ANALISIS DAN SIMULASI PERBAIKAN KINERJA JARINGAN TELEMETRI DAN KOMANDO PADA SATELIT PENGAWAS MIKRO
LAPAN-TUBSAT
FITRI RAHMAWATI 41506110151
PROGRAM STUDI TEKNIK INFORMATIKA FAKULTAS ILMU KOMPUTER UNIVERSITAS MERCU BUANA
JAKARTA 2010
ii
ANALISIS DAN SIMULASI PERBAIKAN KINERJA JARINGAN TELEMETRI DAN KOMANDO PADA SATELIT PENGAWAS MIKRO
LAPAN-TUBSAT
Laporan Tugas Akhir
Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Komputer
Oleh:
FITRI RAHMAWATI 41506110151
PROGRAM STUDI TEKNIK INFORMATIKA FAKULTAS ILMU KOMPUTER UNIVERSITAS MERCU BUANA
JAKARTA 2010
i
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini:
NIM : 41506110151
Nama : FITRI RAHMAWATI
Judul Skripsi : ANALISIS DAN SIMULASI PERBAIKAN KINERJA JARINGAN TELEMETRI DAN KOMANDO PADA SATELIT PENGAWAS MIKRO LAPAN-TUBSAT
Menyatakan bahwa skripsi tersebut diatas adalah hasil karya saya sendiri dan bukan plagiat. Apabila ternyata ditemukan didalam laporan skripsi saya terdapat unsur plagiat, maka saya siap untuk mendapatkan sanksi akademik yang terkait dengan hal tersebut.
Jakarta,...
ii
LEMBAR PENGESAHAN
NIM : 41506110151
Nama : FITRI RAHMAWATI
Judul Skripsi : ANALISIS DAN SIMULASI PERBAIKAN KINERJA JARINGAN TELEMETRI DAN KOMANDO PADA SATELIT PENGAWAS MIKRO LAPAN-TUBSAT
SKRIPSI INI TELAH DIUJI DAN DISAHKAN SEBAGAI LAPORAN TUGAS AKHIR
JAKARTA, ……….
Raka Yusuf, ST., MTI Pembimbing
Devi Fitrianah, S.Kom., MTI Abdusy Syarif, ST., MT Koord. Tugas Akhir Teknik Informatika KaProdi Teknik
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur Alhamdulillah kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan segala rahmat dan karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir yang merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan program studi strata satu (S1) pada Jurusan Teknik Informatika Universitas Mercu Buana.
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Karena itu, kritik dan saran akan senantiasa penulis terima dengan senang hati.
Dengan segala keterbatasan, penulis menyadari pula bahwa laporan tugas akhir ini takkan terwujud tanpa bantuan, bimbingan, dan dorongan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan segala kerendahan hati, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada:
1. Bapak Raka Yusuf, ST., MTI, selaku pembimbing tugas akhir pada Jurusan Teknik Informatika Universitas Mercu Buana.
2. Bapak Drs.Ahmad Kodar selaku pembimbing yang menyarankan tugas akhir bidang jaringan dan observasi jaringan satelit pada Jurusan Teknik Informatika, dosen-dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Mercu Buana, tidak ketinggalan LAPAN beserta pegawainya yang bersangkutan dan bapak Budi Purwanto pada PT.INDOSAT-SATELINDO yang telah memberikan ilmu dan waktunya.
3. Bapak dan Ibu tercinta yang telah mendukung penulis baik spirit maupun materi.
4. Teman-temanku (Wiwi, Dwi, Yanti, Yati, Yuli, Widi dll) dan saudara-saudaraku (Yuni, Andi, Uni Lidya, Om Lim dan dll) tercinta serta orang-orang yang selalu memberikan spirit maupun tenaga untuk terus meyelesaikan tugas akhir ini
Semoga Allah SWT membalas kebaikan dan selalu mencurahkan hidayah serta taufikNya, Amin.
