Satellite Link Budget

SATELLITE LINK

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

Obyektif

Obyektif

Perkuliahan

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

Agenda

Agenda

Perkuliahan

Perkuliahan

„

Parameter antena

„

Anatomi link satelit

„

Analisa link budget dasar untuk kondisi clear

sky dan hujan

Basic Link Analysis

Basic Link Analysis

Parameter

Parameter

Antena

_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)

Parameter

Parameter

Antena

_Antena

„

Gain

„

Efisiensi akibat :

iluminasi, spill over,

kerataan permukaan,

ketidaksesuaian

impedansi, loss ohmic,

dll

„

Beamwidth

eff A G ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = ₂ max 4

λ

π

2 max ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ =

λ

π

η

D G K × × × × =

η

_i

η

_s

η

_f

η

_z

η

% 75 % 55 ≤

η

≤ ( )2 3 max 29000 dB G θ =

(

max, 20

)

10

170

3_dB

=

G dBi

θ

D dB λ θ₃ = 70

Parameter

Parameter

Antena

_Antena

„ Polarisasi

„ Orientasi antena

„ Loss yang timbul akibat ketidaksesuaian polarisasiantena dengan gelombang datang

(

•

)

=

ϕ

=

2 2 A ER

a

cos

a

PLF

r

r

Parameter

Parameter

Antena

Antena

„

XPD (cross polarization

discrimination)

„

XPI (cross polarization

isolation)

( )

_⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

x c

b

a

dB

XPI

20

log

vertical _vertical horisontal horisontal b a a_x b_x a_c b_c

( )

_⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

x c

a

a

dB

XPD

20

log

Parameter

Parameter

Antena

_Antena

„

Effective Radiated Power

„

Sama dengan daya output

HPA dikalikan dengan Gain

antena (dengan antena

referensi adalah antena

dipole)

„

EIRP = ERP dengan antena

referensi adalah antena

isotropis

T T

G

P

ERP

=

Parameter

Parameter

Antena

Antena

„

Power Flux Density

„

RSL (Received Signal

Level)

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = Φ ₂ 4 R G P_{T T}

π

Antena isotropis Daya radiasi per sudut ruang P_T/4π P_T

G_T=1

Antena isotropis Daya radiasi per sudut ruang P_TG_T/4π P_T G_T reff R

A

P

=

Φ

Parameter

Parameter

Antena

Antena

„

Received Signal Power

„

_{Gunakan teori}

transmisi Friis

(

)

_R FS T T R

G

L

G

P

P

_⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

1

2

4

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

λ

π

R

L

_FS ) ( log 20 ) ( log 20 44 . 32 R Km f MHz L_FS = + +

CONTOH

CONTOH

„

UPLINK

„

DOWNLINK

Km

R

GHz

f

W

P

m

D

_SB

=

4

;

_TSB

=

100

;

_u

=

14

;

=

40000

6

,

0

;

55

,

0

;

2

3

=

sat

=

SB

=

o dBsat

η

η

θ

?

?;

=

=

_Rsat Maxsat

P

φ

55

,

0

;

2

;

12

;

10

=

₃

=

=

=

o _sat dBsat D Tsat

W

f

GHz

P

θ

η

6

,

0

;

40000

;

4

=

=

=

_SB SB

m

R

Km

D

η

?

?;

=

=

_RSB MaxSB

P

φ

Rugi

Rugi

-

-

rugi

rugi

dan

dan

Noise

Noise

„

Rugi-rugi yang harus diperhitungkan

„

Redaman propagasi atmosfer

Æ free space loss dan

redaman hujan

„

Rugi-rugi pada perangkat pemancar dan penerima

Æ

redaman kabel feeder

„

Rugi-rugi kesalahan pengarahan antena

„

Rugi-rugi ketidaksesuaian polarisasi

Æ XPD, XPI

„

Sumber noise

„

_{Sumber natural yang meradiasi di sekitar lokasi antena}

„

Noise yang dihasilkan oleh komponen perangkat

Rugi

Rugi

-

-

Rugi

Rugi

„ Redaman di atmosfer (hujan, awan, salju, es, gas-gas di troposfer dan ionosfer)

