I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   1 8 ,   N o .   3 J u n e   20 20 ,   pp .   1679 ~ 1688   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 8 .i 3 . pp167 9 - 1688             1679       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i j e e c s . i a e s c or e . c om   D e v e l o p m e n t   o f   st r a t o sp h e r i c   c o m m u n i c a t i o n   p l a t f o r m s (S C P)   a a   b a c k b o n e   t o   t e r r e st r i a l   n e t w o r k s       D i m ov   S to jc e   I l c e v   S pa c e   S c i e nc e   C e nt r e   ( S S C ) ,   D ur b a n   U ni v e r s i t y   o f   T e c hnogy   ( D U T ) ,   S o ut h   A f r i c a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e N ov   10,   201 9   R e v i s e J a n   1 2 ,   20 20   A c c e pt e J a n   20 ,   202 0       I t hi s   p a pe r   a r e   i n t r o duc e t he   ne w   S t r a t o s p he r i c   C o m m uni c a t i o P l a t f o r m s   ( S C P )   a s   c o s t   e f f e c t i v e   a i r s h i p s   f o r   t he   f ut ur e   ba c kbo ne   o f   t e r r e s t r i a l   n e t w o r ks   f o r   r ur a l   c o m m uni c a t i o ns .   P l a c i ng   a i r s h i i po s i t i o i s   no t   c r i t i c a l   po i nt   s uc a s   l a unc o f   s a t e l l i t e   a nd   c o nt r o l l i ng   s uppo r t   s e r v i c e s   i n   t h e   c r e a t i o o f   s pa c e   c om m uni c a t i o n   t e c hno l o gy   a nd  t he   m o s t   e xp e ns i v e   pha s e   o f   t he   t o t a l   s y s t e m   c o s t .   T h e r e f o r e ,   w i t h   f e w   c o s t   e f f e c t i v e   r e m o t e   c o nt r o l l e d   a n d   s o l a r   po w e r e d   a i r s h i ps   c a n   be   c o v e r e a ny   r e g i o o r   c o unt r y   i nc l ud i ng   r e m o t e   a n r ur a l   a r e a s   w i t h   l o w   d e ns i t y   o f   po pul a t i o n .   T he   a i r s h i p   n e t w o r k   o f f e r s   be t t e r   s o l u t i o ns   t ha n   c e l l u l a r   r a d i o   s y s t e m s ,   w i t g r e a t e r   s p e e d   o f   t r a n s m i s s i o t h a n   e v e o pt i c a l   m o de s ,   r o a m i ng   w i l l   be   e nha nc e d   w i t ho ut   s e v e r e   s ha do w i ng   o r   o b s t a c l e   pr o bl e m s   a nd   di s t u r b a nc e s   i ns i de   o f   bui l d i ng s   a n d   s e r v i c e   w i l l   c o s t   l e s s .     T he   a i r s h i m i s s i o i s   m o r e   a u t o no m o us   a nd  di s c r e t e ,   c a b e   i nt e g r a t e w i t c ur r e n t   s a t e l l i t e   a nd   c e l l ul a r   s y s t e m s ,   a nd   w i l l   b e   t he   be s t   s o l u t i o f o r   r u r a l ,   m o bi l e   a n d   m i l i t a r y   a pp l i c a t i o ns .   T he   a i r s h i p   c a n   b e   s e e n   w e l l   f r o m   a l l   po s i t i o ns   i ns i de   c o v e r a g e   a r e a ,   be c a u s e   t h e y   a r e   o v e r l a pp i ng   t h e   t o t a l   c ov e r a g e   a nd  b e c a us e   o f   e l e v a t i o a ng l e .   I a ny   c i r c um s t a nc e s   m o unt a i n s ,   bu i l di ng s   a nd   t r e e s   c a nno t   c a us e   a o bs t r uc t i o t h a t   i s   t he   c a s e   i c e l l u l a r   ne t w o r k s .     T hus ,   t h e   c ur r e nt   r e v i v a l   o f   i n t e r e s t   f o r   S C P   c o ns t e l l a t i o ns ,   a ppl i c a t i o ns   a nd   v a r i o us   c o nc e pt s   a r e   be i ng   s t ud i e d.     Ke y w or d s :   A i r s hi p   p l a t f o r m   F i xe u s e r s   G r o u n s e gm e n t   M ob i l e   u s e r s   S CP   V D V o IP   C opy r i gh t   ©   2020   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   D i m o v   S t o j c e   Il c e v ,   S pa c e   S c i e n c e   Ce n t r e   (S S C),     D ur b a U n i v e r s i t y   of   T e c h n o gy   (D U T ),   D u r b a n,   S o ut A f r i c a   E m a i l :   i l c e v @ dut . a c . z a       1.   I N TR O D U C TI O N     D e s pi t e   o f   a dv a n c e s   i n   W i r e l e s s   a n d   T e rr e s t r i a l   T e l e c o m m u ni c a t i o n s   T e c hn o l o gy ,   a l m o s t   t hr e e   b i l l i o n   of   w o r l d   po pul a t i o n s   l i v i ng   i ru r a l   l o c a t i o n s   a r e   s t i l l   w i t h o ut   a n y   t e l e ph o n e   f a c i l i t i e s .   H ow e ve r ,   e xc e pt   a l r e a d y   de ve l o pe F i xe a n M o b i l e   S a t e l l i t e   Co m m u n i c a t i o n s   N e t w o r ks ,   a i r s h i ps   a s   S t ra t o s p h e ri c   Co m m u ni c a t i o P l a t f o r m s   (S CP o H i gh  A l t i t ude   P l a t f o r m s   (H A P a r e   t h e   n e w e s t   s pa c e   t e c h ni que   w i t di g i t a l   t ra n s m i s s i o n   t e c hn o l o gi e s   fo r   f i xe o r   m o b i l e   c o m m e r c i a l   a n m i l i t a r y   a pp l i c a t i o n s ,   w h i c h   i n c l ude   r e m o t e   a nd  r u ra s o l ut i o n s   a s   w e l l .   T h e s e   s y s t e m s   e m pl oy s   unm a nn e d   o m a nne a n o n   s o l a o f ue l   e n e r gy   a i r c ra f t   a n d   a i r s h i ps   c a rr y i n g   p a y l o a ds   o n b o a r d   a i r s h i ps   w i t t ra n s po nde r s   ( t r a n s m i t t e r s   a nd   r e c e i ve r s a n d   a n t e nna s ,   p r o v i di n g   n e w   t e c hn i q ue   k n o w n   a s   V o i c e ,   D a t a   a n d   V i de o   o ve r   IP   (V D V o IP s e r v i c e .   D e pl oy i n a   f e w   c o s t   e ff e c t i v e   r e m o t e   c o n t r o l l e a n s o l a po w e r e a i r s hi ps   a s   a   b e t t e r   s o l ut i o n ,     a   t e rri t o r y   c a b e   c ov e r e o f   s o m e   r e g i o o c o un t r y   i n c l ud i ng  u r b a n,   s ub ur b a a nd  ru r a l   a r e a s ,   f a rm s   a n d   o t h e r   e n v i r o n m e n t s   w i t a   l o w   de n s i t y   o f   po pul a t i o n.   H ow e v e r ,   t o da y   t h e r e   a r e   de v e l o pe fo ur  ge n e ra l   t e l e c o m m uni c a t i o n s   a r c h i t e c t u r e s ,   w h i c h   c a b e   us e t o   de l i v e r   b r o a db a nd  w i r e l e s s   l o c a l   l o o s e r v i c e   t c o n s um e r s .   T w o   of   t h e s e   a r c h i t e c t ur e s   a r e   G e o s t a t i o na r y   E a rt h   O r b i t   ( G E O )   a nd  N o n - G E O   s a t e l l i t e   s y s t e m s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   1 8 ,   N o .   3 J u n e   20 2 :     1679   -   1 688   1680   a n t h e   o t h e r   t w o   a r e   t e rr e s t ri a l   r o o f t o c e l l ul a r - l i ke   m i l l i m e t e w a v e   r e pe a t e r s   a nd  s t r a t o s ph e r i c     r e l a y   pl a t f o r m s   [1 - 3] .   T h e   S CP   n e t w o r o f fe r s   b e t t e s o l ut i o n s   t ha a l l   c e l l u l a a n d   w i r e l e s s   s y s t e m s ,   w i t g r e a t e s pe e o t r a n s m i s s i o t h a e v e o pt i c a l   m o de s ,   r o a m i n g   w i l l   b e   b e t t e r,   w i t h o ut   s ha do w i n g   p r o b l e m s   a n d   d i s t u r b a n c e s   i n s i de   b ui l di ngs   a n d   s e r v i c e   w i l l   c o s t   l e s s .   T h e   S CP   m i s s i o c a b e   i n t e g ra t e d   w i t h   c u rr e nt   s a t e l l i t e   a nd   c e l l ul a r   s y s t e m s ;   t h e   s y s t e m   i s   m o r e   a u t o n o m o us   a n di s c r e t e   a nd  w i l l   b e   t h e   b e s t   fo r   m i l i t a r y   a n d   a l l   m o b i l e   a ppl i c a t i o n s .   F o i n s t a n c e ,   t h e   H a l o   B r o a db a n G S P S   M i l l i m e t r e   W a v e l e n g t h   (M M W N e t w o r o f   t h e   A n ge l   Co m pa n y   pr o v i de s   da t a   de n s i t i e s   n e a r l y   o n e   t h o us a n t i m e s   h i g h e t ha n   p r o po s e s a t e l l i t e s ,   p r e s e nt e o   T a b l e   1 ,   w hi l e   ha v i n r o u n d   t ri t i m e   de l a y s   a ppr o p r i a t e   f o r   i nt e ra c t i v e   b r o a db a nd  s e r v i c e s .     