Satellite Communications

M.Firzy AdhaSlamet MualifRahmat GozaliLina Sari Dewi

Pendahuluan

• Perkembangan teknologi selular yang cukup merebak, contoh :seorang manajer membawa sebuah handheld,berjalan hilir mudikdi kantornya atau sedang mengendarai mobilnya.

• teknologi wirreless access, yakni teknologi radio yang menggantikankabel lokal (local loop).

• Teknologi wireless yang disebut di atas adalah berdasarkan sistemjaringan radio terestrial, yang terdiri atas stasiun stasiun basis radioyang terpola

• Dalam sel-sel, yang satu dengan yang lainnya terkait dengan suatupusat intelijen, dan seluruh jajaran jaringan ini terhubung denganjaringan telepon tetap (Public Switched Telephone Network =PSTN).

• Tentu saja daerah cakupan radio-sel tersebut sangat terbatas. Untukdaerah-daerah di luar cakupan, tentunya seorang pelanggan yang ingin berkomunikasi tidak dapat dilayani.

Pendahuluan

• Orang merekayasa sistem wireless access yang laindengan menggunakan teknologi satelit.

• Dalam hal ini ada dua kemungkinan, yaitumenggunakan– LEO (Low Earth Orbit Satellites)

– GEO (Geosynchronous Orbit Satellites).

• Para ahli telekomunikasi, khususnya ahli jaringan lebihmenyukai untuk menganggap LEO/GEO ini sebagaisalah satu bentuk dari wireless access, tetapi orang-orang satelit menganggap bahwa LEO/GEO ini sebagaisalah satu bentuk Mobile Satellites Services (MSS).

Apakah Satelit itu ??

• Satelit adalah benda yang mengorbit bendalain dengan periode revolusi dan rotasitertentu.

• Satelit ada 2 tipe yaitu aktif dan pasif :

– Satelit aktif memiliki kemampuan untuk menerimadan mengirimkan kembali sinyal yang di dapat kebumi.

– Satelit pasif hanya berfungsi sebagai pemantulsaja.

Satelit Komunikasi ??

• Satelit komunikasi adalah sebuah satelit buatan yangditempatkan di angkasa dengan tujuan telekomunikasimenggunakan radio pada frekuensi gelombang mikro.

• Satelit komunikasi di desain untuk menerima sinyaldari stasiun pengirim di bumi dan mengirimkannya kestasiun penerima yang terletak dimana pun.

• Kebanyakan satelit komunikasi menggunakan orbitgeosinkron atau orbit geostasioner, meskipunbeberapa tipe terbaru menggunakan satelit pengorbitBumi rendah

Satelit Geosynchronus Pada sistem komunikasi satelit

yang menggunakan orbitgeosinkron, jarak yang harusditempuh sangat jauh, yaitusekitar 36.000 km.

Hal ini menyebabkan redamanlintasan menjadi sangat besar,sehingga level daya terimasangat lemah.

Untuk mengatasi masalah ini,diperlukan peralatan yangmempunyai kehandalantinggi, baik dari segmenangkasa maupun segmenbumi. Sesuai denganketinggian orbitnya

Bagaimana Cara Kerja Satelit ??

Prinsip dasarnya bagaimana??

• Sistem komunikasi radio dengan satelit sabagaistasiun pengulang.

• Konfigurasi suatu sistem komunikasi satelitterbagi atas dua bagian, yaitu: ruas bumi (groundsegment) dan ruas angkasa (space segment).– Ruas bumi terdiri dari beberapa stasiun bumi yang

berfungsi sebagai stasiun bumi pengirim dan stasiunbumi penerima,

– Ruas angkasa berupa satelit yang menerima sinyalyang dipancarkan dari stasiun bumi pengirim,kemudian memperkuatnya dan mengirimkan sinyaltersebut ke stasiun bumi penerima.

Sistem Komunikasi Satelit

• Bagian penting dalam sistemkomunikasi satelit yaitu :

– Space segment (bagian yangberada di angkasa)

– Ground segment (biasa disebutstasiun bumi).

