Sebuah Kajian Pustaka:

ISSN: 1693-6930

( 10

16 (

ISSN: 1693-6930

17TELKOMNIKA ISSN: 1693-6930

ANALISIS PENGARUH POINTING ANTENA STASIUN BUMI TERHADAP BIT ERROR RATIO PADA KOMUNIKASI SATELIT

Wahyu Pamungkas, Anggun Fitrian IsnawatiProgram Studi D3 Teknik Telekomunikasi, Akademi Teknik Telkom Sandhy Putra Purwokerto

JL DI Panjaitan 128 Purwokerto (0281) 641629

e-mail: wahyu1576@yahoo.com , anggun_fitrian@yahoo.comAbstractOne problem causing reduction of energy in satellite communications system is guidance earth station antenna towards satellite. Error in pointing would have effect to quality of information signal to energy bit, in Rx earth station. In this research, friction of pointing angle only happened at Rx antenna, while at Tx antennas leads precise to satellite. Also research done by two satelite, TELKOM-1 and TELKOM-2. At first measuring, done by directing Tx antenna precisely to satellite, resulting an antenna pattern printed by spectrum analyzer. The output printed from spectrum analyzers is drawed with the right scale to describe friction of azimuth and elevation pointing angle towards satellite. By friction of this pointing, it will influence to receiving parameters link budget indicated by pattern antenna. This pattern antenna shows reduction level of power receiving as a result of pointing mistake. From the calculation, conclusion which can be taken that is increasingly far friction of pointing to satellite, would affected on the wane receiving value of signal parameters link budget of downlink.

Keywords: pointing, downlink, BER, azimuth, elevation.AbstrakSatu masalah yang menyebabkan pengurangan daya dalam sistem komunikasi satelit adalah pengarahan antena stasiun bumi ke arah satelit. Kesalahan dalam melakukan pointing akan berpengaruh terhadap kualitas sinyal yang ditransmisikan pada bagian stasiun bumi. Kualitas sinyal informasi yang bagus meningkatkan nilai energy bit to noise density ratio (Eb/No) dan nilai (bit error rate) BER semakin kecil. Pada penelitian ini, pergeseran sudut pointing terjadi pada antena stasiun bumi Rx, sedangkan antena stasiun bumi Tx mengarah tepat ke satelit. Penelitian dilakukan terhadap dua buah satelit yaitu TELKOM-1 dan TELKOM-2. Pengukuran awal dilakukan dengan mengarahkan stasiun bumi tepat ke arah satelit, sehingga didapatkan gambar partern antena dari spektrum analyizer. Selanjutnya dilakukan simulasi dengan menskalakan gambar patern antena tersebut untuk menggambarkan pergeseran stasiun bumi Rx dengan pergeseran aziumuth mapun elevasinya sebesar 0,20. Gambar pattern antena yang sudah diskalakan ini terlihat besarnya pengurangan daya penerimaan yang berpengaruh terhadap besarnya BER akibat kesalahan pointing. Dari perhitungan dapat diambil simpulan bahwa pergeseran pointing terhadap satelit akan mempengaruhi penerimaan link budget arah downlink yang berpengaruh terhadap kualitas sinyal informasi dan BER.

Kata Kunci: pointing, downlink, BER, azimuth, elevasi.1. PENDAHULUAN

Ide tentang sistem komunikasi satelit pertama kali dinyatakan oleh seorang penulis fiksi ilmiah berkebangsaan Inggris yang bernama Arthur C Clarke, [1] yang menyatakan perlu adanya stasiun relay yang diterbangkan ke luar angkasa untuk menghubungkan komunikasi yang lebih efektif untuk mencakup seluruh dunia. Gagasan ini merupakan awal dari perkembangan awal sistem komunikasi satelit.