W h e r e a s ,   t h e   de l a y s   t hr o ug h   s a t e l l i t e   n e t w o r n o de s ,   e v e n   t hr o ug h   L E O   s a t e l l i t e   n o de s ,   a r e   t o o   l o n g   fo r   m a n y   i nt e ra c t i v e   a pp l i c a t i o n s ,   de l a y s   a r e   25  o r   1 , 000   t i m e s   l o n ge r   f o r   L E O   o r   G E O   t h e n   f o r   H a l o   N e t w o r ks ,   r e s pe c t i v e l y .   In  s uc h   a   w a y ,   t h e   H a l o   c o m pa r i s o p a r a m e t e r s   a r e   s i m i l a t o   a   v a ri e t y   o f   m e t r o po l i t a e n v i r o n m e n t   s pe c t r um   us e b a n ds   o f   t h e   L o c a l   M ul t i po i nt   D i s t ri b ut i o S e r v i c e   (L M D S b a nd  n e a 28   G H z .         T a b l e   1 .   Co m p a r i s o o f   d a t a   de n s i t y   a n d   s i g na l   de l a y s   N o d e   t y p e   N o d e   D a t a   D e n s i t y   Ro u n d   T ri p   D e l a y   M i n   ( M b / s / k m 2)   M a x   (M b / s / k m 2)   M i n   ( m i l i s e c )   M i n   ( m i l i s e c )   L D M S   3   30   0 . 0 0 3   0 . 0 6 0   H a l o   2   20   0 . 1 0   0 . 3 5   L E O   (B ro a d b a n d )   0 . 0 0 2   0 . 0 2   2 . 5 0   7 . 5 0   G E O   0 . 0 0 0 5   0 . 0 2   200   240       T h e   a i r s h i p   p r o j e c t s   off e r   c o s t - e ffe c t i v e   s o l ut i o n s   by   us i n s pe c i a l   u nm a nn e a n n o n - f ue l   s o l a r   c e l l   pow e r e b a l l o o n s   w i t h   a e s t i m a t e d   e ndu r a n c e   o f   s e v e r a l   m o nt h s .   Co m p a r i ng  a i r c ra f t   a n d   a i r s h i p   s y s t e m s   i t   i s   di f f i c ul t   n o w   t o   de t e r m i n e   w h i c h   o n e   w i l l   b e   b e t t e r   f o r   t h e   f ut ur e   a ppl i c a t i o n s ,   s o   h e r e   w i l l   b e   i n t r o duc e T A O   A i r s hi p   N e t w o r k,   a m o n g   o t h e de v e l o p e a i r s hi n e t w o r ks   s uc h   a s :   S ky S t a t i o G l o b a l   N e t w o r k,   S ky L A R K   N e t w o r k,   S t r a t Co (S t ra t o S a t )   G l o b a l   N e t w o r k,   e t c   [2,   4 - 6] .       2.   TA O   (S k yN e t)   A I R S H I P   N ETW O R K   A   R e s e a r c h   a n d   D e v e l o pm e n t   p r o g r a m   (R & D o n   a   S CP   a i r s hi s y s t e m   i s   i p r o g r e s s   s i n c e   A p r i l   1998.   T h e   f i n a l   go a l   o f   t h i s   p r o j e c t   i s   t o   r e a l i z e   t h e   S CP   a i r s h i pl a t f o r m   s y s t e m ,   b e i n c a pa b l e   o f   a n   a c c e pt a b l e   l o n g - du ra t i o s t a t i o n - ke e pi n f l i g ht   a t   a   s t r a t o s ph e r i c   a l t i t u de   of   a b o ut   20  km .   T h e r e f o r e ,   t h e   a c hi e v e m e n t s   w i l l   e n a b l e   a dv a n c e w i r e l e s s   f i xe a n m o b i l e   c o m m uni c a t i o ns ,   d i gi t a l   d i r e c t   a nd  r e l a y   b r o a dc a s t i n g ,   m o de rn  b r o a db a n a n m u l t i m e di a   t ra n s m i s s i o n,   hi g h   s pe e I n t e rn e t ,   h i g h - r e s o l ut i o n   o b s e r v a t i o n s   a n m o n i t o ri n o t h e   r e m o t e ,   r u ra l   a n d   gl o b a l   e n v i r o n m e nt .   T hi s   a dv a n c e S ky N e t   S CP   A IR S H I P   pr o g r a m   i s   r e c e n t l y   pr o m o t e i n   c o l l a b o r a t i o w i t h   t h e   Co m m u ni c a t i o n s   R e s e a r c h   L a b o r a t o r y   of   J a pa n   (CR L ),   N a t i o n a l   S p a c e   D e ve l o pm e n t   A ge n c y   of   J a pa n   (N A S D A a n J a pa n   M a r i n e   S c i e n c e   a nd   T e c hn o l o g y   Ce n t r e   (J A M S T E C) ,   i n c l udi ng  t h e   T e l e c o m m uni c a t i o n s   A dv a n c e m e nt   O rga ni z a t i o (T A O )   o f   J a pa n   [7 ,   8 ] .     2. 1 .    A i r s h i p   P l atfo r m   S ys te m   D e s c r i p ti o n   T h e   S CP   p l a t f o r m   i s   a u n m a nn e d   a i r s h i p   ke pt   a t   a   s t ra t o s ph e r i c   a l t i t ude   o f   a b o ut   20  t o   25   k m   f o r   b r o a dc a s t   a nd  m u l t i m e di a   c o m m u ni c a t i o n s   a n d   E a r t o b s e r va t i o n   p u r po s e s .   T h e   S CP   a i r s h i p   i s   e qui ppe w i t c o r r e s po n di ng  c o m m u ni c a t i o n s   pa y l o a d,   o b s e r v a t i o n   s e n s o r s   a nd  o t h e r   n e c e s s a r y   f l i ght   e qu i pm e n t .     T h us ,   w i t t h e   a i m   o f   qui c kl y   de ve l o pi n a S CP   p l a t f o r m   h a s   gr e a t   po t e nt i a l ;   s o   m a n y   r e s e a r c h   i n s t i t u t i o n s   i J a pa b e ga n   c o n d uc t i n g   t h e   r e l e v a n t   r e s e a r c w o r i 199 8.   T h e   S CP   s y s t e m   i s   de s i g n e d   s i m i l a t o   a   s a t e l l i t e   s pa c e   s e gm e nt   a s   a   r e l a y   s t a t i o t o   r e c e i v e   s i gna l s   f r o m   g r o und   s t a t i o n s   us i n g   f e e de r   l i n ks   a n d   t o   r e t r a n s m i t   t h e m   t o   s ub s c r i b e r s   us i n g   s e r v i c e   l i nks .     T h e r e f o r e ,   a a i r s hi p   l i ke   a   s a t e l l i t e   i s   c a rr y i n g   a   p a y l o a w i t c o r r e s po n di ng   t ra n s po n de r s   a nd   a nt e nn a   s y s t e m .   A t   a n y   r a t e ,   t h e   l a u n c h   o f   S CP   i nt o   po s i t i o n   i s   m uc h   s i m p l e t ha n   pu t t i n a   s a t e l l i t e   i nt o   a n y   o r b i t .   A f t e r   c a r e f ul   p r e pa ra t i o n   i n   t h e   ha n ge r   s p a c e ,   t h e   a i r s h i i s   l a u n c h e i n   4   A s c e n t   p ha s e s   t hr o u g h   t h e   t r o po s ph e r e   a nd  Int e r f a c e   l o c a t i o n   po i nt   i n   t h e   s t r a t o s ph e r e   a n d   f i na l l y ,   i t   s h i f t s   t o   t h e   s t a t i o n - ke e pi n g   po s i t i o n.   T h e   r e c ov e r y   pha s e   go e s   i t h e   o ppo s i t e   di r e c t i o n,   na m e l y ,   t h e   a i r s hi i s   s l ow l y   m ov e f r o m   t h e   s t a t i o n - ke e pi n g   po s i t i o n   t o w a r ds   t h e   I n t e r f a c e   po i n t   a n d   f r o m   t h e r e   de s c e n ds   do w n   t o   t h e   g r o un d   i de s c e n t   p ha s e s .   T h e   a i r s h i p   c o n s t r uc t i o h a s   a   s e m i - r i gi d   h ul l   o f   e l l i ps o i da l   s ha pe ,   w i t a n   o v e r a l l   l e n g t h   o f   a b o ut   200  m   a n i n   di a m e t e r   a b o ut   50  m ,   s h o w n   i F i gu r e   1.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       D e v e l opm e nt   of   s t r a t os phe r i c   c om m u ni c at i on  pl a t f or m s   ( SC P )   as   bac k bon e   t o…   ( D i m ov   S t oj c e   I l c e v )   1681     F i gu r e   1 .   T A O   a i r s hi w i t m a i c o m po n e n t s       P l a t f o r m   i s   c o m po s e of   a a i r - p r e s s u r i z e hul l   f o m a i nt a i ni n g   a   f i xe c o nt o ur  a nd   i nt e rna l   s pe c i a l   b a gs   f i l l e w i t h   t h e   b uoy a n t   h e l i um   ga s .   T w o   a i r   b a l l o n e t s   a r e   i n s t a l l e i n s i de   t h e   h u l l   t o   ke e t h e   a i r s hi a t     a   r e qui r e d   a t t i t ude .   F o r   a   l o a b a l a n c e   t o   t h e   l i f t i n f o r c e ,   c a t e n a r y   c ur t a i n s   a r e   c o nn e c t e t o   t h e   l o w e r   r i g i pl a t f o r m ’s   ke e l   a n d   a r e   d i r e c t l y   a t t a c h e d   t o   t h e   e n v e l o pe .   P r o pul s i v e   p r o pe l l e r s   a r e   m o u n t e o b o t h   t h e   s t e m   a n s t e rn   o f   t h e   a i r s hi a n t a i l   f i n s   a r e   i n s t a l l e o n   t h e   r e a e n d   o f   t h e   h ul l .   