SATELLITE LINK Review parameter antena, thermal noise, etc Anatomi link satelit Rugi-rugi

Transkripsi

1 SATELLITE LINK 1. Review parameter antena, thermal noise, etc 2. Anatomi link satelit 3. Rugi-rugi 4. Analisa link budget dasar untuk kondisi clear sky dan hujan

2 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

3 Agenda Perkuliahan Parameter antena Anatomi link satelit Analisa link budget dasar untuk kondisi clear sky dan hujan

4 Basic Link Analysis Φ

5 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 λ/2) Radiation pattern

6 Parameter Antena Gain 4π Gmax Aeff 2 λ G max π η D λ 55% η 2 75% Beamwidth θ 3 db 70λ D θ G max ( θ ) 2 3dB Gmax, ( ) 3 dbi 20 db η ηi ηs η f ηz K Efisiensi akibat : iluminasi, spill over, kerataan permukaan, ketidaksesuaian impedansi, loss ohmic, dll

7 Parameter Antena Polarisasi Orientasi antena Loss yang timbul akibat ketidaksesuaian polarisasiantena dengan gelombang datang PLF r 2 2 ( a a ) cos ϕ ER r A

8 Parameter Antena XPD (cross polarization discrimination) XPD a XPI (cross polarization isolation) c ( db) 20log ax vertical a vertical a c b x XPI a ( ) c db 20log b x horisontal b horisontal b c a x

9 Parameter Antena Effective Radiated Power Sama dengan daya output HPA dikalikan dengan Gain antena (dengan antena referensi adalah antena dipole) ERP P T G T EIRP ERP dengan antena referensi adalah antena isotropis

10 Parameter Antena Power Flux Density P T G 4πR Φ T 2 G T 1 P T Antena isotropis Daya radiasi per sudut ruang P T /4π RSL (Received Signal Level) P Φ R A reff G T Antena isotropis Daya radiasi per sudut ruang P T G T /4π P T

11 Parameter Antena Received Signal Power Gunakan teori transmisi Friis P R 1 L ( PT GT ) GR FS L FS 4πR λ 2 L FS log R( Km) + 20log f ( MHz)

12 CONTOH UPLINK DSB 4 m; PTSB 100W ; fu 14GHz; R 40000Km o θ3 dbsat 2 ; ηsat 0,55; ηsb φ Maxsat?; PRsat? 0,6 DOWNLINK P Tsat D dbsat sat o 10W ; f 12GHz; θ3 2 ; η 0,55 D SB SB 4 m; R 40000Km; η φ MaxSB?; PRSB? 0,6

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

14 Rugi-Rugi Redaman di atmosfer (hujan, awan, salju, es, gas-gas di troposfer dan ionosfer) L L FS L A Redaman di Perangkat Tx dan Rx P Rx P R L FRx [W ] Loss karena ketidaktepatan pengarahan L L T R αt 12 θ3 db α R 12 θ3db Loss karena ketidaksesuaian polarisasi Lihat penjelasan sebelumnya 2 [ db] 2 [ db]

15 Noise Sumber noise Noise yang dihasilkan oleh sumber radiasi natural terletak dalam daerah penerimaan antena Noise yang dihasilkan oleh komponen elektronik sebagai interferensi Rapat spektral white noise N N0B N ( ) 23 W T N kb k 1,38 10 HzK

16 Noise T Temperatur derau elemen 2-port T N kb Temperatur derau elemen 4-port Gk( T + T ) B T + T e o e o F + GkTo B 1 To A Temperatur derau sebuah antena 1 d 4π Tb ( θ, φ) G( θ, φ) Ω TURUNKAN PERSAMAAN INI!!! T T e o T e F Temperatur derau sebuah atenuator T L 1 T e F F ( ) L F F Temperatur derau sebuah divais yang terdiri dari beberapa elemen secara kaskade T F e1 1 T + + e2 G 1 T + F + L ( F2 1) ( F ) K G 1 e3 G G 1 2 G G 1 2

17 Noise Temperatur noise di Rx A ( L ) T T + 1 T + 1 FRx F T G R FRx T T 1 1 A T 2 + TF + LFRx L 1 FRx L FRx T R TURUNKAN PERSAMAAN INI!!!