Berdasarkan gagasan tersebut, konfigurasi dari sistem komunikasi satelit terbagi menjadi dua segmen besar yaitu segmen bumi dan segmen angkasa. Sebagai syarat line of sight (LOS), maka segmen bumi harus mengarah tepat ke arah segmen angkasa atau satelit (pointing). Sementara, dari sisi pengarahan antena (pointing) sering kali terjadi error atau kesalahan yang bisa diakibatkan oleh manusia (human error) atau kesalahan sistem (sytem error) [2]. Hasil dari pointing ini akan berpengaruh besar terhadap pengiriman maupun penerimaan parameter-parameter link budget dari sistem komunikasi satelit yang dalam hal ini berkaitan dengan kualitas sinyal dan nilai bit error ratio (BER). Dalam penelitian sebelumnya, telah diteliti tentang pengaruh tracking antena dengan sudut azimuth dan elevasi pada posisi orbit satelit [3]. Penelitian yang dilakukan kali ini mencoba untuk mengamati perubahan pergeseran sudut azimuth dan elevasi pada sisi Rx terhadap nilai BER.2. METODE PENELITIAN

Penelitian ini diawali dengan studi observasi pada objek penelitian yang dilakukan di lokasi Stasion bumi cibinong (1060 BT,60 LS) sebagai Tx, dan kota Surabaya (1120 BT,70 LS) sebagai Rx, dengan space segment yang dituju adalah Satelit Telkom 1 (108 BT) dan Satelit Telkom 2 (118 BT) yang dilakukan dengan pengamatan dan pengukuran atas parameter-parameter yang akan terpengaruh dengan adanya perubahan pointing antena. Formulasi dan parameter-parameter link budget satelit arah downlink pada penelitian ini akan dibahas dalam dua kategori, yaitu: parameter link budget yang akan berpengaruh terhadap pointing, dan parameter-parameter link budget yang akan dipengaruhi oleh hasil dari perubahan pointing tersebut. Kedua kategori akan diteliti adalah parameter pointing antena seperti sudut azimuth dan elevasi serta parameter lain seperti daya terima pada antena Rx (Rx level), gain antena penerima, gain to noise temperature ratio, carrier to noise ratio (C/N), energy bit to noise density ratio (Eb/No) . Metode analisis yang digunakan adalah metode deskriptif yang akan memaparkan perilaku pointing dan pengaruhnya terhadap parameter-parameter link budget arah downlink dengan pemodelan penelitian seperti Gambar 1 sebagai berikut.

Gambar 1. Pemodelan penelitian

Proses penelitian dimulai dengan melakukan pointing antena pada bagian stasiun bumi penerima Surabaya ke arah satelit. Hasil pointing ini akan diukur dengan menggunakan spectrum analyzer yang menunjukan parameter gain antena Rx dan level daya pada sisi Rx. Parameter tersebut selanjutnya digunakan sebagai dasar perhitungan link budget pada posisi on axis. Parameter link budget ini akan diteruskan sampai mendapatkan hasil perhitungan parameter Eb/No dan BER pada posisi on axis. Di sisi lain, parameter hasil pengukuran dari spectrum analyzer tersebut digunakan sebagai dasar penskalaan parameter antena Rx off axis pada sisi sudut azimuth dan elevasi.Hasil pengukuran spektrum analyzer pada sisi pointing azimuth ditunjukan dalam gambar 2. Proses penskalaan pada sisi sudut azimuth dilakukan dengan pergeseran sudut dari titik tengahnya ke kanan dan ke kiri (off axis). Pergeseran sudut ke kanan selanjutnya direpresentasikan dengan tanda plus (+) sedangkan ke kiri akan direpresentasikan dengan tanda minus (-). Gambar hasil pengukuran spektrum analyzer pada sisi pointing elevasi ditunjukan dalam gambar 3. Penskalaan pada sisi sudut elevasi dilakukan dengan pergeseran sudut dari titik tengahnya ke atas dan ke bawah (off axis). Pergeseran sudut ke atas diwakili dengan tanda plus (+) sedangkan pergeseran sudut ke bawah diwakili dengan tanda minus (-). Hasil kedua posisi sudut dalam kondisi off axis ini akan dibandingkan dengan kondisi on axis sebagaimana terdapat dalam tabel 1-4.

Gambar 2. Tampilan Pattern Antena untuk Pergeseran Azimuth.