A   s o l a r   p h o t o vo l t a i c   po w e r   s y s t e m   of   s o l a c e l l s   a nd  R e ge n e r a t i v e   F ue l   Ce l l s   (R F C)  i s   p r o v i de t o   s u ppl y   a   da y   a n d   ni g h t   c y c l e   o f   e l e c t r i c i t y   fo r   a i r s h i p r o pul s i o n,     T h e   l e n gt o f   a n y   a i r s hi i n f ra s t r uc t u r e   i n   ge n e r a l   i s   a b o ut   250  m   a n d   60  m   d i a m e t e r .   T hi s   i s   a b o ut   t i m e s   a s   l o n g   a s   J u m b o   j e t   pa s s e n ge a i rpl a n e s   a n s o   i t s   w e i ght   i s   i n   t o t a l   a b o ut   32  t o n s .   H ow e v e r ,   50%   o f   t h e   w e i ght   c o rr e s po n ds   t o   t h o s e   o f   s t r uc t u r e s   a n d   m e m b ra n e   m a t e ri a l s .   H e n c e ,   s o l a a rr a y s   a n d   f u e l   b a t t e r i e s ,   r e l a t e d   t o   t h e   e l e c t r i c   po w e r   s ub s y s t e m ,   a r e   a l s o   qui t e   h e a vy .   A n d   t h e   w e i g h t   o f   m i s s i o e qui p m e nt   i s   s uppo s e d   t o   b e   a bo ut   t o n.   T h e   a i r s hi p   p l a t f o r m   i s   c o m po s e of   a a i r - p r e s s uri z e d   h u l l   f o r   m a i nt a i n i n g   a   f i xe d   c o n t o ur  a n d   i n t e rn a l   s pe c i a l   b a gs   f i l l e w i t h   t h e   b uoy a n t   h e l i u m   g a s .   T w a i b a l l o n e t s   a r e   i n s t a l l e i n s i de   t h e   h u l l   t o   ke e p   t h e   a i r s h i a t   a   r e qui r e d   a t t i t ude .   F o a   l o a d   b a l a n c e   t o   t h e   l i f t i n g   f o r c e ,   c a t e na r y   c ur t a i n s   a r e   c o nn e c t e t o   t h e   l o w e r   ri gi d   pl a t f o r m ’s   ke e l   a n d   a r e   di r e c t l y   a t t a c h e d   t o   t h e   e n v e l o pe .   P r o pul s i v e   p r o pe l l e r s   a r e   m o u n t e d   o bo t t h e   s t e m   a n d   s t e rn  o f   t h e   a i r s hi p   i n f ra s t r uc t u r e   a nd  t a i l   f i n s   a r e   i n s t a l l e o t h e   r e a e nd  o f   t h e   h u l l .   A   s o l a ph o t o vo l t a i c   po w e r   s y s t e m   o f   s o l a c e l l s   a n d   R e ge n e ra t i v e   F ue l   Ce l l s   (R F C)   i s   p r o v i de t o   s upp l y   a   d a y   a nd  ni g h t   c y c l e   of   e l e c t r i c i t y   fo r   a i r s h i p   p r o pul s i o n ,     T h e   l e n gt o f   a n   a i r s h i i n f r a s t ruc t u r e   i n   ge n e r a l   i s   a b o ut   250  m   a n 6 m   di a m e t e r .   T hi s   i s   a b o ut   t i m e s   a s   l o n g   a s   J u m b o   j e t   pa s s e n ge a i rpl a n e s   a n s o   i t s   w e i ght   i s   i n   t o t a l   a b o ut   32  t o n s .   H ow e v e r ,   50%   o f   t h e   w e i ght   c o rr e s po n ds   t o   t h o s e   o f   s t r uc t u r e s   a n d   m e m b ra n e   m a t e ri a l s .   H e n c e ,   s o l a a rr a y s   a n d   f ue l   b a t t e r i e s ,   r e l a t e d   t o   t h e   e l e c t r i c   po w e r   s ub s y s t e m ,   a r e   a l s o   qui t e   h e a vy .   A n d   t h e   w e i g h t   o f   m i s s i o e qui p m e nt   i s   s uppo s e d   t o   b e   a bo ut   t o n.   T h e   n e c e s s a r y   c o n di t i o n   f o r   a a i r s h i p   t o   f l o a t   a t   a   c e r t a i a l t i t ude   i s   t ha t   t h e   g ra v i t y   a n b uoy a n c y   fo r c e s ,   w h i c a r e   e xe rt e d   o t h e   a i r s hi p,   a r e   i a   s t a t e   o f   e qui l i b r i um .   W h e t h e   s h a pe   a nd   v o l um e   o f   t h e   a i r s hi a r e   s uppo s e t o   b e   c o n s t a n t ,   u nl i ke   a   b a l l o o n ,   t h e   b uoy a n t   f o r c e   a t   a n   a l t i t ude   o f   20  km   b e c o m e s   a bo ut   1/ 15   t h a t   a t   s e a   l e v e l .   A c c o r di n gl y ,   a   b uoy a n c y   of   15  t i m e s   a s   m uc i s   n e c e s s a r y   f o r   e qui l i b ri um .   T h e r e f o r e ,   i o r de t o   f l o a t   a   S CP   i t h e   s t r a t o s ph e r e ,   i t   i s   n e c e s s a r y   t o   m a ke   t h e   w e i gh t   o f   t h e   a i r s hi l i g ht   a n d   t o   m a ke   t h e   b uoy a n c y   a s   l a r ge   a s   po s s i b l e .   I n s i de   t h e   a i r s h i p   t h e r e   a r e   s e ve r a l   i nt e rna l   b a gs   f i l l e w i t H e   ga s   t o   o b t a i e n o ugh  b uoy a n c y   [5,   9 - 11] .     2. 2 .     O u tl i n e   O Th e   Tr a c k i n g   a n d   C o n tr o l   S ys te m   In  o r de r   t o   o pe r a t e   u nm a nn e S CP   a i r s hi s a f e l y ,   i t   i s   n e c e s s a r y   t o   c o n s t r uc t   a   t ra c ki n g   a nd  c o n t r o l   s y s t e m   a n d   e s t a b l i s o pe ra t i o na l   t e c hn i q ue   o b o a rd   t h e   p l a t f o r m   a n d   o t h e   g r o u n d.   B a s e d   o S CP   t e c hn o l o gi e s ,   a pp r o pri a t e   c o unt e rm e a s u r e s   c a b e   t a ke i t i m e   r e ga rdi n g   o b s e r v a t i o a n d   p r e di c t i o o w e a t h e s i t u a t i o n s   a n d   m o ni t o ri n g   o f   o pe r a t i o na l   c o n d i t i o n s   of   o n b o a r d   e qui p m e n t ,   a n d   e v e r e ga r d i n g   s a f e t y   of   da n ge r o us   a t m o s ph e r i c   p h e n o m e n a   o r   a b n o r m a l   pe r f o rm a nc e s   of   o n b o a r e qui pm e n t .   A t   t h i s   po i n t ,   t h e   T A O   a i r s h i p   s y s t e m   ha s   t o   de v e l o a de qu a t e   T T & C   s o l ut i o n s   o b o a r d   t h e   pl a t f o r m   a n d   o t h e   g r o und   a s   w e l l .   D uri n g   l a u n c a i r s h i ps   c a b e   a f f e c t e s t r o ngl y   by   w i n d ,   t h e r e fo r e ,   w h e t h e   p r e l i m i na r y   de c i s i o n   f o r   l a u n c hi n g   o r   r e c o ve r i n g   o f   a a i r s hi p   i s   t o   b e   m a de ,   i t   i s   n e c e s s a r y   t o   p re di c t   t h e   w e a t h e da t a ,   e s pe c i a l l y   w i n d   di r e c t i o n   a n s pe e d,   i a dv a n c e   a n e s t i m a t e   w h e t h e r.   1)   T h e   a i r s h i p   de v i a t e s   f r o m   t h e   a r e a ,   w i t hi n   w hi c h   t h e   t ra c ki n g   a n d   c o n t r o l   s y s t e m   w o r ks   e ffe c t i v e l y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   1 8 ,   N o .   3 J u n e   20 2 :     1679   -   1 688   1682   2)   T h e   l a u n c h   o f   S CP   a i r s h i p   o r e c ov e r y   c a n   b e   c o n duc t e s a f e l y .   B a s e o n   t h i s   p r o pe e s t i m a t i o n ,   a   f i na l   de c i s i o t o   l a u n c o r   r e c o ve r   i s   m a de   s a f e l y .   A f t e t h e   l a s t   c h e c ks ,   t h e   a i r s hi p   i s   r e l e a s e d.   I t   s t a rt s   t o   a s c e nd   due   t o   t he   e ff e c t s   o f   t h e   b uoy a n c y .   N e a t h e   t r o po pa us e ,     w h i c i s   t h e   l a y e r   b e t w e e n   t h e   t r o po s ph e r e   a n d   s t ra t o s ph e r e ,   i t   c o n t i n ue s   t o   a s c e n d ,   b e i n d ri f t e by   t h e   j e t   s t r e a m .   F i na l l y ,   t h e   a i r s hi p   a rri v e s   i t r a n s f e po s i t i o a t   a a l t i t u de   o f   a b o ut   20   k m .   A f t e t hi s   o pe r a t i o n,   t h e   a i r s h i i s   m o v e t o   t h e   ge o   s t a t i o n - ke e pi n g   po s i t i o a n d   t h e   m i s s i o o pe r a t i o i s   s t a r t e d .   O n c e   a a i r s h i p   i s   l a u n c h e d,   i t   c a b e   us e f o r   a   m a x i m u m   o f   t hr e e   y e a r s .   N a m e l y ,   a n   a i r s hi p   i s   pe r i o di c a l l y ,   a b o ut   e v e r y   t hr e e   y e a r s ,   r e c ov e r e a nd   t h e   H e   ga s   a nd   o n b o a r d   e qu i pm e n t   c o n d i t i o i s   c h e c ke d.   M o r e o ve r ,   a f t e t h e s e   r o ut i n e   c h e c k s ,   i t   i s   l a u n c h e a ga i n.   T h e   l i f e   of   a n   a i r s hi i s   s up po s e t o   b e   m o r e   t e a nd  e v e n   t w e n t y   y e a r s .   