18 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

19 Temperatur Antena Temperatur antena satelit

20 Temperatur Antena Temperatur antena satelit T T + T A SKY Ground T T A m T SKY 1 + T m 1 A hjn A 260K 280K hjn + T Ground Sangat dipengaruhi Frek Sudut elevasi Kondisi atmosfer Harga T G berdasarkan ITU-R

21 Temperatur Antena Temperatur derau clear sky frek & sudut elevasi

22 Temperatur Noise

23 Contoh Perhitungan Uplink (clear sky) F 14GHz Untuk ES: P TX 100W, L FTX 0,5 db Diameter Ant 4 m Efisiensi antena 0,6 Pointing error 0,1 o Jarak ES-Sat km L A 0,3 db Untuk Sat Beamwidth 2 o Efisiensi antena 0,55 Noise figure 3 db L FRX 1 db, T F 290 K T A 290 K

24 Contoh Perhitungan Downlink (clear sky) F 12GHz Untuk Sat: PTX 10W, LFTX 1 db Beamwidth 2 o Efisiensi antena 0,55 Jarak ES-Sat km LA 0,3 db Untuk ES Beamwidth 2o Efisiensi antena 0,6 Noise figure 2,2 db LFRX 0,5 db, TF 290 K Diameter antena 4m Kesalahan pointing 0,1 o TA 290 K, T Ground 45K

25 Perhitungan Link Satelit C N Total C N u + C N d TURUNKAN PERSAMAAN INI!!!

26 Contoh Perhitungan (dengan hujan) Uplink L L + U Downlink D FS L L + T T A m FS L L A T SKY 1 + T m 1 A hjn A 260K 280K G T stabum A hjn berubah + T Ground C/N 0 uplink akan berkurang akibat hujan karena adanya pengurangan daya carrier yang diterima oleh satelit (bertambahnya loss) C/N 0 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

27 Pengaruh Medium Propagasi Efek curah hujan Redaman Cross Polarisasi Redaman hujan A Rain γ R L γ R (db/km) bergantung frek dan intensitas hujan (mm/h) L e panjang lintasan efektif gel dalam hujan e Prosedur penentuan redaman hujan (berdasarkan ITU-R) 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 L e Penentuan γ R Penghitungan A rain

28 Pengaruh Medium Propagasi 1 h s R 0,01 L h R S ( km) 0,015R0, 01 ( km) e L , ,075 ( h h ) R S sin r ( latitude 36) E bergantung dari daerah 1 0,01 + jika 0 < latitude < 36 jika latitude 36 h s : tinggi SB dari permukaan laut Valid untuk E>5 o ( 1 ( L L ) cos E) S 0 o o 5 7 A L Rain e L Sr 0,01 6 ( p 0, 01) γ RLe γ R dari nomogram A Rain ( 0,546+ 0,043log p) ( p) A ( p 0,01) 12 p Rain

29 Pengaruh Medium Propagasi Peta daerah hujan oleh CCIR [1988 ITU]

30 Pengaruh Medium Nomogram untuk menentukan redaman γ R

31 Pengaruh Medium Propagasi [rodden]

32 Pengaruh Medium Propagasi U D I Cross Polarization (ITU-R) ( ) U 20log( ARain ) 2 ( db) 30log( f ) D( E) + κ + I( τ ) ( E) db 40log( E) 2 κ m ( τ ) 10log 0,51 cos( 4τ ) e XPD db Keterangan : { ( )} Berlaku untuk 3 37 GHz f : frek dalam GHz E : sudut elevasi dalam derajat τ: polarisation tilt angle relatif thdp horisontal κ 2 0,0053 σ 2 distribusi sudut jatuhnya titik air I(τ) dapat diabaikan untuk polarisasi sirkular κ m2 0,0053 σ m Dengan σ 0 o, 5 o, 10 o, 15 o untuk p 1, 0.1, 0.01, pada 14/11 GHz Harga XPD tipikal adalah : 20 db untuk p 0,01%

33 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 thdp gelombang datang Redaman Memberikan margin agar (C/N 0 ) hujan (C/N 0 ) req meningkatkan EIRP membutuhkan tambahan daya transmit bisa menimbulkan intermodulasi Site diversity Adaptivity

34 Kompensasi Akibat Propagasi Teknik Perbaikan dalam Kom. Sat

35 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 Stasiun Terestrial C1 A2 A1 C2 Jaringan Satelit baru baru B2 B1 Propagasi Free Space Stasiun Bumi Propagasi troposfer E F Jaringan Satelit lama B2 B1 P r o p a g a s i F r e e S p a c e

36 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

37 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. θ Satelit dan stasiun bumi yang diinginkan Satelit dan stasiun bumi penginterferensi θ Interferensi antara 2 jaringan satelit