Jakarta, Februari 2010 Penulis
iv ABSTRACT
The main purpose of a relationship in a network is to build a communication from one to another. The important field to communicate in wireless networking is a signal, cause if the signal isn’t good, it will disturbing (interfere) communication process even broken off or loss contact, then network performance will not good (bad). Wireless signal impairment a specially communications satellite more complicated and high risks cause uncover by certain media like cable also long distance make it easier disturbed from the outside. So, needed some appropriate checks and calculations for always getting a good performance.
The most common technique to determine satellite link probabilities is satellite link budget and a different technique for support the other check. Writer gives a recommendation to change equipments with better specification for the purpose noise minimize and gain antena – LNA (Low Noise Amplifier) minimize then resulting good signal quality and cheap at analysis in this paper base on that technique. And then to improved, simulating base on satellite link budget technique with network simulator OPNET. However OPNET technique was different, then writer a little bit modify at pipeline procedure receive power dan C/N (SNR) with limitation of OPNET and time.
Keywords: Satellite Networking, OPNET Simulator, BER, Increase of Satellit Performance
xi+118 pages; 42 figures; 8 tables; 9 attachments;
v ABSTRAK
Tujuan utama dari suatu jaringan adalah untuk melakukan komunikasi. Pada jaringan wireless bagian yang penting untuk melakukan komunikasi tersebut adalah sinyal karna jika sinyal tidak bagus akan mengganggu proses komunikasi bahkan putus atau kehilangan koneksi komunikasi sehingga kinerja jaringan tidak bagus. Perusakan sinyal pada wireless, khususnya komunikasi satelit lebih komplek dan beresiko tinggi karna terbuka dan tidak dilindungi media tertentu seperti pada kabel serta berjarak jauh sehingga mudah terkena berbagai macam gangguan dari luar. Untuk itu diperlukan pemeriksaan dan perhitungan yang tepat agar selalu mendapatkan kinerja yang bagus.
Teknik untuk menentukan kemungkinan link satelit yang banyak digunakan adalah link budget satelit dan untuk pemeriksaan lainnya digunakan teknik lain yang mendukung. Analisa didalam berdasarkan teknik-teknik tersebut yang digunakan penulis untuk memberikan rekomendasi yaitu mengganti perangkat dengan spesifikasi yang lebih bagus dengan cara minimalisasi derau dan minimalisasi gain antena – LNA (Low Noise Amplifier) sehingga menghasilkan kualitas sinyal yang bagus dan tidak mahal. Agar rekomendasi dapat dibuktikan, maka disimulasikan berdasarkan teknik link budget satelit menggunakan simulator jaringan OPNET. Namun teknik OPNET agak berbeda sehingga penulis merubahnya sedikit pada prosedur pipeline penerimaan daya (receive power) dan C/N (SNR) dengan batasan OPNET dan waktu.