O w i n t o   i t s   p r o xi m i t y   t o   E a r t h,   t h e   t w o - w a y   t i m e   de l a y   for  t ra f f i c   t o   a n d   f r o m   p l a t f o r m   w o ul be   n e gl i gi b l e   c o m pa r e d   w i t s a t e l l i t e   l i n ks .   T h e   us e   o f   m i c r o w a v e   (M W ) - pow e r e a m pl i f i e r s   f o a i r s h i ps   m a y   de pl oy   a   l a r ge   g r o u n d   a n t e nna   s y s t e m   t o   S CP   s t a t i o n s .   T h e   p ow e r   a nt e nn a   b e a m   w o ul b e   a c c u r a t e l y   fo c u s e d   o n t o   t h e   a i r p l a n e .   A   r e c t i fy i n g   a n t e nn a ,   m o unt e o t h e   l o w e s u r f a c e s   o f   pl a t f o r m ,   w o ul r e c e i ve   a n d   c o n v e r t   M W   pow e r   t o   D i r e c t   Cu rr e n t   (D C)   po w e r .   T h e   D po w e r   w o ul b e   us e t o   d r i v e   e l e c t r i c   m o t o r s   o t h e   S CP   a i r s h i p   f o r   p r o pul s i o n ,   t o   po w e r   t h e   p a y l o a a nd   c o n t r o l   s y s t e m s   a nd   t o   c h a rge   s t a n db y   e n e r gy   s t o r a ge   u ni t s .     If   a   f i xe t ra n s m i t   po w e r   i s   c o n s i de r e d ,   a   l a rge   ra i f a de   m a rgi n   w o ul b e   r e qui r e d,   w hi c h   c o ul c a us e   i n t e r f e r e n c e   t o   o t h e r   s e r v i c e s   w h e n   o pe r a t i ng  i c l e a r   s ky .   T h e r e f o r e ,   a a u t o m a t i c   po w e r   c o n t r o l   w o ul be   v e r y   e ff i c i e n t   i r e duc i n g   t h e   p r o b a b i l i t y   of   i n t e r f e r e n c e .   T hi s   a u t o m a t i c   po w e r   c o n t r o l   s y s t e m   c a b e   i m p l e m e nt e b y   us i n g   a a i r s h i w i t v a r i a b l e   ga i n ,   w hi c us e s   a   v a r i a b l e   a t t e n ua t o l o c a t e i n s i de   t h e     a i r s h i p l a t f o r m   [ 5,   12 ,   1 3] .     2. 3 .     S p e c t r u m   R e gu l ati o n s   R a di o   c o m m uni c a t i o n   i s   t h e   p r i m a r y   m e t h o o f   r e m o t e   c om m a n d   a n d   c o n t r o l   o f   a i r s hi p l a t f o r m s .   S e a m l e s s   o pe r a t i o o f   unm a nn e d   a nd  m a nn e a i r c r a f t   o a i r s h i p   i t h e   e xi s t i n g   m o b i l e   t ra f f i c   c o n t r o l   a r c hi t e c t u r e   r e qui r e s   h i g h - a v a i l a b i l i t y   c o m m u n i c a t i o l i nks   b e t w e e n   t h e   S CP   a i r s h i p   s t a t i o n s   a n d   t h e   G r o und  Co n t r o l   S t a t i o n   (G CS ).   T h us ,   t o   da t e ,   I n t e rna t i o n a l   T e l e c o m m uni c a t i o n   U ni o n - R a di o c o m m u n i c a t i o n s     (IT U - R   h a s   pa rt i a l l y   e xa m i n e d   t h e   ra di o   c o m m u ni c a t i o n   n e e ds   o f   c i v i l   S CP   a i r s hi s t a t i o n s   i n   di f f e r e n t   r e c o m m e n d a t i o n s   o n   S CP   a n d   W o r l d   R a di o c o m m uni c a t i o n   Co n f e r e n c e s - 07  (W R C - 07)  r e s o l ut i o n s     [W R C - 734]         F i gu r e   2 .   I m p a c t   o f   l ow e r   e l e v a t i o a n g l e   o p a t l o s s       N e ve r t h e l e s s ,   t h e   i s s ue   ha s   n o t   y e t   b e e n   f ul l y   a dd r e s s e d,   w i t a   n e e t o   p r o m o t e   I T U - R   s t udi e s   b e t w e e n   2007   a n d   2011   i o r de t o   s e e m o r e   c o m pr e h e n s i v e   IT U - R   S pe c t r u m   r e qu i r e m e nt s   a n d   po s s i b l e   s pe c t r um   a l l o c a t i o n s   t o   s uppo r t   r e m o t e l y   c o n t r o l l e a i r   o pe ra t i o n s   a s   w e l l   a s   pa y l o a r a d i o   c o m m u n i c a t i o a ppl i c a t i o n s   o f   S CP   s t a t i o n s   b a s e o t h e   r e s ul t s   o f   IT U - R   s t udi e s   n e e t o   b e   a d d r e s s e i W R C - 11.   S o m e   o t h e   i s s ue s   t ha t   n e e t o   b e   r e s o l v e i n c l u de .   1)   F ut u r e   t e c hn o l o gi e s   a n d   pe r f o r m a n c e   e xpe c t a t i o n s   f o r   c i v i l   U A S   t ha t   r e qui r e   t h e   us e   o f   s pe c t r um   t o   s uppo r t   t h e   t r a n s f e o f   S CP   a i r s h i p   s t a t us   i n f o r m a t i o t o   i t s   c o n t r o l   s t a t i o n,   t h e   t ra n s f e o f   f l i ght   c o m m a n ds   t o   t h e   a i r s h i ps   f r o m   i t s   c o n t r o l   s t a t i o n,   a n d   t h e   r e a l - t i m e   r e l a y   o f   m o b i l e   t ra f f i c   c o n t r o l   i n s t ruc t i o n s   t o   a n d   f r o m   t h e   pl a t f o r m   o pe r a t o r.   2)   Co - e xi s t e n c e   of   t e rr e s t r i a l   a nd  s a t e l l i t e   c o m m u ni c a t i o n s .   3)   Int e rna t i o na l   s pe c t r u m   h a rm o ni z a t i o n   [2,   5 ,   14] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       D e v e l opm e nt   of   s t r a t os phe r i c   c om m u ni c at i on  pl a t f or m s   ( SC P )   as   bac k bon e   t o…   ( D i m ov   S t oj c e   I l c e v )   1683   2. 4 .     S ys te m   A v ai l ab i l i t a n d   Eff i c i e n c y   N e t w o r a v a i l a b i l i t y   i s   de f i n e d   a s   t h e   pe r c e nt a ge   o f   t i m e   fo r   w hi c s e r v i c e s   a r e   n o t   a f fe c t e b y   n e t w o r o ut a ge ,   na m e l y   due   t o   s h a do w i n g   o b l o c ki ng.   I w i r e l e s s   c o m m u n i c a t i o n s   s y s t e m s ,   e n v i r o nm e n t a l   c o n s i de r a t i o n s ,   s uc a s   s t ruc t u r e ,   ra i n,   t e rra i n,   a nd   s o   o n,   ha v e   t h e   g r e a t e s t   e f fe c t   o n e t w o r a v a i l a b i l i t y .   A n o t h e f a c t o t ha t   i m pa c t s   n e t w o r a v a i l a b i l i t y   i s   t h e   l o s s   m a r gi n.   A t   t h e   f r e que n c i e s   f o r   w hi c a i r s h i ps   ha v e   b e e n   a l l o c a t e d,   a n d   e s pe c i a l l y   t h o s e   i t h e   m i l l i m e t e r - w a v e   pa r t   o f   t h e   s pe c t rum   ( a b ov e   27  G H z   f o r   a i r s hi ps ),   l i n b udge t s   do   n o t   a l l o w   f o r   v e r y   m uc h   l o s s   m a rgi n.   B e c a us e   of   t h e   i m po r t a n c e   o f   m i t i ga t i ng  l o s s ,   g a i n   i s   t h e r e f o r e   a e s s e n t i a l   pa ra m e t e t ha t   n e e ds   t o   b e   a c c o un t e f o r   i t h e   l i n k   b udge t ,   p a r t i c ul a rl y   s o   a t   l o w   e l e v a t i o n   a n gl e s   a t   15 o ,   w h e r e   t h e   di r e c t   pa t b e t w e e n   t h e   a i rs h i ps   a n d   t h e   g r o un d   s t a t i o i s   l o nge a nd  s o   t h e   pa t l o s s   b e c o m e s   l a rge t ha n   i t h e   c a s e   o f   h i g h e r   e l e v a t i o n   a n g l e s   a t   90o .   T h e   i m p a c t   o f   a   l o w e r   e l e v a t i o a n gl e   o n   p a t l o s s   i s   i l l us t ra t e d   i t h e   e xa m pl e   i F i gu r e   2 .   As s um i n g   a o pe r a t i ng  f r e que n c y   o f   28  G H z ,   a a i r s h i s t ra t o s ph e ri c   pl a t f o r m   a t   a b o ut   20   t o   30   km   a b ov e   t h e   E a r t i s   v i e w e by   a   us e o t h e   g r o und   f r o m   t w o   e l e v a t i o n   a n g l e s   a t   90°   (S hi p   1)   a n d   a t   15 °     (S hi p   2) .   W hi l e   t h e   di r e c t   p a t b e t w e e n   S hi p   1   a n d   t h e   a i r s hi p   pl a t f o r m   i s   20   t o   30   k m   a nd   80   t o   90   k m   b e t w e e n   S h i a n d   t h e   a i r s h i pl a t f o r m ,   r e s ul t i ng  i t w o   di ff e r e n t   pa t h   l o s s e s ,   152  dB   a n d   164  dB   r e s pe c t i v e l y .   In   s uc h   a   w a y ,   us i n g   p ra c t i c a l   s a m p l e   o f   21  km   di s t a n c e   b e t w e e n   a i r s hi a n d   S h i p   a n d   81  km   b e t w e e n   a i r s hi p   a n d   S h i 2 ,   t h e   d i f fe r e n c e   o f   12  dB   r e pr e s e nt s   16   t i m e s   m o r e   p ow e r ,   a nd  t h i s   i s   hi g e n o ugh  t ha t   i t   m a y   n o t   b e   a c c o m m o da t e f o r   i a   t i g h t   a i r s h i p l a t f o r m   l i n k   b udge t   p r e s e n t e i n   t h e   f o l l ow i n g   r e l a t i o n s .     