Gambar 3. Tampilan Pattern Antena untuk Pergeseran Elevasi.Dalam menentukan dan mengukur parameter yang akan menjadi objek penelitian, maka perlu diketahui dasar teori dari beberapa parameter penting yang digunakan dalam penelitian ini, diantaranya adalah sebagai berikut.2.1. Pointing Antena

Sudut pointing antena stasiun bumi ke arah satelit ada dua yaitu sudut azimuth dan elevasi.

1. Sudut Azimuth [4,5]Sudut azimuth diartikan sebagai sudut antara garis arah utara dengan garis ke arah titik proyeksi satelit pada bidang horizon setempat dari stasiun bumi. Untuk menentukan nilainya, harus mengetahui posisi stasiun bumi berada di:

a. Sebelah Utara Khatulistiwa

Stasiun bumi berada di barat satelit : A = 180 - A, Stasiun bumi berada di timur satelit : A = 180 + A

b. Sebelah Selatan Khatulistiwa

Stasiun bumi berada di barat satelit : A = A, Stasiun bumi berada di timur satelit : A = 360 A

(1)dengan: s=posisi bujur (longitude) satelit, L=posisi bujur (longitude) stasiun bumi dan

1=posisi lintang (latitude) stasiun bumi

2. Sudut Elevasi

Sudut elevasi adalah sudut antara bidang horizon setempat dengan garis line of sight dari stasiun bumi ke arah satelit, dengan arah putaran ke atas dan titik nol terletak pada bidang horizon setempat.

(2)

(3)dengan:

h = orbit satelit geostasioner dari permukaan bumi (35786 km), Re = jari-jari bumi (6378 km),( = selisih longitude stasiun bumi dengan satelit, ( = nilai latitude dari stasiun bumi2.2. Perhitungan Link budget Komunikasi Satelit

Link komunikasi satelit terbagi menjadi dua arah. Pertama yaitu arah uplink yang merupakan arah pancaran sinyal dari stasiun bumi pengirim ke arah satelit di atas. Kedua adalah arah downlink yang merupakan arah pancaran sinyal dari satelit ke arah stasiun bumi penerima. Beberapa parameter yang digunakan dalam perhitungan link budget adalah:1. Free Space Loss

Free space loss atau redaman ruang bebas yaitu besarnya redaman atau pengurangan daya sinyal kirim selama menempuh jarak propagasi dari stasiun bumi ke satelit.

(4)dengan:

Lu=free space loss arah uplink (dB), Fu = frekuensi uplink (Hz), du = slant range satelit = jarak transmisi dari stasiun bumi ke satelit (km), c = kecepatan cahaya (= 3x108 m/s)

2. Kuat daya carrier (Rx Level)Kuat daya carrier yang dirasakan oleh antena yaitu nilai EIRP yang terpengaruh oleh loss karena tracking dan redaman atmosfer serta redaman ruang bebas ditambah dengan penguatan antena.

(5)dengan:

Cu=daya carrier uplink yang diterima antena satelit (dB)

EIRPSBTx=nilai EIRP stasiun bumi Tx (dB)

L=loss tracking + atmosphere attenuation (1,2 1,5 dB)

Lu=frees space loss uplink (dB)

GsatRx=gain antena penerima satelit

3. Gain to Noise Temperature (G/T)

Parameter gain to noise temperature adalah parameter yang membandingkan antara penguatan antena penerima dengan total dari noise temperatur yang ada pada sistem penerimaan. Parameter ini hanya ada pada bagian penerima (receiver).

(6)

(7)

(8)

(9)dengan:

G/T=gain to noise temperature (dB/K), GRx = gain antena penerima satelit (dB),LR=loss miss pointing antena (dB), Lpol = loss polarisasi (dB),TA=temperatur antena satelit (K), LFRx =lossfeeder sistem penerimaan satelit (dB),TF=temperatur feeder (K), TR = temperatur pada perangkat penerima satelit (K)

4. Carrier to Noise Ratio (C/N)

C/N adalah parameter yang membandingkan daya sinyal carrier yang diterima oleh antena penerima dengan harga noise yang ada pada sistem penerimaan tersebut.

