Satellite Technology, Principle 7 Application; Wiley; 2007 3. Stallings,William; Data & Computer Communication 8th Edition 4. Haykin,Simon; Communication System 4th Edition; 2001
41
