Analisis Diameter Antena dan Redaman Hujan Menggunakan Frekuensi Ku-Band Dan C-Band untuk Komunikasi VSAT SCPC Satelit Telkom 3S pada Link Bogor-Tiakur

 1. PENDAHULUAN 

    Sistem komunikasi satelit merupakan suatu teknologi komunikasi yang memiliki jangkauan yang luas sehingga mampu melayani seluruh kawasan suatu negara bahkan benua. Pada masa sekarang komunikasi satelit yang umum menggunakan jenis frekuensi c-band. Sumber daya frekuensi yang terbatas, maka dari itu dalam komunikasi satelit terus berinovasi dalam penggunaan jenis frekuensi yang lain yaitu frekuensi ku-band. VSAT SCPC termasuk ke dalam salah satu jenis layanan komunikasi yang dalam pentransmisian data menggunakan jenis frekuensi c-band dan ku-band. Penggunaan VSAT sebagai alat komunikasi memiliki beberapa keuntungan diantaranya dalam hal instalasi, biaya yang murah dan pemeliharaan yang mudah [1]. 

    Komunikasi satelit dipengaruhi oleh curah hujan, besarnya curah hujan dapat meredam propagasi komunikasi satelit di lapisan atmosfer. Redaman hujan terjadi karena partikel-partikel hujan mengakibatkan terjadinya proses polarisasi dan scattering pada gelombang sehingga dapat mengganggu proses pengiriman gelombang sinyal elektromagnetik ke stasiun penerima atau sebaliknya [2]. Oleh karena itu, redaman hujan dapat mengakibatkan terjadinya pelemahan daya sinyal pada stasiun penerima. 

    Penggunaan diameter antena VSAT pada dasarnya berbeda-beda. Permasalahan yang ada terjadinya gangguan terhadap media akses antena, baik interferensi dan interferensi sehingga dapat menurunkan kinerja perangkat jaringan VSAT. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya terkait pengaruh diameter antena terhadap tentang kualitas link transmisi suatu Digital TV-Broadcast menggunakan band frekuensi kuband pada satelit Measat 3A berdasarkan parameter level sinyal dan carrier to noise (C/N). Kekurangan pada penelitian ini belum adanya keterangan link komunikasi yang digunakan. Berdasarkkan penelitian ini dihasilkan bahwa hasil yang paling besar untuk nilai C/N untuk menyalurkan data berupa video pada sistem TV-Broadcast adalah dengan antena dimeter 0,8 meter [3]. 

    Penelitian berikutnya, telah dianalisis pengaruh slant range dan diameter antena pada jaringan VSAT terhadap optimasi power dan bandwidth. Hasil yang di dapatkan nilai power dan bandwidth pada jaringan komunikasi berbasis satelit dapat dipengaruhi oleh nilai slant range dan diameter antena [4]. Keterbatasan penelitian ini hanya menggunakan satu jenis frekuensi yaitu frekuensi c-band dan menyarankan penggunaan parameter dari link existing guna menghasilkan parameter yang real. 

    Berdasarkan penelitian tersebut diperlukan penelitian lain yang membahas pengaruh diameter antena dan redaman hujan terhadap performansi antara jenis frekuensi c-band dan ku-band dengan ukuran diameter antena penerima yang bervariatif. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui hasil kualitas penerimaan data komunikasi VSAT pada frekuensi Ku-Band dan C-Band untuk masing-masing diamter antena 1 meter, 2 meter, 3,8 meter dan 4,5 meter. Sehingga diharapkan mendapatkan efisiensi kualitas daya carrier to noise ratio dan energy bit to noise ratio yang sesuai dengan standar ITU.

2. METODE PENELITIAN

    Alur penelitian pada untuk menganalisis performansi VSAT SCPC pada Telkom 3S meliputi tahapantahapan berikut ini:

    Lokasi pada penelitian ini terletak di Bogor sebagai pusat transmisi dan lokasi yang kedua terletak di Tiakur yang berperan sebagai stasiun penerima. Stasiun pengirim Bogor terletak di koordinat 6°32'34.40"S dan 106°46'15.48"T dengan ketinggian 173 meter dari permukaan air laut. Sedangkan untuk stasiun penerima terletak di Tiakur pada koordinat 8° 8'49.74"S dan 127°47'31.32"T dengan ketinggian 16 meter dia atas permukaan air laut.

2.1 Parameter Data Satelit Telkom 3S

    Satelit Telkom 3S memiliki coverage untuk alokasi standart C-band yang mencakup wilayah ASEAN. Sedangkan alokasi Ku-Band mencakup wilayah Indonesia. Luas covarage dari satelit digunakan untuk menghitung EIRP (DBw) dan G/T (DB/K) satelit. Berikut data Satelit Telkom 3S yang disajikan pada Table 1.