L 90  =   20l o [   (2 1000)   (28   x   109)   /   3   108]   =   148   dB   (1)     L 15  =   20l o [   (8 1000)   (28   x   109)   /   3   108]   =   160   dB   (2)     P ow e r   g a i i s   a l s o   s i g n i f i c a nt   t o   t h e   g r o u n d   a nt e nna   a s   i t   de t e rm i n e s   t h e   da t a   ra t e s   a v a i l a b l e   t o   t h e   c us t o m e r   o n   t h e   g r o u n d.   A t   t h i s   po i n t ,   h i g h - ga i c o m m u n i c a t i o a n t e nna s   a r e   n e c e s s a r y   a t   m i l l i m e t e r - w a v e   f r e que n c i e s   i o r de t o   o v e r c o m e   ra i f a de s .   U s i ng  ra i s t a t i s t i c s   a nd  l i nk  b udge t   c a l c ul a t i o n s ,   a n d   a s s u m i n g   a   do w n l i nk  o 28  G H z ,   a   c h a nn e l   b a n dw i dt o f   12. 5   M H z ,   a n d   a   c e l l   d i a m e t e o f   k m .   M o r e o v e r ,   T a b l e   2   o ut l i n e s   a   f e w   s c e n a r i o s   o f   a i r s hi p   s y s t e m   a v a i l a b i l i t i e s   w i t t h e   l i nk  m a rgi r e qui r e t o   o ve r c o m e   ra i f a de s   [1,   5 ,   1 5]       T a b l e   2 .   E xa m p l e   o f   dow n l i n k   da t a   ra t e s   a t   28  G H z   f o r   v a r i o us   t y pe s   of   us e r s   G ro u n d   T e r m i n a l   T y p e   D a t a   Ra t e   (M b / s )   A v a i l a b i l i t y   H i g h   P o r t a b l e   (1 0 0 %   A n t e n n a )   2   99   F i x e d   (2 8 %   A n t e n n a )   4   9 9 . 9     10   99   S t e e r e d   (2 %   A n t e n n a )   12   9 9 . 9     40   99       2. 5 .     H i gh   A n t e n n D i r e c t i v i ty   T h e   v a l ue s   o f   h i g a n t e nna   d i r e c t i v i t y   i s   t h e   i nt e n s i t y   w i t h   w hi c t h e   c o m m u ni c a t i o a nt e nna   r a d i a t e s   i n   i t s   p r e f e rr e di r e c t i o n,   i s   n e e de t o   m i ni m i z e   c o - c h a nn e l   i nt e r f e r e n c e   a n m a x i m i z e   S i g n a l - to - N o i s e   R a t i (S N R s o   a s   t o   d i r e c t   t h e   w a n t e d   s i g na l   t o   us e r s   w i t hi t h e   c o ve r a ge   a r e a .   Ce l l ul a r ,   m o b i l e   a n d   o t h e r   a ppl i c a t i o n s   a r e   de pe n de nt   o t h e   hi g di r e c t i v i t y   of   a nt e nna   b e a m s   t o   i l l um i n a t e   a   s pe c i f i e c e l l   c ove r a ge   r e gi o n ,   o ut s i de   o f   w h i c h   w i l l   r e s ul t   i i nt e r f e r e n c e   i n   c o n t i guo us   c e l l s   a n t h e   de c r e a s e   o   Ca rr i e r - to - Int e r f e r e n c e   R a t i o   (CIR ).   T h e   CIR   c a n   a l s o   b e   a dve r s e l y   a ff e c t e by   r a i s c a t t e ri n a n a t t e n u a t i o n,   w h i c a s   a l r e a dy   m e nt i o n e d   a r e   m o r e   c ri t i c a l   a t   m i l l i m e t e r - w a v e   f r e que n c i e s ,   r e s ul t i n g   i s ub - o pt i m a l   s y s t e m   pe r f o r m a n c e .   I f a c t ,   i t   h a s   b e e n   p r o po s e t h a t   t hi s   c a b e   s o l ve by   us i n g   t i g h t e a nt e nn a   b a n dw i dt h s   a nd  s i de l o be s .   T h e   a n t e nna   di r e c t i v i t y   i s   t h e   ra t i o   of   t h e   m a x i m um   r a d i a t i o i nt e n s i t y   t o   t h e   a v e r a ge   ra di a t i o n   i n t e n s i t y .   T h e   di r e c t i v i t y   a n t h e   po w e r   ga i n   a r e   t h e r e l a t e by   t h e   f o l l ow i n e qu a t i o n .     G (θ,   ф )   =   θD   (θ,   ф )   (3)     W h e r e   v a l ue   o f   G   =   g a i o f   a nt e nna ,   e   =   e f f i c i e n c y ,   θ  =   a n g l e   b e t w e e n   t h e   c o n s i de r e di r e c t i o a nd  t h e   o n e   i n   w h i c h   m a xi m u m   po w e r   i s   r a d i a t e d,   k n o w n   a s   b o r e s i g h t ,   ф   =   p ha s e ,   a nd  D   =   di r e c t i v i t y .   F r o m   i t s   de f i n i t i o n,   t h e   di r e c t i v i t y   (D i s   gi v e by .     D   =   (4 π   U m   /   W )   =     /   Ω A   (4)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   1 8 ,   N o .   3 J u n e   20 2 :     1679   -   1 688   1684   W h e r e   v a l ue   o f   U m   i s   t h e   m a x i m um   ra di a t i o i nt e n s i t y   [W / ra d2] ,   W   i s   t h e   t o t a l   po w e r   r a d i a t e W   a nd   Ω A   i s   t h e   b e a m   s o l i d   a n g l e   [ ra d2] .   G i v e n   t h e   t i g ht   r e qu i r e m e n t s   i m po s e by   l i n k   b udge t s ,   a l l   t hre e   pa ra m e t e r s   m us t   b e   c o n s i de r e w h e n   de s i gni n t h e   s y s t e m .   F o r   i n s t a n c e ,   t h i s   r e l a t i o n s hi i ndi c a t e s   t h a t   h i g h   d i r e c t i v i t y   w i t h   po o r   e f f i c i e n c y   c o ul d   s t i l l   r e s ul t   i n   l o s s   i f   pow e r   i s   po o r l y   r a d i a t e d,   a n t hi s   i s   t h e   c a s e   of   s o m e   a i r s h i ps   c o m m u ni c a t i o n   a nt e nna s .   T h e r e f o r e ,   t h e   i de a l   g a i o f   a n t e nna   c a n   b e   de f i n e w i t a n   i s o t r o pi c   ( h y po t h e t i c a l a n t e nna ,   w h i c h   ha s   a i s o t r o pi c   ra di a t i o pa t t e rn  E ,   ф ) ,   w i t h o ut   a n y   l o s s e s   a n d   t h e r e f o r e   ra d i a t e s   po w e r   i a l l   di r e c t i o n s   i n   u n i f o r m   i n t e n s i t i e s   [5 ,   16 ,   17] .     2. 6 .     C e l l   P l an n i g   Ce l l   pl a nni n g   i s   us e d   t o   o pt i m i z e   c o ve r a ge ,   m a ke   b e t t e us a ge   o f   t h e   f r e que n c y   a nd   e nha n c e   s i g n a l   qua l i t y .   T h e   a i r s hi pl a t f o r m ,   t e rr e s t r i a l   a n s a t e l l i t e   s y s t e m s   s ha r e   a l l o c a t e f r e que n c y   b a n ds   s o   i n t e r f e r e n c e   a n a l y s i s   i s   c r i t i c a l   t o   c e l l   p l a nni n g ,   w h i c h   ha v e   di f f e r e n t   c o n s i de ra t i o n s   f o r   a i r s hi p   t ha f o r   t e rr e s t r i a l   s y s t e m s .   T h e   a i r s hi p - b a s e s y s t e m s   a r e   a f f e c t e by   c o - c h a nn e l   i nt e r f e re n c e ,   w hi c de t e r m i n e s   t h e   c a rri e r - to - i n t e r f e r e n c e   ra t i o   CIR   di s t ri b ut i o n   o n   t h e   g r o u n d ,   b ut   a r e   u na f f e c t e d   by   pr o pa g a t i o c ha r a c t e r i s t i c s   due   t o   t e rra i c h a ra c t e ri s t i c s .   T o   m i ni m i z e   i n t e r f e r e n c e ,   a n t e nna   s pe c i f i c a t i o n s   a r e   o f   pa ra m o u n t   i m po r t a n c e   t o   e n s u r e   o pt i m u m   a n t e nna   b e a m s   t ha t   w i l l   i l l um i na t e   i t s   c o rr e s po n d i n c e l l   w i t h   u n i f o r m   po w e r   a c r o s s   t h e   a i r s h i p   pl a t f o r m s   c e l l   a n d   n o   po w e r   f a l l i ng  o ut s i de   o f   i t .   F o r   i n s t a n c e ,   a pe r t u r e   t y pe s   h a v e   b e t t e r   ra d i a t i o c h a ra c t e ri s t i c s .   I n   s uc h   a   w a y ,   a n t e nna   s e l e c t i o n   s h o ul a l s o   c o n s i de r   t h e   p r o duc t i o n   o f   be a m s   t ha t   ha v e   v e r y   l o w   s i de l obe s   a n d   a   s t e e r o l l - o f f   i t h e   m a i n   l o b e ,   a n d i r e c t i v i t y   t h a t   i s   e i t h e t o o   h i g r e s ul t i n i e xc e s s i v e   pow e r   r o l l - o ff   a t   t h e   e dge   o t o o   l o w   r e s ul t i n g   i e xc e s s i v e   p ow e r   f a l l i ng  o ut s i de   o f   t h e   c e l l   [1,   18] .     2. 7 .     