Kata kunci: Jaringan satelit, OPNET Simulator, BER, Perbaikan Kinerja Satelit xi+118 halaman; 42 gambar; 8 tabel; 9 lampiran;
vi DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PERNYATAAN i
LEMBAR PERSETUJUAN ii
KATA PENGANTAR iii
ABSTRACTION iv ABSTRAKSI v DAFTAR ISI vi DAFTAR GAMBAR ix DAFTAR TABEL xi BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang Masalah 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Tujuan Pembahasan 3
1.4 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah 3
1.5 Metode Penelitian 5
1.6 Sistematika Penulisan 5
BAB II LANDASAN TEORI 7
2.1 Komunikasi Data 7
2.2 Karakteristik Gelombang Elektromagnetik 10 2.3 Hambatan (Impairment) Gelombang Elektromagnetik 11
2.4 Alokasi Lebar Pita (Bandwidth) 13
2.5 Pensinyalan (Signalling) dan kendali galat (error control) 15
2.6 Sistem Satelit 15
2.6.1 Ruas Angkasa 15
2.6.2 Ruas Bumi 17
2.6.3 Subsystem TT&C (Telemetry, Tracking & Command) 18
2.6.4 Subsistem Telekomunikasi 19
2.6.4.1 Antena 19
vii
2.6.4.3 LNA (Low Noise Amplifier) 22
2.6.4.4 HPA (High Power Amplifier ) 23
2.6.4.5 Converter 23
2.6.4.6 Radio Penerima 23
2.6.4.7 Modem 24
2.7 Link Budget Satelit Digital 25
2.8 Sekilas Opnet (Optimized Network Engineering Tool) 31
BAB III ANALISIS 35
3.1 Analisa Masalah 35
3.2 Perumusan Masalah 38
3.2.1 Pemeriksaan Impedansi Perangkat Komunikasi 38 3.2.2 Pemeriksaan Antena Pemancar Dan Penerima G/S 39 3.2.3 Pemeriksaan Minimum Penerimaan Daya (Received
Power) G/S
42
3.2.4 Pemeriksaan Kebutuhan C/N (C/N Req) 42 3.2.5 Pemeriksaan BER (Bit Error Rate) 43 3.2.6 Pemeriksaan Kebutuhan Lebar Pita (Bandwidth) 44
3.2.7 Perhitungan 47
3.3 Cara Peningkatan (Solusi) 58
3.3.1 Ganti Perangkat Dengan Spesifikasi Yang Lebih Bagus 59 3.3.1.1. kualitas sinyal bagus dan tidak mahal 60 3.3.1.2. Kualitas Sinyal Sangat Bagus Dan Mahal 65 3.3.2. Minimalisasi Derau (Noise) Dengan Efisiensi Lebar
Pita (Fullduplex)
66
3.3.3. Mobile Earth Station (Stasiun Bumi Bergerak) 68
3.3.4 Frekuensi S-Band-LEO 69
3.3.5. Orbit Satelit Meo 70
3.3.6. Pemilihan Solusi 70
BAB IV SIMULASI DAN REKOMENDASI 71
4.1 Network Model 72
viii
4.2.1 Node Skenario Uplink 74
4.2.2 Node Skenario Downlink 78
4.3 Pipeline Stage (Low-Level Radio Model) 80
4.3.1. Prosedur power receive atau Pr 80
4.3.2 Prosedur C/N & SNR 82
4.4 Pengujian Terhadap Implementasi 84
4.4.1 Proses Pengujian Skenario Uplink 86 4.4.2. Proses Pengujian Skenario Downlink 90
4.5 Analisis Terhadap Hasil Simulasi 93
4.5.1 Uplink 94
4.5.2 Downlink 95
4.5.3 Perbandingan Uplink-Downlink 96
4.6 Rekomendasi 97
BAB V Kesimpulan dan Saran 101
5.1 Kesimpulan 101
5.2 Saran 103
DAFTAR PUSTAKA 105
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman 1. Gambar 2.1 Model Simple Komunikasi Data 7
2. Gambar 2.2 Mode Komunikasi Dan Kabel Coaxial 9
3. Gambar 2.3 Sinyal Dan Perambatan 11
4. Gambar 2.4 Kerusakan Sinyal 13
5. Gambar 2.5 Kanal (Chanel) Dan Fc (Frekuensi Tengah). 14
6. Gambar 2.6 Orbit Satelit 17
7. Gambar 2.7 Arsitektur Sistem Satelit Komunikasi 18 8. Gambar.2.8 Type Antenna (Kiri) Dan Coverage Area (Kanan). 20 9. Gambar.2.9 Pola Radiasi-Gain Antenna Yagi (Kiri) Dan Halfdipole