2.2 Parameter Hub Station Bogor

    Parameter Hub Station digunakan untuk pengiriman data ke satelit dan untuk perhitungan link budget guna menentukan spesifikasi teknis dari transmitter. Berikut beberapa Hub station yang berada di Bogor. 

Informasi terkait parameter data uplink untuk jenis frekuensi Ku-band disajikan pada Tabel 3 dibawah ini. 

2.3 Parameter Remote Site Tiakur

    Parameter ini digunakan untuk mengukur seberapa besar performansi kehandalan suatu jaringan dari sisi pelanggan. Data parameter untuk penggunaan frekuensi C-Band sebagai berikut ini.

Berikut ini parameter downlink untuk penggunaan jenis frekuensi ku-band disajikan sebagai berikut.

2.4 Perhitungan Link Budget

Perhitungan link budget meliputi langkah-langkah dibawah ini: 

1. Menghitung sudut azimuth, sudut elevasi dan slant range 

Antena pointing digunakan untuk menghadapkan arah dari antena yang terdapat di stasiun bumi ke satelit sehingga dapat mengakses satelit yang di tuju. Dalam pointing antena memiliki dua parameter yaitu bidang vertikal (elevasi) dan horizantal (azimuth) [6].

Secara teoritis nilai sudut azimuth berada diantara 00 -3600 , akan tetapi nilai tersebut bergantung dari lokasi Stasiun Bumi dengan mengambil titik acuan di titik subsatelit. Kemudian perhitungan daerah kemiringan atau slant range antara stasiun bumi dengan satelit merupakan jarak sebenarnya yang diukur dari stasiun bumi ditarik garis lurus menuju posisi satelit di atas. Nilai slant range dapat ditentukan dengan rumusan matematis sebagai berikut:

2. Menghitung Gain 

Antena Gain atau penguatan merupakan perbandingan antara nilai daya pancar dari sisi antena terhadap antena referensinya sendiri. Persamaan matematis untuk antena parabolic adalah sebagai berikut.

3. Menghitung figure of merit atau gain to temperature dan effective isotropic radiated power (EIRP) 

Gain to Temperature adalah perbandingan nilai gain yang dihasilkan oleh antena dengan temperatur noise pada antena. Temperatur noise pada sistem penerima ditentukan oleh besar kecilnya noise figure system penerima tersebut [7]. Nilai Gain to Temperature yang besar diperoleh jika antena gain memiliki nilai yang besar

EIRP merupakan parameter yang memiliki fungsi untuk mengetahui daya pengiriman dari stasiun bumi atau satelit. EIRP stasiun bumi diperoleh melalui perhitungan matematis dibawah ini dan dilambangkan dengan EIRPSB.

4. Menghitung Parameter Redaman (Pointing Loss, Rugi-Rugi Lintasan, dan Redaman Ruang Bebas) 

Langkah pertama dalam menghitung pointing loss yaitu menentukan nilai pangan gelombang λ𝑏𝑜𝑔𝑜𝑟 melalui persamaan di bawah ini: 

5. Menghitung Energy bit to noise ratio (Eb/No) Kualitas sinyal yang diterima ditentukan oleh besarnya perbandingan antara energi sinyal pembawa per bit noise yang diterima terhadap derau temperatur. Adapun persamaan matematisnya sebagai berikut:

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Analisis Pengaruh Diameter Antena Pada Frekuensi Ku-Band

    Perbedaan ukuran diameter antena ternyata berpengaruh pada tolak ukur performansi kualitas jaringan pada layanan sistem komunikasi satelit. Ukuran diameter antena yang digunakan pada penelitian ini terdapat tiga ukuran yaitu 1 m, 3.8 m, dan 4.5 m. Hasil perhitungan parameter link budget dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

    Berdasarkan tabel 5. Menunjukan bahwa nilai gain meningkat sejalan dengan semakin besarnya ukuran diameter antena. Diameter antena dengan ukuran 1 m menghasilkan gain sebesar 41,31 dBi, untuk ukuran diameter 3,8 m didapatkan nilai gain 52,9 dBi dan nilai gain terbesar sebesar 54,37 dBi untuk diameter antena 4,5 m. Kemudian ukuran diameter antena berpengaruh terhadap parameter figure of merit (G/T). Temperatur sistem yang digunakan sebesar 200 K yang mana dengan nilai gain antena setiap ukuran diameter antena menghasilkan nilai G/T yang berbeda-beda. 
    Nilai pointing loss terbesar didapatkan nilai 0,283 dB untuk diameter antena 4,5 m sedangkan nilai terkecil sebesar 0,013 dB untuk diameter 1 m. Hal ini menunjukkan bahwa parameter nilai pointing loss semakin tinggi seiring bertambahnya ukuran diameter antena. Selanjutnya parameter Carrier to noise total merupakan nilai yang diperoleh dari hasil perhitungan antara carrier to noise di sisi uplink dan carrier to noise downlink yang terjadi dari satelit ke arah stasiun bumi penerima di kota Tiakur. Berdasarkan nilai yang disajikan pada Tabel semakin besar ukuran diameter antena maka nilai C/N total akan semakin besar juga.