• Segmen Angkasa :

– Struktur/Bus

– Payload

– Power Supply

– Kontrol temperature

– Kontrol Attitude dan Orbit

– Sistem propulsi

– Telemetri, tracking, danCommand (TT & C).

• Segmen Bumi :

– User terminal, SB Master danjaringan.

Jenis-jenis Orbit

• Sistem komunikasi satelit bergerak terdiri daritiga jenis orbit, yaitu:

– LEO (Low Earth Orbit) pada ketinggian 500 km sampai dengan 2.000 km.

– MEO (Medium Earth Orbit) pada ketinggian 5.000 km sampai dengan 20.000 km.

– GEO (Geosynchronous Earth Orbit) padaketinggian 35.786 km.

Link Komunikasi Satelit

• Untuk hubungan link komunikasi dapat dilakukan melaluibeberapa konfigurasi, yaitu :– hubungan point-to-point,– point-to-multipoint, multipoint-to-poit,– multipoint-to-multipoint.

• Dalam sistem komunikasi satelit, untuk uplink biasa digunakankonfigurasi multipoint-to-point, sedangkan untuk downlink biasanyamenggunakan konfigurasi point-to-multipoint (broadcast).

• Uplink yaitu jalur sinyal dari pengirim ke satelit• Downlink yaitu jalur korespondensi dari satelit ke penerima di

bumi• Inter Satellite Link (ISL), yaitu lintasan full duplex antara dua

satelit.

Parameter Link Sistem Komunikasi Satelit

• Dengan parameter ini, persyaratan teknik yang harusdipenuhi oleh sistem dapat ditentukan, yang padaakhirnya dapat diperoleh rancangan sistem dengan kualitassinyal sesuai dengan yang diharapkan

Parameter Link

• Penguatan Antenna

• Daya Pancar Isotropis Efektif

• Redaman Ruang Bebas

• Daya Sinyal Pembawa

• Daya Derau

• Kualitas Sinyal Total

• Bit Error Rate

• Waktu Tunda

Penguatan Antena

• adalah Perbandingan daya yang dipancarkan (diterima)dalam tiap satuan luas pada arah tertentu oleh suatuantena dengan daya yang dipancarkan (diterima) dalamluas yang sama dengan menggunakan antena isotropic jikakeduanya diberi daya yang sama.

• Dalam komunikasi satelit, jenis antena yang biasadigunakan untuk satelit adalah antena parabola, dimananilai penguatannya dapat dihitung dengan rumus:

• Jika penampangnya berupa lingkaran, maka

Equivalent Isotropic Radiated Power (EIRP)

• EIRP atau Daya Pancar Isotropis Efektif merupakan parameter yangmenunjukkan nilai efektif daya yang dipancarkan dari antena yangmemiliki penguatan sendiri.

• Bila terdapat rugi-rugi feeder, maka akan mengurangi nilai dari EIRP:

Dimana:PTX = daya pancar sinyal pembawa (dBm)GTX = penguatan antena pengirim (dB)ft L = redaman saluran transmisi (dB)

Free Space Loss (FSL)

• FSL atau redaman ruang bebas dipengaruhi oleh jarak stasiun bumike satelit dan besarnya frekuensi karier yang digunakan dalamtransmisi radio.

• Besarnya redaman ruang bebas dapat dicari dengan menggunakanpersamaan:

• Dimana:• d TR = jarak transmisi dari stasiun bumi ke satelit dalam satuan

meter (m).• λ = panjang gelombang dalam satuan meter (m).• Jika dinyatakan dalam bentuk logaritmis diperoleh persamaan:

Kerapatan Fluks Daya

• Pada arah pancar juga dikenal kerapatan fluks daya(power flux density) dalam satuan 2 watt/m , yangdinyatakan dengan :

• Dimana:

EIRP = effective isotropic radiated power dalam satuan watt.

d = jarak antara stasiun bumi dengan satelit dalam satuan meter (m).