C al l   A d m i s s i o n   C o n tr o l   Ca l l   A dm i s s i o Co nt r o l   (CA C)   s c h e m e s   a r e   us e t o   c o n t r o l s   t h e   n u m b e o f   us e r s   w i t hi t h e   s e r v i c e   a r e a .   T h e r e   a r e   m a n y   CA s c h e m e s   f o r   S CP   a i r s h i ps   h a v e   b e e n   p r o po s e d.   A c c o r di n g   t o   t h e   s c h e m e   p r e s e nt e i n   [ 14 t h e   c a l l   w i l l   b e   a d m i t t e i f   t h e   do w n l i n ks   t ra n s m i t   po w e r   o f   a l l   m o b i l e s   w a s   fo un s o   a s   t o   s a t i s fy   t h e   S N R   r e qui r e m e n t s   a t   a v a i l a b l e   po w e r   l e v e l s .   T o   c a l c ul a t e   t he   gra de   o f   s e r v i c e   (G o S t h e   f o l l o w i n a l go ri t hm   i s   us e d.     G o S   =   P b   + 10P d   (5)     W h e r e   P b   i s   t h e   b l o c ki n p r o b a b i l i t y ,   P i s   t h e   p r o b a b i l i t y   of  h a v i n g   a   d r o c a l l .   A n o t h e e xa m pl e   o f   c a l l   a d m i s s i o n   c o n t r o l   c a n   b e   w h e r e   t w o   c e n t ra l i z e s c h e m e s   f o r   a a i r s hi p   pl a t f o r m   c a rr y i n g   a   W i de b a n d Co de   D i v i s i o n   M ul t i p l e   A c c e s s   (W - CD M A pa y l o a d,   o n e   w i t h   p ri o r i t y   que ui ng  a n t h e   o t h e w i t h   ra n do m   s e r v i c e .   T h us ,   t a k i n i nt o   a c c o un t   t h e   r e v e r s e   l i nk  i nt e r f e r e n c e   f o r   a   m o b i l e   t e rm i na l ,   i n t e r f e r e n c e   i s   c r e a t e d   by   t h e   po w e r   r e c e i v e f r o m   o t h e m ob i l e s   w i t hi i t s   s e r v i c e   a r e a   a nd   f r o m   m o b i l e s   l o c a t e a t   o t h e r   c e l l s .   A t   t h i s   po i nt ,   i n   o r de t o   e n s u r e   t h a t   a l l   t h e   s e r v i c e   c l a s s e s   m a i n t a i t h e i r e s pe c t i v e   Q o S ,   a   r e qui r e S i g n a l - to - I n t e r f e r e n c e   R a t i o   (S IR l e v e l   s h o ul b e   s a t i s f i e d,   a s   p r e v i o us l y   s t a t e d.   H ow e ve r ,     t h i s   i m po s e s   a   c o n s t ra i nt   o n   t h e   m a xi m u m   t o t a l   r e c e i ve p ow e r   a t   a n   a r b i t ra r y   b a s e   s t a t i o n   a n t h e s e   s c h e m e s   w e r e   e v a l ua t e d   i t e r m s   o f   P b ,   P a n d   G o S .   S o m e   w i r e l e s s   t e c hn o l o gi e s   w i l l   c o m pri s e   i n t e r - w o r ki n g   n e t w o r ks   a n a i r s hi p l a t f o r m s   de f i ni t e l y   c o n s t i t u t e   a n   a t t r a c t i v e   s o l ut i o n   f o r   t h e   p r o v i s i o n   o f   b r o a db a nd   m u l t i m e di a   s e r v i c e s .   B e s i de s ,   o n   t h e   b a s i s   t h a t   m ul t i - t e c hn o l o g y   a nd  m u l t i - m o de   us e t e rm i na l s   w i l l   b e c o m e   a v a i l a b l e   i t h e   n e x t   f ut u r e ,   n o v e l   CA a l go ri t hm s   a r e   e s s e n t i a l ,   s i n c e   t h e y   w i l l   de c i de   o n   t h e   s e rv i n n e t w o r a c c o r di n t o   a pp l i c a t i o a n d   Q o S   r e q ui r e m e nt s ,   t r a f f i c   l o a d,   p ri c e ,   e t c .   A   s e a m l e s s   s o f t   ha n do v e b e t w e e n   t h e   a r c h i t e c t ur e s   m e n t i o n e d   a b o ve   a l s o   n e e ds   t o   b e   de v e l o pe d.   T h e r e f o r e ,   CA C   a c c e s s   s c h e m e   i s   n e c e s s a r y   t o   e n s u r e   e a c m ob i l e ’s   Q o S   r e qui r e m e n t s ,   by   r e gul a t i n g   t h e   v o l um e   o f   t ra f f i c   o r   m o b i l e s   w i t h i a   s e r v i c e   a r e a   s o   t ha t   t h e   v a l ue   o f   t h e   S IR   l e v e l   i s   a l w a y s   a b ove     a   p r e de f i n e l i m i t .   If   i n c o m i n g   t ra f f i c   i s   r e c e i v e b e y o n t hi s   l i m i t ,   t h e   i nt e r f e r e n c e   l e v e l   w i l l   b e   i n c r e a s e w h i l e   t h e   S IR   w i l l   f a l l   b e l o w   i t s   p r e de t e r m i n e t hr e s h o l d,   a nd  h a ndo v e r   i s   i n i t i a t e o f t e n   b y   s y s t e m   o pe r a t o r s .   T h e   CA C   c o nt r o l   c e nt r e   i s   i c h a r ge   o f   a l l   t h e   r e a l - t i m e   n e t w o r c o nt r o l   r e s o ur c e s ,   w hi c i s   s i m i l a r   t o   a   s a t e l l i t e   o pe r a t i n g   c e nt r e ,   w hi c o pe ra t e s   24   a   da y .   T h i s   c o n t r o l   c e nt r e   i n c l ude s   us e a ut h e n t i c a t i o n,     c a l l   a d m i s s i o n,   m a na ge m e n t   o f   t h e   ra di o - e l e c t ri c   r e s o ur c e s ,   t ra f f i c   m a n a ge m e nt   a n da t a   c o m pi l a t i o f o r   i n v o i c i n a nd  a c c o un t i n g .   T h e   r e m o t e   c o n t r o l   c e n t r e   i n   t h e   g r o u n s t a t i o n   pe r f o r m s   a l l   n o n - r e a l - t i m e   n e t w o r m a na ge m e n t   t a s ks ,   i n c l udi ng  t h o s e   of   a l l   di s t a n t   h e a g r o u n d   s t a t i o n s .   It   i s ,   e s s e n t i a l l y ,   t h e   n e t w o r ks   o pe r a t i n g   c e n t r e .   T h e   c i r c ui t s   o f   t h e   c o n f i gu r a t i o c o nt r o l   c e n t r e   a r e   i c h a r ge   o f   m o ni t o ri n g ,   t e l e m e t r y   a n d   i n s t r uc t i o n s   t o   t h e   pl a t f o r m s   a nd  t h e   p a y l o a d   [2 ,   14 ,   19 ,   20 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       D e v e l opm e nt   of   s t r a t os phe r i c   c om m u ni c at i on  pl a t f or m s   ( SC P )   as   bac k bon e   t o…   ( D i m ov   S t oj c e   I l c e v )   1685     F i gu r e   3 .   F i xe a nd  m o b i l e   c o m m uni c a t i o n e t w o r k   v i a   a i r s hi ps       3.   A I R S H I P   N ETWO R K   C O V ER A G   T h e   m a i q ue s t i o o f   t h e   f ut u r e   s y s t e m   i s   h o w   m a n y   a i r s hi p l a t f o r m s   a r e   n e c e s s a r y   t o   c ove r   a l l   pa r t i c ul a t e rr i t o r y   o r   c o unt r y   a n d   c a t h i s   s y s t e m   b e   gl o b a l ?   In  f a c t ,   a   15   S t r a t o s ph e r i c   P l a t f o r m   a rr a nge m e nt   i s   n e c e s s a r y   t o   c ov e r   a l l   t h e   t e rr i t o r y   of   t h e   J a p a n e s e   i s l a n d s   f o r   c o m m u n i c a t i o n s   a n d   b r o a dc a s t i n g   s y s t e m s ,   unde r   t h e   c o n di t i o n   o f   22  km   a i r s hi a l t i t ude   w i t h   a   m i n i m u m   e l e v a t i o n   a n g l e   o f   10 o .   A   s i n gl e   a i r s h i c a n   c o ve r   a   c e rt a i n   s e r v i c e   a r e a   i nde pe n de n t l y ,   s o   t ha t ,   f o r   e xa m pl e ,   t h e   s e r v i c e   c a n   b e   s t a rt e f r o m   a a r e a   w i t h     a   l a rge   de n s i t y   of   po pul a t i o n   w i t t h e   num b e g ra du a l l y   i n c r e a s e d.   T h i s   po s s i b i l i t y   o f   f l e xi b l e   b us i n e s s   de ve l o pm e n t   i s   o n e   o f   t h e   m e ri t s   o f   S CP   s y s t e m s .   T h e   s e r v i c e   a r e a   o f   S CP   n e t w o r e na b l e s   t ha t   o n e   a i r s h i p   c a c o v e r   ge n e ra l l y   de pe n ds   o c e r t a i a v a i l a b l e   num b e r s   o f   g r o un d   T ra n s m i t t e r   ( T x) ,   R e c e i ve r   (R x),   t w o - w a y   di r e c t i o n   a n t e nna s ,   m e t h o ds   o m o dul a t i o a nd  t r a n s m i s s i o n   a n m a n y   o t h e r   f a c t o r s .   O t h e rw i s e ,   t h e   f i na l   i nt e nt i o n   o f   t hi s   p r o j e c t   i s   t o   o ff e r   s e r v i c e s   t o   o t h e r e gi o n s   a n d   c e r t a i c o un t ri e s   a n i f   e c o n o m i c a l   a nd  t e c hn i c a l   e v a l ua t i o n s   a r e   c o rr e c t ,   i t   w i l l   pr o v i de   gl o b a l   c o ve r a ge .   