(Kanan)
22
10. Gambar 2.10 Gelombang Modulasi Fsk (Kiri) Dan Modem Board Fsk (Kanan)
25
11. Gambar 2.11 Link Budget (Kiri) Dan G/T (Kanan) 28
12. Gambar 2.12 Derau Temperatur Langit 28
13. Gambar 2.13 Kurva Nilai BER Terhadap Eb/No 31
14. Gambar 2.14 Modeling Dan Simulasi Opnet 33
15. Gambar 2.15 Urutan Eksekusi Pipeline Radio Link Transceiver 34 16. Gambar 3.1 Konfigurasi T&C Remote Video Survailance 37 17. Gambar 3.2 Model Transmisi Frame Komando(Kiri) Dan Permintaan
Telemetri(Kanan)
37
18. Gambar 3.3 Lebar Berkas G/S Biak Dan Rumpin 41
19. Gambar 3.4 Pola Radiasi 10 Element Antena Yagi 41 20. Gambar 3.5 Gain To Noise Ratio (G/T) Satelit 49
21. Gambar 3.6 Uplink Budget 50
22. Gambar 3.7 Grafik Derau Temperatur Langit Pada Cuaca Cerah Frekuensi UHF
52
23. Gambar 3.8 Gain To Noise Ratio (G/T) G/S 53
24. Gambar 3.9 Downlink Margin 55
x
26. Gambar 3.11 Analisa Downlink Budget 64
27. Gambar 3.12 Pembagian Frekuensi Uplink-Downlink 67 28. Gambar 3.13 Posisi G/S, Satelit Dan Kapal E/S 69 29. Gambar 4.1 Model Jaringan (Atas) Dan Lintasan Orbit Satelit Di G/S
Biak (Bawah).
73
30. Gambar 4.2 Modul Uplink Node Tx G/S (Atas) Dan Node Rx Satelit (Bawah)
74
31. Gambar 4.3 Kurva BER -Eb/No Pada Modulasi Fsk2 (Kiri) Dan Fsk2 Ncoh (Kanan)
76
32. Gambar 4.4 Atribut Uplink Radio Tx G/S (A.Dan C.) Dan Rx Satelit (B.Dan D.)
77
33. Gambar 4.5 Modul Uplink Node Tx Satelit (Atas) Dan Node Rx G/S (Bawah)
78
34. Gambar 4.6 Atribut Downlink Radio Tx Satelit (Kiri) Dan Rx G/S (Kanan)
79
35. Gambar 4.7 Konfigurasi Seting Simulasi Uplink Pemeriksaan Dan Solusi No.1.A (Kiri) Dan Pemilihan Grafik (Kanan)
87
36. Gambar 4.8 Uplink Pr Dan C/N 89
37. Gambar 4.9 Uplink BER 89
38. Gambar 4.10 Konfigurasi Seting Simulasi Downlink Pemeriksaan Dan Solusi No.1.A (Kiri) Serta Pemilihan Grafik (Kanan)
90
39. Gambar 4.11 Downlink Pr Pemeriksaan Dan Solusi No.1.A Dan C/N 93
40. Gambar 4.12 Downlink BER 93
41. Gambar 4.13 Grafik Standart Uplink Atribut Default OPNET 95 42. Gambar 4.14 Pr Uplink-Downlink (Kiri) Dan C/N Uplink-Downlink
(Kanan)
96
xi
DAFTAR TABEL
Halaman
1. Tabel 2.1 Frekuensi band satelit ………. 11
2. Tabel 2.2 Index modulasi... 14
3. Tabel 2.3 Notasi node model ……….. 34
4. Tabel 3.1 Gain Antena G/S dan Satelit ………... 40
5. Tabel 3.2 Modem standar LAPAN-TUBSAT.………. 45
6. Tabel 3.3 Standarisasi pemeriksaan ………. 55
7. Tabel 3.4 kenaikan nilai parameter link budget pada solusi No.1.a…. 64 8. Tabel 4.1 BER FSK_ncoh ……… 89
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Masalah pemerintah Indonesia dalam pengawasan atau pengamatan wilayah Indonesia adalah kepulauan yang memanjang dari sabang sampai merouke dan terdiri dari ribuan pulau yang dipisahkan oleh lautan, gunung berapi yang masih aktif, terdapat banyak hutan, dataran dengan tingkat ketinggian yang berbeda-beda sehingga sulit mengamati secara keseluruhan dari dataran maupun ketinggian tertentu di udara (lintasan pesawat), tetapi bisa diamati dari ketinggian