L = rugi propaga

Receive Signal Level (RSL)

• Sering juga disebut Daya sinyal pembawa (carrier)• Daya sinyal pembawa ada dua macam, yaitu daya sinyal

pembawa arah uplink dan daya sinyal pembawa arahdownlink– Daya sinyal pembawa arah uplink adalah daya yang

diterima satelit dari stasiun bumi pemancar setelahmengalami redaman ruang bebas arah uplink, rugi-rugitambahan dan penguatan di satelit

– Daya sinyal pembawa arah downlink adalah daya yangditerima stasiun bumi penerima yang berasal dari dayapancar satelit setelah mengalami redaman ruang bebasarah downlink, rugi-rugi tambahan dan penguatan antennastasiun bumi penerima.

• Secara umum persamaan matematisnya dapat dituliskan sebagai berikut:

Daya Derau

• Derau merupakan sinyal pengganggu yang bercampur dengansinyal informasi sehingga menyulitkan penerima untukmendapatkan informasi asli yang dikirimkan

• Derau ini akan sangat merugikan jika spektrumnya berada dalamcakupan spectrum sinyal berguna (spektrum sinyal yangdigunakan)

• Model derau yang paling banyak digunakan adalah derau putih(white noise) yaitu derau yang spektrumnya selebar spektrum sinyalberinformasi B dengan kepadatan daya spektral No yang konstan.

• Temperatur derau antena tergantung dari beberapa aspek, seperti:pola penguatan antena, temperatur langit (ruang bebas), ekivalentemperatur derau atmosfir, serta temperatur derau dari matahari.

• Besarnya daya derau dapat dihitung menggunakan persamaan:

• Pada komunikasi satelit, karena jarak yang sangat jauh, maka sinyalyang diterima pada user maupun di satelit akan melemah.

• Sehingga untuk memenuhi persyaratan C/N yang ditentukan, makadibutuhkan receiver dengan noise thermal sekecil mungkin

• Umumnya noise thermal untuk satelit adalah sekitar 450 – 600 K• Besarnya nilai temperatur (T) untuk suatu sistem penerima dapat

dihitung dengan menggunakan rumus:

• x

Kualitas Sinyal Total

• Kualitas sinyal total diperoleh dari perhitunganlink budget arah uplink dan link budget arahdownlink, sehingga kualitas sinyal total darisistem komunikasi satelit adalah:

Bit Error Rate (BER)

• Besarnya BER tergantung pada besarnya Eb/No sistem, dimanaEb/No merupakan perbandingan antara energi bit dengan rapatdaya derau pada keluaran demodulator

• Energi bit tiap informasi didefinisikan sebagai energi yangterakumulasi pada penerima dari penerimaan power carrier (C)selama interval waktu yang setara dengan waktu yang diperlukanuntuk menerima bit informasi adalah :

• Hubungan antara Eb/No dan BER tergantung pada tipe modulasidan Forward Error Correction (FEC) yang digunakan pada sistem

Waktu Tunda

• Waktu tunda adalah selisih antara waktu sinyal tiba di penerima denganwaktu saat sinyal dikirim. Waktu tunda pada komunikasi satelit adalah :

• Jarak antar user dengan satelit d adalah:

l = lintang dari user L = selisih bujur dari user dan satelit

n

Karakteristik Transmisi Satelit

• Jangkauan frekuensi optimum untuk transmisi satelitadalah berkisar pada 1 sampai 10 Ghz

• Dibawah 1 Ghz, terdapat noise yang berpengaruh darialam seperti noise dari galaksi, matahari, atmosfer sertainterferensi buatan manusia dari berbagai perlengkapanelektronik.

• Diatas 10 Ghz, sinyal-sinyal akan mengalami atenuasi yangparah akibat penyerapan dan pengendapan di atmosfer

• Frekuensi uplink dan downlink berbeda karena satelittidak dapat menerima dan mentransmisi dengan frekuensiyang sama pada kondisi operasi terus-menerus tanpainterferensi. Jadi sinyal-sinyal yang diterima dari suatustasiun bumi pada satu frekuensi harus ditransmisikankembali dengan frekuensi yang lain

Macam-macam Satelit dan Fungsinya

• Satelit cuaca– membantu ahli meteorologi untuk meramalkan cuaca atau

melihat apa yang terjadi pada suatu waktu.– Satelit jenis ini diantaranya TIROS, COSMOS dan GOES. Mereka

menyimpan kamera di dalam tubuhnya untuk dikirim ke bumi,baik melalui posisi geostasioner maupun kutub orbit.