    Parameter Eb/No digunakan untuk mengetahui kualitas sinya radio frekuensi (RF) yang di terima oleh modem. Nilai standart minimum untuk parameter Eb/No pada frekuensi ku-band dengan modulasi 8PSK ¾ sebesar 4,7 DB. Hasil yang diperoleh untuk diameter antena 1 m, 3,8 m dan 4,5 m yaitu 10,67 DB, 15,91 dB dan 16,17 dB. Berdasarkan nilai tersebut maka dapat disimpulkan bahwa ketiga ukuran diameter antena tersebut telah melewati standart minimum yang ditetapkan setelah ditambahkan nilai tolerasi +5 yaitu 9,7 DB. Semakin besar nilai Eb/No akan semakin tahan juga dengan redaman hujan. Maka dapat disimpulkan bahwa antena dengan ukuran diameter 1 meter dengan data rate 5 Mbps merupakan penggunaan ukuran antena yang paling efektif apabila di tinjau dari segi biaya, selain karena telah melewati standar minimum dan diameter antena 1 m juga memiliki ukuran diameter yang kecil dibandingan dengan yang lain sehingga dari segi biaya relatif terjangkau.

3.2 Analisis Pengaruh Diameter Antena pada Frekuensi C-Band

Pengaruh diameter antena pada frekuensi c-band dapat dilihat pada tabel dibawah ini:

    Berdasarkan hasil perhitungan menunjukkan semakin besar ukuran diameter antena akan menghasilkan nilai gain yang besar pula.Untuk menghitung parameter figure of merit (G/T) pada frekuensi c-band digunakan temperatur sistem 1200K. Hasil nilai G/N untuk ukuran diameter antena 1 m sebesar 12,89 DB/K sedangkan ukuran 3,8 m menghasilkan nilai G/N sebesar 24,49 DB/K dan nilai G/N terbesar pada ukuran 4,5 m sebesar 25,96 DB/K. Selanjutnya parameter pointing loss didapatkan redaman pointing terbesar yaitu 0,049 dB pada ukuran 4,5 m. Redaman terkecil terdapat pada antena dengan diameter 1 m dengan nilai 0,002 DB. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar ukuran diameter antena maka nilai pointing loss nya juga semakin besar. 
    Hasil nilai C/N total yang tinggi merepresentasikan kehandalan suatu link komunikasi yang baik, sehingga untuk mendapatkan nilai C/N total yang tinggi dapat diperoleh dengan cara memperbesar ukuran diamter antena yang digunakan. Selain itu, parameter yang menentukan kehandalan suatu jaringan sistem komunikasi satelit adalah parameter Eb/No. Hasil perhitungan Eb/No pada frekuensi c-band dengan ukuran diameter antena 1 m didapatkan nilai 12,61 DB, ukuran 3,8 m menghasilkan nilai Eb/No sebesar 17,27 DB dan ukuran 4,5 m diperoleh nilai Eb/No sebesar 17,45 DB. Berdasarkan hasil tersebut maka ukuran antena dengan diameter 4,5 m memiliki performansi terbaik karena memiliki nilai Eb/No tertinggi apabila di bandingkan dengan ukuran antena 1 m dan 3,8 m. Akan tetapi, untuk penggunaan antena 1 m merupakan perangkat yang paling efektif dalam suatu link dengan data rate sebesar 5 Mbps karena ukuran antena yang kecil sehingga jika ditinjau dari efisiensi biaya lebih minimum.

3.3 Analisis Pengaruh Redaman Hujan pada Frekuensi Ku-Band dan C-Band

    Perhitungan model redaman hujan dilakukan melalui dua tahapan yaitu perhitungan pada frekuensi kuband dan frekuensi c-band. Model perhitungan menggunakan model ITU-R 618-5 yang mana Indonesia berada pada wilayah regional “P” dengan nilai rain rate sebesar 145 mm/h dan nilai r(0,01%) . Berikut ini data redaman hujan pada frekuensi ku-band.