(10)dengan:

L = free space loss uplink (dB), G/T= gain to Noise Temperatur Ratio pada antena penerima satelit (dB), k = konstanta Boltzman = 1,3803 ( 1023 J/(K, B =bandwidth frekuensi (MHz), IBO = back off input5. Carrier to Noise Ratio Total (C/Ntotal)

C/N total adalah parameter yang melambangkan kualitas daya carrier yang diterima oleh perangkat akhir dalam komunikasi satelit (stasiun bumi penerima). C/N total inilah yang selanjutnya akan dipakai untuk mengtahui nilai Eb/No pada bagian modem.

(11)6. Energi Per Bit to Noise Density Ratio (Eb/No) [6]Eb/No (Energi Per Bit to Noise Density Ratio) merupakan perbandingan dari energi per bit perkepadatan derau dari keluaran demodulator pada sistem modulasi digital. Besaran ini juga menunjukkan kualitas dari sinyal RF (Radio Frequency) yang diterima oleh modem.

(12)dengan: R = kecepatan transmisi (bps)7. Bit Error Ratio (BER)Parameter sinyal carrier yang ada sangat menentukan link budget total dalam komunikasi satelit agar stasiun bumi penerima masih dapat menerima dengan baik informasi yang dikirimkan oleh stasiun bumi pengirim. Parameter yang penting dalam proses penerimaan informasi ada tiga yaitu [6]:a. Eb/No thresholdb. Bit error ratio (BER)

c. Rain attenuation

Untuk mendapatkan nilai BER, dapat digunakan bantuan grafik yang tercantum pada gambar 4 yaitu berdasarkan nilai Eb/No yang didapat dari persamaan (12).

Gambar 4. Hubungan Eb/No terhadap BER [7]3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pembahasan yang dilakukan pada penelitian ini adalah berdasarkan hasil analisis karakteristik perubahan atau pergeseran pointing antena stasiun bumi terhadap satelit. Karakteristik ini dihubungkan dengan besarnya penerimaan sinyal dilihat dari parameter-parameter link budget pada sinyal tersebut dan efeknya terhadap nilai BER yang dimunculkan. Pembahasan hasil ini dilakukan satu persatu berdasarkan dari urutan parameter sinyalnya.

Analisis ini akan dibagi dalam dua bagian, yaitu: analisis link budget dari satelit TELKOM-1 dan analisis link budget dari satelit TELKOM-2. Analisis untuk kedua satelit tersebut dilihat dari dua titik yaitu transmitter dan receiver. Transmitter berada pada titik 1060 BT dan 60 LS tepatnya yaitu pada kantor subdivsat Telkom. Receiver berada pada titik 1120 BT dan 70 LS yaitu berada pada kota Surabaya.3.1. Hasil Pembahasan Pergeseran Pointing Antena terhadap Satelit TELKOM-1 [8-9]1. Hasil perhitungan link power budgetDalam kasus pertama yaitu Surabaya sebagai receiver, maka untuk mendapatkan nilai BER terlebih dahulu harus dihitung nilai C/Ntotal sesuai persamaan (11) [10,11,12]. Kemudian dengan menggunakan persamaan (12) akan diperoleh nilai Eb/No, dan berdasarkan grafik pada Gambar 4 akan dihasilkan nilai BER sebagai berikut:BER = 1x10-9, Eb/No = 4,9 dB, C/Ntotal = 38,0133 dB, C/Ndn = 58,598 dB

C/Nup = 108,2116 dB, G/Tdn = 30,7096 dB/0K, EIRPSb = 123,8373 dB, PTx = 68,8139 dB2. Perhitungan link power budget dan BER hasil penyimpangan sudut azimuthTabel 1 Perhitungan link budget downlink satelit TELKOM-1 hasil pergeseran sudut azimuth Off-axisRx levelGain RxG/TdnC/NdnC/NtotalEb/NoBER

-0.8-72,624,52,730,623,9-9,3