T h e   c o n c e pt   o f   t h e   s y s t e m   i s   v e r y   a dv a n c e i c o m pa r i s o w i t s i m i l a p r o j e c t s   a n d   ha s   a l m o s t   n o   di s a dv a nt a ge s   [ 2,   21] .       4.   G R O U N D   S E G M EN T   F EA TU R ES   T h e   CS P   s y s t e m   i s   de s i g n e d   f o r   f i xe d   a nd   m o b i l e   m ul t i m e di a   t w o - w a y   c o m m uni c a t i o n s   s y s t e m .     T h e   g r o un d   s e gm e nt   c o n s i s t s   o f   G r o un d   E a r t S t a t i o n s   (G E S o r   G a t e w a y s   a n d   f i xe d,   s e m i   f i xe a nd  m o b i l e   c o m m uni c a t i o t e r m i n a l s ,   w i t o n b o a r d   c o rr e s po n d i n g   a ut o   t r a c ki ng  a n d   f o c us i n g   a nt e nna   s y s t e m s   fo r   a l l   a ppl i c a t i o n s ,   r e s pe c t i v e l y .   A   c o m pl e t e   i nt e r - pl a t f o r m   l i n ks ,   f i xe a n d   m o b i l e   b r o a db a nd   m u l t i m e di a   s e r v i c e   pr o g r a m   w i t h   a l l   a pp l i c a t i o n s   i s   p r e s e nt e i n   F i gu r e   3.   O nbo a r t h e   a i r s hi t h e r e   i s   m i s s i o n   e qui pm e n t   t o   pr o v i de   M ul t i m e di a   a n d   B r o a dc a s t i n g   f o r   F i xe d   a nd  M o b i l e   c o m m u n i c a t i o n s   i n c l udi ng  a E a r t o b s e r v a t i o n   a n D i s a s t e M o n i t o r i ng  S y s t e m .   S o ,   a i r s h i i s   e xpe c t e d   t o   ha v e   t h e   f o l l o w i n f e a t u r e s .   1)   B r o a db a n c o m m u ni c a t i o n s   a n b r o a dc a s t i ng  a r e   po s s i b l e   w i t h   s m a l l - s i z e a nd  v e r y   l ow - p ow e r   S CP   a i r s h i t e rm i na l s ,   b e c a us e   of   m uc s h o rt e p r o pa g a t i o di s t a n c e s   c o m pa r e w i t h   s a t e l l i t e   s y s t e m s .   2)   H i gh - qu a l i t y ,   r e l i a b l e   a n d   v e r y   c o s t - e ffe c t i ve   c o m m uni c a t i o ns   a n d   b r o a dc a s t i n g   s y s t e m s   v i a   S CP   a i r s h i ps   a r e   po s s i b l e   w i t h   a   s m a l l e n u m b e r   o f   gr o un s t a t i o n s ,   due   t o   s i g n i f i c a n t l y   b e t t e r   L i n e - of - S i gh t   (L O S c o n di t i o n s ,   l e s s   w a v e - b l oc ki n g   a nd  m ul t i - p a t e f fe c t s   c o m pa r e w i t e xi s t i n g   g r o und  s y s t e m s .   M e a n w hi l e ,   c o m pa r e d   w i t s a t e l l i t e   s y s t e m s ,   t h e   p r o pa ga t i o n   d i s t a n c e   i s   s h o r t e r   by   a b o ut   1/ 1800.   Co n s e que n t l y ,   a s   E l e c t r o   M a g n e t i c   (E M )   ra d i a t i o p r o pa g a t i o l o s s e s   a n d   de l a y   di s t o r t i o n s   b e c o m e   m uc h   s m a l l e r,   b r o a db a n d   c o m m u n i c a t i o n s   a n d   b r o a dc a s t i n g   a r e   po s s i b l e   w i t h   s m a l l e s i z e d   a nd   l o w e r   po w e r   f i xe a n m o b i l e   t e rm i na l s .   3)   By   e s t a b l i s h i n g   i n t e r p l a t f o r m   l i nks ,   hi g h - s pe e c o m m u ni c a t i o n s   a n d   b r o a dc a s t i n g   n e t w o r ks ,   c o m pa ra b l e   t o   o pt i c a l   f i b e r   s y s t e m s   w i l l   b e   po s s i b l e   i n c l udi ng  n o v e l   c o m m u n i c a t i o n s .     4)   O pt i m um   c o m m u ni c a t i o n   c o n f i gu r a t i o n s   l i nks   a r e   po s s i b l e   ow i n g   t o   t h e   f l e xi b l e   o pe ra t i o n s   o f   a i r s h i p   S CP   s y s t e m s ,   w h i c c a e na b l e   e xpa n s i o n   t o   a   w o r l c o m m u ni c a t i o n s   s y s t e m .   D i gi t a l   T V   B r o a dc a s t i ng  b y   S CP   w i l l   us e   a b o ut   15  CS P   t o   c ov e r   a l l   o f   J a pa n,   w h e r e   o v e r   10, 00 s t a t i o n s   a r e   n e c e s s a r y   a t   p r e s e nt .   T h i s   s y s t e m   w i l l   b e   a a dv a n c e c o m m u n i c a t i o n s   c o m pl e m e n t   t o   t e rr e s t r i a l   s y s t e m s   a t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   1 8 ,   N o .   3 J u n e   20 2 :     1679   -   1 688   1686   v e r y   l ow   c o s t .   T h us ,   a c c e s s   t o   fo r   w i r e l e s s   c o m m uni c a t i o n s   s y s t e m s   w i l l   b e   m o r e   c o s t - e ff e c t i v e   t h a n   o pt i c a l   f i be r   s y s t e m s .   T h e   T A O   S CP   a i r s hi s y s t e m   w i l l   e n a b l e   m uc h   a dv a n c e a nd  b e t t e r   c o m m u ni c a t i o n s   f o r   de v e l o pi n g   c o un t r i e s   a n d   w i l l   p r o m o t e   s p r e a di n g   d i f f us i o n ,   b r o a dc a s t i n g   c o n t e nt ,   n e w s ga t h e ri n g   a nd  b a c kb o n e     t o   t e rr e s t r i a l   t e l e c o m m uni c a t i o n   n e t w o r ks .   E m e r ge n c y   c o m m u n i c a t i o n s   s y s t e m s   w i l l   r e t a i n   c o m m u n i c a t i o n s   l i n ks   i a e m e rge n c y   by   m ov i n i n t o   po s i t i o o v e r   t h e   a r e a .   V a r i o us   r e m o t e - s e n s i n g   s e r v i c e s   w i l l   b e   a v a i l a b l e   fo r   ra di o   w a v e   ob s e r v a t i o n s ,   a e r i a l   p h o t o g r a p h s ,   m e t e o r o l o gi c a l   o b s e r v a t i o n s   a n d   s o   o n.   I f a c t ,   f i xe g r o u n d   t e rm i na l s   c a b e   a   s e l f - c o n t a i n e d   po rt a b l e   o r   o f f i c e   P c o n f i gura t i o w i t h   m o de m ,   o a s   a i nt e g r a t e pa rt   o a n   a dv a n c e L A N   o W A N ,   l a p t o p,   v i de o ,   f i xe t e l e p h o n e   s e t   i o f f i c e   o r   pub l i c   a n d   m o b i l e   o c e l l ul a p h o n e   e qui pm e n t .   M o b i l e   s y s t e m s   fo r   Co m m u ni c a t i o n,   N a v i g a t i o n   a n S u r v e i l l a n c e   (CN S w i l l   o f fe r   m a r i t i m e ,     l a n d ,   a e r o n a u t i c a l   a n d   pe r s o n a l   a p pl i c a t i o n s   i n c l ud i n G N S S   a c c e s s .   A t   t h i s   po i n t ,   m o b i l e   us e r   t e rm i na l s   c a b e   P C/ l a pt o po rt a b l e   o f i xe c o n f i gura t i o n s   i n t e r f a c e t o   t h e   S CP   t r a n s c e i v e r   w i t h   a de qua t e   a nt e nn a s   o r     s e l f - c o n t a i n e m o b i l e   o r   po rt a b l e / i v e h i c l e   t ra n s c e i v e r   u n i t s   w i t m o b i l e   a u t o   t r a c ki ng  a nt e nn a   a nd  pe r s o na l   ha n d h e l d   t e rm i na l s   w i t b ui l t - i a nt e nn a .   In  F i gu r e   4   i s   s h o w n   t h e   p r o t o t y p e   of   f i xe a n m o b i l e   S CP   e qui pm e n t   a n d   t h e i s e r v i c e s .   M a r i t i m e   SC P   e qui pm e n t   a n s y s t e m   w i l l   p r o v i de   t w o - w a y   c o m m e r c i a l ,   di s t r e s s ,   e m e r ge n c y   a n s a f e t y   c o m m u n i c a t i o n s   fo r   s h i ps ,   f i s hi n g   a n d   o t h e r   b o a t s   i nt e g r a t e w i t G E O   a nd  G N S S   s y s t e m s .   I n   t h e   f ra m e w o r o f   t h i s   s e r v i c e ,   t h e r e   w i l l   b e   a ddi t i o na l   a c t i v i t i e s   l i ke   b uoy   a n l i g ht h o us e   c o n t r o l ,   m a r i n e   po l l ut i o n ,   i n v e s t i ga t i o n ,   w a rni n gs   a n S e a r c h   a nd  R e s e a r c h   (S A R m i s s i o n s .   L a nd  m o b i l e   e qui pm e n t   a n s y s t e m s   w i l l   p r o v i de   s e r v i c e s   fo r   a l l   ki n ds   o f   ve h i c l e s   l i ke   t ra i n s ,   b us e s ,   t r uc ks   a n c a r s ,   i n c l u di n pe r s o na l   m o b i l e   un i t s ,   c e l l u l a s e r v i c e   a nd  e m e r ge n c y   c o m m u n i c a t i o n s   f o r   n a t u r a l   d i s a s t e r s ,   w h i c h   c a b e   e n ha n c e w i t h   e qui p m e n t   f o r   t r a c k i n a n d   na v i ga t i o f a c i l i t i e s .   