„ Redaman di Perangkat Tx dan Rx

„ Loss karena ketidaktepatan pengarahan

„ Loss karena ketidaksesuaian polarisasi

„ Lihat penjelasan sebelumnya

A FS

L

L

L

=

]

[W

L

P

P

_Rx

=

_{R FRx} ] [ 12 2 3 dB L dB T T ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = θ α ] [ 12 2 3 dB L dB R R ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = θ α

Noise

Noise

„

Sumber noise

„

Noise yang dihasilkan

oleh sumber radiasi

natural terletak dalam

daerah penerimaan

antena

„

Noise yang dihasilkan

oleh komponen

elektronik sebagai

interferensi

N

B

N

N

=

₀

kB

N

T

=

k

(

W

_HzK

)

23

10

38

,

1

×

−

=

Noise

Noise

„

Temperatur derau

elemen 2-port

„

Temperatur derau

elemen 4-port

„

Temperatur derau

sebuah antena

„

Temperatur derau

sebuah atenuator

„

Temperatur derau

sebuah divais yang

terdiri dari beberapa

elemen secara kaskade

(

)

o e o o e o o e T T T T T B GkT B T T Gk F _⎟⎟ = + = + ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = 1

( ) ( )

∫∫

Ω

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

T

G

d

T

_{A b}

θ

φ

θ

φ

π

,

,

4

1

(

)

F F F F e

L

F

T

L

T

=

−

=

1

(

)

(

)

K

L

+

−

+

−

+

=

+

+

+

=

2 1 3 1 2 1 2 1 3 1 2 1

1

1

G

G

F

G

F

F

F

G

G

T

G

T

T

T

e e e e

kB

N

T

=

Noise

Noise

„

Temperatur noise di Rx

(

)

FRx R F FRx A

G

T

T

L

T

T

₁

=

+

−

1

+

R F FRx FRx A FRx

T

T

L

L

T

L

T

T

_⎟⎟

+

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

−

+

=

=

1

1

1

2

Signal to Noise

Signal to Noise

pada

pada

Input Rx

Input Rx

„

Figure of Merit

„

EIRP Æ perangkat pemancar

„

Path loss Æ medium transmisi

„

G/T Æ perangkat penerima

„

Temperatur noise antena

„

Antena satelit

„

Bergantung pada frekuensi dan posisi orbit

„

Antena stasiun bumi

„

Clear sky

Temperatur

Temperatur

Antena

Antena

„

Temperatur antena

Temperatur

Temperatur

Antena

Antena

„

Temperatur antena

satelit

„

Sangat dipengaruhi

„

Frek

„

Sudut elevasi

„

Kondisi atmosfer

Ground SKY A

T

T

T

=

+

K

K

T

T

A

T

A

T

T

m Ground hjn m hjn SKY A

280

260

1

1

−

=

+

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

−

+

=

Temperatur

Temperatur

Antena

Antena

Temperatur

Contoh

Contoh

Perhitungan

Perhitungan

Uplink (clear sky)

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 = 0,1o „ Jarak ES-Sat = 40000 km „ L_A = 0,3 dB „ Untuk Sat „ Beamwidth = 2o „ Efisiensi antena = 0,55 „ Noise figure = 3 dB „ L_FRX = 1 dB, T_F = 290 K „ T_A = 290 K

Contoh

Contoh

Perhitungan

Perhitungan

Downlink (clear sky)

Downlink (clear sky)

„ F = 12GHz „ Untuk Sat: „ PTX = 10W, LFTX =1 dB „ Beamwidth = 2o „ Efisiensi antena = 0,55 „ Jarak ES-Sat = 40000 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 =0,1o „ TA = 290 K, T_Ground= 45K

Perhitungan

Perhitungan

Link

Link

Satelit

Satelit

1

1

1

−

−

−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

d

u

Total

N

C

N

C

N

C

Contoh

Contoh

Perhitungan

Perhitungan

(

(

dengan

dengan

hujan

hujan

)

)

„

Uplink

„

Downlink

A FS U

L

L

L

=

+

A FS D

L

L

L

=

+

K K T T A T A T T m Ground hjn m hjn SKY A 280 260 1 1 − = + ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − + = berubah = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ stabum T G