tertentu di antariksa. Oleh karna itu dibutuhkan satelit (wahana antariksa) dengan kemampuan monitoring yang berkelanjutan terhadap kondisi Indonesia dengan menggunakan video pengawas sehingga dapat memonitor kebakaran hutan, banjir, tanah longsor, gempa bumi, gunung meletus, kecelakaan kapal atau pesawat secara real time. Dalam melaksanakan misi pengawasan, satelit (tanpa pilot) dapat dikendalikan secara otomatis yaitu digerakkan secara statis melalui program komputer yang sudah disetting pada komputer satelit itu sendiri (misalnya mengarahkan kamera hanya kearah pulau jawa) dan satelit juga dapat dikendalikan secara remote oleh operator sehingga satelit dapat digerakkan secara dinamis sesuai keinginan operator (misalnya
mengarahkan kamera kearah gunung meletus atau lokasi kecelakaan pesawat). Dalam System pengendalian satelit yang disebut T&C (telemetry end command), operator mengirim komando (command) untuk mengendalikan satelit dari komputer di bumi ke komputer satelit yang disebut uplink komando dan operator menerima data telemetri (telemetry) satelit untuk tindak lanjut pengendalian satelit berikutnya dari komputer satelit yang disebut downlink telemetri. Uplink komando dan downlink telemetri melalui jaringan wireless (radio) sehingga dibutuhkan perancangan link komunikasi yang handal, namun keterbatasan kemampuan nasional dibidang pengembangan satelit (anggaran/biaya pemerintah dan sumber daya manusia LAPAN), maka dirancang satelit mikro LAPAN-TUBSAT dan dibangun (develop) atas kerjasama dengan TU (technical university)–Berlin. Pembahasan laporan tugas akhir ini adalah pada perbaikan kinerja jaringan wireless (radio) T&C satelit LAPAN-TUBSAT. Bagian yang difokuskan adalah jaringan fisik. Karna analisa dan pengukuran network sangat kompleks dan terdapat keterbatasan perangkat, maka analisa dan pengujian menggunakan perangkat lunak simulator network bernama OPNET.
1.2 Perumusan Masalah
Dari latar belakang masalah di atas dapat dirumuskan menjadi beberapa masalah sebagai berikut :
1. Bagaimana merancang jaringan wireless (radio) T&C satelit LAPAN-TUBSAT dengan simulator OPNET ?
2. Bagaimana mengetahui kelayakan perancangan jaringan wireless (radio) T&C satelit LAPAN-TUBSAT dengan simulator OPNET ?
3. Bagaimana mengimplementasikan teknik digital link budget satelit dalam simulator OPNET ?
1.3 Tujuan Pembahasan
Tujuan pembahasan dari laporan Tugas Akhir ini adalah :
1. Menganalisa jaringan wireless (radio) satelit LAPAN-TUBSAT pada jaringan fisik uplink komando dan downlink telemetri termasuk perancangan space link sesuai spesifikasi peralatan jaringan dan parameter lainnya yang dibutuhkan. 2. Mensimulasikan jaringan fisik wireless (radio) T&C satelit LAPAN-TUBSAT,
serta mengukur tingkat kelayakan (availability, kualitas) dengan OPNET untuk mensimulasikan uplink komando dan downlink telemetry.
3. Modifikasi received power dan mengganti SNR dengan C/N low-level radio models (pipeline stage) pada OPNET agar sesuai dengan teknik digital link budget satelit dalam space link.