• Satelit komunikasi– Melayani transmisi telepon dan data. Contoh : Telstar dan

Intelset.– Komponen terpentingnya adalah transponder yakni sebuah

radio yang menerima percakapan dalam satu frekuensi,kemudian memperkuatnya serta mentransmisikannya kembalike bumi melalui frekuensi lain. Dalam sebuah satelit komunikasi,terdapat ratusan hingga ribuan transponder, dan biasanya satelitini menggunakan geosynchronous.

• Satelit penyiaran

menyiarkan sinyal televisi dari satu titik ke titiklain (hampir mirip dengan satelit komunikasi).

• Satelit sains

Mengemban bermacam tugas sains. Misal,Hubble Space Telescope yang merupakan satelitsains terkenal.

• Satelit navigasi

Membantu kapal laut dan pesawat terbang danyang lain dikenal adalah satelit GPS NAVSTAR.

• Satelit penyelamatanMembantu menangkap sinyal radio yang memintapertolongan.

• Satelit observasi bumiMengobservasi planet bumi tentang segala perubahan,misalnya cuaca, temperatur udara, wilayah hutan hinggalapisan es. LANDSAT merupakan satelit terkenal dari jenisini

• Satelit militerMempunyai tugas atau misi rahasia, sehingga jenisinformasinya pun berbeda. Fungsinya antara lain : merelaikomunikasi terenkripsi, monitoring nuklir, mengobservasipergerakan-pergerakan musuh, peringatan awal akanpeluncuran rudak oleh musuh, radar imaging, fotografi.

Kelebihan Komunikasi Satelit

• Cakupan yang luas : satu negara, region, bahkansatu benua

• Bandwidth yang tersedia cukup lebar• Independen dari infrastruktur terestrial• Instalasi jaringan segmen bumi yang cepat• Biaya relatif rendah per site• Karakteristik layanan yang seragam• Layanan total hanya dari satu provider• Layanan mobile/wireless yang independen

terhadap lokasi

Kekurangan Komunikasi Satelit

• Delay propagasi yang besar

• Rentan terhadap pengaruh atmosfir

• Modal pembangunan awal yang besar

• Biaya komunikasi untuk jarak jauh dan pendekrelatif sama

• Hanya ekonomis jika jumlah user banyak

Satelit versus Fiber

• Terdapat enam keunggulan tempat/situasi yang tidak dapat dijangkau oleh Fiber– Pengguna dapat mendapatkan bandwitdth tinggi– Komunikasi mobile– Pesan yang dikirim dapat diterima banyak oleh

satelit– Komunikasi dalam infrastruktur keadaan tanah

yang buruk– Area dimana fiber sangat sulit– Situasi yang kritis dan mendesak

Persamaan Setiap Satelit

• Semuanya terdiri dari kerangka dan badan darimetal atau komposit, yang biasanya disebut”bus”. Bus ini menjaga agar semua yang ada didalamnya tetap utuh selama dalam peluncurandan ketika berada di angkasa luar.

• Sumber tenaga (biasanya solar cell) dan bateraisebagai cadangan dan penyimpan tenaga.

• Mereka juga dilengkapi dengan komputer untukmengendalikan dan memonitor sekian banyaksistem yang berbeda.

• Transmiter/receiver radio dan antena juga digunakanuntuk membantu pengawas di bumi untuk mendapatkaninformasi dari satelit dan memonitor kesehatannya. Banyaksatelit dapat dikendalikan dari bumi dengan banyak cara,dari merubah orbit hingga memprogram ulang sistemkomputer.

• Ada juga perlengkapan sistem kendali letak (ACS, attitudecontrol system), yang berfungsi untuk menjaga arahsatelit.– Sebagai contoh, Hubble Space Telescope memiliki sistem kendali

yang dapat menjaga satelit pada posisi yang selalu sama tiaphari tiap jam pada satu waktu.

– Sistemnya dilengkapi dengan gyroscope, accelerometer,reaction wheel stabilization system, thrusters dan beberapasensor yang memperhatikan bintang-bintang sebagai penentuposisi.