C/N₀ uplink akan berkurang akibat hujan karena adanya

pengurangan daya carrier yang diterima oleh satelit

(bertambahnya loss)

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

Pengaruh

Pengaruh

Medium

Medium

Propagasi

Propagasi

„

Efek curah hujan

„

Redaman

„

_{Cross Polarisasi}

„

Redaman hujan

„

γ

_R

(dB/km) Æ

bergantung frek dan

intensitas hujan

(mm/h)

„

L

_e

Æ panjang lintasan

efektif gel dalam hujan

„

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

e

R

Rain

L

A

=

γ

Pengaruh

Pengaruh

Medium

Medium

Propagasi

Propagasi

( )

(

)

⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ≥ − − < < + = o o 36 latitude jika 36 latitude 075 , 0 4 36 latitude 0 jika 028 , 0 3 km h_R

(

)

E

h

h

L

R S S

_sin

−

=

hs : tinggi SB dari permukaan laut Valid untuk E>5o

1 2

(

)

(

L

L

E

)

r

S

cos

1

1

0 01 , 0

=

+

3

( )

0,015 0,01 0

35

R

e

km

L

=

− 01 , 0

r

L

L

_e

=

_S 7

daerah

dari

bergantung

01 , 0

=

R

4

nomogram

dari

=

R

γ

5

(

)

_{R e} Rain

p

L

A

= 01

0

,

=

γ

6

( )

(

)

( p) Rain Rain

p

A

p

p

A

=

=

0

,

01

×

12

− 0,546+0,043log s h

Pengaruh

Pengaruh

Medium

Medium

Propagasi

Propagasi

Pengaruh

Pengaruh

Medium

Medium

„

Nomogram untuk

menentukan redaman

γ

_R

Pengaruh

Pengaruh

Medium

Medium

Propagasi

Propagasi

Pengaruh

Pengaruh

Medium

Medium

Propagasi

Propagasi

„ Cross Polarization (ITU-R)

„ Keterangan :

„ Berlaku untuk 3 – 37 GHz

„ f : frek dalam GHz

„ E : sudut elevasi dalam derajat

„ τ: polarisation tilt angle

relatif thdp horisontal

„ κ2 = 0,0053 σ2 Æ

distribusi sudut jatuhnya titik air

„ I(τ) dapat diabaikan

untuk polarisasi sirkular „ κ_m2 = 0,0053 σ m „ Dengan „ σ = 0o, 5o_{, 10}o_{, 15}o untuk p = 1, 0.1, 0.01, 0.001 pada 14/11 GHz

( )

(

)

( )

( ) ( )

( )

( )

( )

( )

{

(

( )

2

)

}

4

cos

1

5

,

0

log

10

log

40

log

30

log

20

2 m

e

I

E

E

D

I

E

D

f

dB

U

A

U

dB

XPD

dB Rain κ

τ

τ

τ

κ

−

−

−

=

=

+

+

−

=

−

=

Harga XPD tipikal adalah : 20 dB untuk p = 0,01%

Kompensasi

Kompensasi

Akibat

Akibat

Propagasi

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

Æ

meningkatkan EIRP Æmembutuhkan tambahan daya

transmit Æ bisa menimbulkan intermodulasi

„

Site diversity

Kompensasi

Kompensasi

Akibat

Akibat

Propagasi

Propagasi

Interferensi

Interferensi

dari

dari

Satelit

Satelit

Berdekatan

Berdekatan

Jaringan Satelit baru baru Jaringan Satelit lama Stasiun Bumi Stasiun

Terestrial _{Propagasi troposfer}

Propagasi Free Space A1 A2 C1 C2 F E B1 B2 B1 B2 P r o p a g a s i F r e e S p a c e

„ 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

Interferensi

Interferensi

dari

dari

Satelit

Satelit

Berdekatan

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

Interferensi

Interferensi

dari

dari

Satelit

Satelit

Berdekatan

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 _θ

Satelit dan stasiun bumi yang diinginkan Satelit dan stasiun bumi penginterferensi