4. Memberikan rekomendasi dari permasalahan yang ada untuk perbaikan kinerja jaringan.
1.4 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah
Ruang Lingkup dan batasan masalah pembahasan dari laporan tugas akhir ini adalah :
1. Simulasi perancangan jaringan wireless (radio) untuk proses uplink komando dan downlink telemetri pada jaringan fisik satelit LAPAN-TUBSAT di orbit dan stasiun tanah (ground station) atau G/S Biak di Irian Jaya dengan keterbatasan
waktu menggunakan perangkat lunak (software) simulator OPNET (Optimized Network Engineering Tool) modeler versi 8.1
2. Data yang dapat diproses data text (message) dalam format 4byte-protocol dengan panjang paket yang tidak tetap sesuai data yang dikirim.
3. Teknik access yang digunakan pada uplink komando dan downlink telemetri adalah single access atau disebut konfigurasi logik point to point link, bukan teknik multiple access sehingga cukup dengan 1 G/S.
4. Skenario simulasi terdiri dari skenario uplink komando dan skenario downlink telemetry, dipisah karna menggunakan system transmisi halfduplex dan memudahkan dalam perancangan dan uji coba (pengukuran kelayakan).
5. Pengukuran kelayakan perancangan jaringan dengan batasan jarak yaitu mengukur tingkat availability dengan parameter received power, tingkat kualitas dengan parameter C/N dan BER (STT-TELKOM.2006.Modul2:3-41) menggunakan teknik digital link budget satelit pada OPNET.
6. Tidak membahas orbit dan coverage satelit serta antena secara mendalam, orbit dan perhitungan jarak sesuai parameter yang diberikan dan menggunakan dafault OPNET.
7. Perancangan transmisi pada keadaan ideal yaitu cuaca cerah (clear sky) dan tidak ada intreferensi, jamming atau gangguan-gangguan lain sehingga tidak membahas sistem noise, temperatur, loss dan efek dopler (sekilas) secara mendalam.
8. Tidak membahas sistem acquisition (perolehan data), system tracking, jitter, security data dan jaringan, protokol, codec, delay processing, error kontrol, system listrik.
1.5 Metode Penelitian
Metode penelitian yang dipakai pada tugas akhir ini adalah : 1 Interview :
Agar tidak terjadi penyimpangan data yang diperoleh, maka tanya jawab langsung kepada pembimbing dan pegawai ahli
2 Studi pustaka
Mempelajari dan melengkapi data dengan mencari, mengumpulkan dan membaca informasi melalui buku, literature, internet dan lain-lain yang berhubungan dan menunjang untuk Tugas Akhir.
3 Observasi :
Data yang didapat dianalisa dan dikembangkan sehingga dapat digunakan untuk Tugas Akhir.
1.6 Sistematika Penulisan
Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis membagi ke dalam beberapa bab secara sistematis sesuai dengan pokok-pokok permasalahan yang dibahas. Sistematika penulisan secara umum sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan secara singkat mengenai latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan pembahasan, ruang lingkup dan batasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
Bab ini membahas tentang teori-teori yang akan digunakan penulis dalam perancangan jaringan wireless (radio) untuk proses uplink
komando dan downlink telemetri pada jaringan fisik dalam pembahasan ini.
BAB III ANALISIS
Bab ini menerangkan tentang analisis yang akan dilakukan untuk membuat solusi yang diinginkan, yaitu analisa kebutuhan perbaikan kinerja jaringan T&C satelit mikro melalui jaringan wireless (radio) dan menerangkan tentang pemeriksaan dan perhitungan yang akan dilakukan dan pemberian solusi hingga rekomendasi.
BAB IV SIMULASI DAN REKOMENDASI
Bab ini menjelaskan tentang simulasi dari rekomendasi jaringan wireless (radio) T&C yang telah dibuat pada bab sebelumnya, serta pengujian dengan network simulator OPNET. Network model, node model, dan low-level radio models (pipeline stage) yang akan digunakan juga akan dijelaskan didalam bab ini.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini terdiri dari kesimpulan dan saran yang berisikan hal-hal terpenting yang penulis bahas dan kemudian disimpulkan serta mengenai saran-saran apabila ada yang ingin mengembangkan apa yang telah dibuat oleh penulis dalam laporan ini.