    Redaman hujan pada frekuensi ku-band menunjukkan bahwa apabila terdapat peningkatan nilai redaman yang tinggi mengikuti naiknya curah hujan. Curah hujan tertinggi yaitu 145 mm/h dengan nilai redaman hujan sebesar 35,37 DB. Pengaruh dari redaman hujan yang besar pada frekuensi ku-band memiliki dampak terhadap penurunan kualitas sinyal penerimaan pada VSAT yang bergantung pada besar kecilnya curah hujan yang terjadi. Berikut ini hasil redaman hujan pada masing-masing curah hujan pada penggunaan frekuensi C-band sebagai berikut:

    Berdasarkan grafik diatas pada kanal c-band tidak terlalu berpengaruh terhadap redaman hujan walaupun dengan curah hujan yang tinggi. Hal ini karena curah hujan dengan nilai 15 mm/h sampai 145 mm/h dihasilkan nilai redaman hujan yang tidak terlalu besar. Nilai redaman hujan tertinggi sebesar 2,25 DB pada curah hujan 145 mm/h. Berikut perbandingan nilai redaman hujan pada frekuensi ku-band dan c-band dapat dilihat pada grarik di bawah ini.

    Berdasarkan grafik di atas perbandingan nilai redaman hujan memiliki perbedaan yang cukup jauh antara frekuensi ku-band dan c-band. Pada grafik untuk curah hujan 15 mm/h menghasilkan redaman sebesar 2,5 DB untuk kanal ku-band sedangkan untuk kanal c-band dengan curah hujan yang sama didapatkan nilai 0,15 DB. Bahkan untuk kanal c-band nilai curah hujan tertinggi yaitu 145 mm/h hanya menghasilkan redaman sebesar 2,25 DB. Besarnya nilai redaman hujan pada kanal ku-band akan menjadi kelemahan suatu jaringan VSAT dengan frekuensi kerja ku-band, berbeda dengan jaringan VSAT dengan frekuensi kerja c-band yang tidak berpengaruh terhadap proses transmisi data. Selain itu, pengaruh redaman hujan pada frekuensi ku-band yang tinggi berkaitan dengan penggunaan ukuran diameter antena VSAT. Penggunaan ukuran diameter VSAT yang lebih besar tentunya dapat memberikan ketahanan yang kuat dari pengaruh redaman hujan.

4. KESIMPULAN

    Jaringan komunikasi VSAT dengan data rate 5 Mbps, modulasi 8 PSK dan FEC ¾ didapatkan hasil ukuran antena 1 meter yang paling efektif dengan frekuensi Ku-Band sebesar Eb/No 10.67 dB dan frekuensi C-Band nilai Eb/No 12,61dB. Kemudian nilai redaman hujan sangat berpengaruh terhadap jaringan komunikasi dengan frekuensi kerja Ku-band dengan curah hujan tertinggi 145 mm/h menghasilkan redaman sebesar 35,37 dB. Sedangkan pada frekuensi kerja c-band tidak terlalu terdampak oleh redaman hujan yang mana dengan curah hujan yang sama didapatkan nilai redaman sebesar 2,25 dB.

DAFTAR PUSTAKA

[1] E. Nurdiansyah and A. Mauludiyanto, "Analisis Redaman Hujan pada Frekuensi C-Band dan Ku-Band untuk Komunikasi VSAT-TV pada Daerah Tropis," Jurnal Teknik ITS, vol. 6, no. 1, pp. A-1 - A-6, 2017. 

[2] Sutoyo, Sabrani and F. Hidayati, "Pemodelan Data Pengukuran Sinyal Satelit Kanal C-Band Wilayah Pekanbaru," Jurnal Sains, Teknologi dan Industri, vol. 17, no. 1, pp. 11-18, 2019. 

[3] M. Pinem and I. Ifandi, "Analisa Perbandingan Diameter Antena Penerima Terhadap Kinerja Sinyal Pada Frekuensi Ku Band," Singuda Ensikom, vol. 6, no. 3, pp. 145-150, 2014. 

[4] M. Mu'is, "Analisis Pengaruh Slant Range dan Lebar Diameter Antena Terhadap Performasi Very Small Aperture Terminal pada Link Cibinong-Jayapura dan Cibinong-Kota Baru," Institut Teknologi Telkom Purwokerto, Purwokerto, 2020. 

[5] "Data Parameter link Bogor-Tiakur PT. Telkom Satelit," 2020. 

[6] I. M. P.B and W. Pamungkas, Sistem Komunikasi Satelit (Teori dan Praktik), Yogyakarta: ANDI, 2014. 

[7] T. Pratt and C. W. Bostian, Satellite Communication, Singapore: John Wiley & Son, 1989.