T h e   S CP   h a s   t o   s ub s t i t u t e   o i nt e g r a t e   c urr e nt   c e l l u l a s y s t e m s .   A e r o n a ut i c a l   m o b i l e   e qu i pm e n t   a n d   s y s t e m s   w i l l   p r o v i de   c om m e r c i a l ,   s a f e t y   a n d   di s t r e s s   s e r v i c e   f o r   a l l   ki nds   o f   a i r c r a f t   i n t e g r a t e w i t h   G E O ,   G P S   a nd  o t h e r   G l o b a l   N a v i ga t i o n   S a t e l l i t e   S y s t e m s   (G N S S )     t o   p r o v i de   CN S   s e r v i c e .   T h e   b r o a dc a s t i ng   s y s t e m   us i n g   t h e   S CP   a i r s h i p   c o n s t e l l a t i o w i l l   p r o v i de :   1)   di g i t a l   b r o a dc a s t i n g ;   2)   c o m pl e m e nt a r y   t e rr e s t ri a l   di g i t a l   b r o a dc a s t i n g   t o   f i xe a nd   m o b i l e   S CP   s t a t i o n s ;   3 t e rr e s t ri a l   r e b r o a dc a s t i ng   p r o g r a m s ;   4)   r e l a y   b r o a dc a s t i n g   o f   H D T V   i n c l udi ng   r a d i o   p r o g r a m s ;   5)   m o v a b l e   b r o a dc a s t i n o n   de m a n d ,   us i n g   m o b i l e   e qui p pe s t a t i o n s ;   6 b r o a dc a s t i ng  f o r   l i m i t e d   s ub ur b a r e gi o n s ,   i s o l a t e d   i s l a n ds ,   r u ra l   a n r e m o t e   pl a c e s ;   7 f i e l pi c kup   f r o m   t h e   S CP ;   a nd  8 e m e r ge n c y   n e w s   a n d   o b s e r v a t i o n s   [5 ,   22 ,   23] .           F i gu r e   4 .   F u n c t i o na l   b l o c di a g r a m   o f   a i r s h i ps   s ub s c r i b e r   e q ui pm e n t       5.   ELEC TR O N I C   P O WER   A N D   M O TI O N   O F   A I R S H I P     U n m a nn e d   S CP   a i r s hi ps   a r e   m a i nt a i n e i n   t h e   s t ra t o s p h e ri c   z o n e   c o n s t a nt l y   a t   a n   a l t i t ude   o f   20  t o   25   km   a b ov e   c o m m e r c i a l   f l i g ht s ,   w h e r e   t h e   w i n ds ,   f l o w   a n o t he r   m e t e o r o l o gi c a l   c o n di t i o n s   a r e   c a l m .   T h e   m e a t e m pe ra t u r e   i s   - 60  t o   - 50 o   a n t h e   a t m o s ph e r i c   p r e s s u r e   i s   a b o ut   50  h P a .   T h e   a l t i t ude   o f   20  km   i s   a b o ut   60  t i m e s   hi g h e t ha t h e   T o ky o   T V   T o w e r ,   s o   b e t t e L i n e s - of - S i g h t   (L o S a r e   o b t a i n e d.   H ow e ve r ,   m u l t i - pa t e ffe c t s   w i l l   b e   s i g ni f i c a n t l y   r e duc e i m o s t   a r e a s   b e c a us e   o f   hi g h e e l e v a t i o a n gl e s .   T h e r e   a r e   n o   c l o uds   i n   t h e   s t ra t o s ph e r e ,   s o   pe r f e c t l y   c l e a n   s o l a e n e r gy   c a b e   us e w i t h o ut   a t m o s ph e r i c   po l l ut i o n .     T h e   c o n c e pt   o f   S CP   a i r s hi l a u n c a nd  r e c ov e r y   fe a t u r e s   a n   u pw i n o r i e n t a t i o n   o f   t h e   a i r s hi h e a di n g ,   as s um i ng   l i m i t e d   w i n d   s pe e d   a t   t h e   g r o u n d   s u r f a c e   f o r   t a k e off   a n d   l a n d i n g .   I a ddi t i o na l ,   f o a s c e n t s   a n d   de s c e n t s ,   t h e   a i r s hi p   h e a di ng  a n d   po s i t i o s h o ul b e   ke pt   a l w a y s   i a upw i n d   di r e c t i o n ,   w hi l e   n o n - po w e r e d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       D e v e l opm e nt   of   s t r a t os phe r i c   c om m u ni c at i on  pl a t f or m s   ( SC P )   as   bac k bon e   t o…   ( D i m ov   S t oj c e   I l c e v )   1687   f l i ght s   s h o ul d   r e qui r e   o n l y   t h e   b uoy a n t   l i f t   i nt o   t h e   j e t   s t r e a m .   S t ra t o s ph e r i c   pl a t f o r m s   do   n o t   us e   a n y   f ue l   f o r   m o t i o n,   s o   t h e   o n l y   n e c e s s a r y   e n e rgy   i s   s uppl i e b y   e l e c t r i c   p ow e r ,   o b t a i n e d   f r o m   s o l a r   c e l l s .   T h e   w i de   pa rt   i t h e   g ra p h i c   o f   a n   a i r s hi p’s   t o ps i de   i s   t h e   s o l a c e l l   a rra y .   S o l a r   c e l l s   c a s upp l y   c l e a e n e r gy   w i t h o ut   CO 2   g a s   ge n e ra t i o n,   s o   t h a t   i t   i s   s a i t o   b e   ki n t o   t h e   E a r t a nd  i s   a i de a l   f o r m   o f   e n e r gy .   O n l y   e l e c t r i c   po w e r   o f   a bo ut   200  kW   i s   n e c e s s a r y   fo r   s t ra t o s p h e ri c   pl a t f o r m s   a n d   i t   i s   us e f o r   t h e   f o l l o w i n r e a s o n s .   1)   T o   r o t a t e   p r o pul s i v e   p r o pe l l e r s   a n d   s upp l y   e l e c t r i c   po w e r   t o   t he   v a ri o us   po s i t i o n i n g   a n d   a t t i t u de   c o n t r o l l i n g   s y s t e m s   fo r   s t a t i o n   ke e pi n g .   2)   T o   o pe r a t e   t h e   o n - b o a rd  pa y l o a f o r   m i s s i o o f   c o m m uni c a t i o n ,   b r o a db a n d   a nd   E a r t o b s e r v a t i o s y s t e m s   a r e   n e c e s s a r y   a bo ut   10  kW .   3)   T o   c h a rge   t h e   f ue l   b a t t e r y   i n   t h e   d a y t i m e   a n d   t o   us e   i t   a t   ni g ht ,   w h e n o   s o l a r   e l e c t r i c   po w e r   i s   o b t a i n e d.   T h e   po s i t i o o f   a a i r s h i p   i s   a s   s t a t i o n a r y   s a m e   a s   a   G E O   s a t e l l i t e .   N a m e l y ,   a s   t h e   a i r s h i p   i s   us e a s   a   pl a t f o r m   fo r   c o m m u ni c a t i o n s   a n d   b r o a dc a s t i n g ,   i t   i s   n e c e s s a r y   f o r   i t   t o   b e   a l m o s t   s t a t i o na r y ,   l i ke   a   b r o a dc a s t i n g   s a t e l l i t e .   M e a n w hi l e ,   t h e   po s i t i o o f   t h e   a i r s hi p   c a nn o t   b e   pe r m a n e nt l y   s t a t i o na r y   b e c a us e   of   a f f e c t s   f r o m   di f f e r e n t   pa r a m e t e r s ,   w h i c h   ha v e   a i n f l ue n c e   o n   t h e   m o v i ng  ra n ge .   A t   t h i s   po i nt ,   i t   i s   n e c e s s a r y   t o   pr o v i de   pe rm a n e nt   c o n t r o l   o f   pl a t f o r m   m o v i n g   a n d   w h e n e c e s s a r y   t o   c o r r e c t   i t s   po s i t i o us i n g   s t a t i o n - ke e pi n g   c o rr e c t i o m o t o r s   w i t f o r w a r a n d   r e a p r o pe l l e r s .       Co n s e que n t l y ,   a s   t h e   m a x i m u m   w i nd   s pe e i s   s o m e t i m e s   o ve 20   m / s e c   a t   a l t i t ude s   o f   20  t o   22   k m ,     i t   w i l l   b e   v e r y   di ff i c ul t   f o r   t h e   a i r s h i p   t o   b e   c o n t r o l l e a s   s t ri c t l y   a s   ge o s t a t i o n a r y   s a t e l l i t e s .   T h e   m o v i ng  ra n ge   of   a   s t r a t o s ph e r i c   pl a t f o r m   i s   v e r y   s l ow   a n d   i s uc a   w a y   r e qui r e m e n t s   o f   s t a t i o ke e pi n g   a r e   w i t h i a   r a d i us   of   k m   i n   t h e   h o r i z o n t a l   p l a n e   a n d   + /   1k m   i n   t h e   pe r pe n di c ul a di r e c t i o n   a n d   u n de t hi s   c o n d i t i o t h e   de s i g a n d   f a b r i c a t i o o f   o n b o a r e qui p m e n t   i s   c o n s i de r e d.   A   r e c e i v i n g   a n t e nna   o n   t h e   g r o u n d   i s   s e t   w i t t h e   b o r e   s i g h t   (t h e   a xi s   o f   t h e   a nt e nn a   b e a m t o   t h e   a i r s h i p ,   s o   t ha t   t h e   m a xi m u m   r e c e i v i n g   po w e r   c a b e   ob t a i n e d.     If   t h e   po s i t i o o f   t h e   a i r s hi p   i s   c ha n ge d,   t h e   r e c e i v i ng  po w e r   de c r e a s e s .     T h e   a i r s h i p   S CP   s t a t i o i s   c o nt r o l l e s o   a s   t o   ke e t h e   po s i t i o n   a s   s t a b l e   a s   po s s i b l e .   F o r   e xa m p l e ,     fo r   a   20  c m   di a m e t e r   a n t e nna ,   a   po s i t i o c ha n ge   o f   600  m   i n d uc e s   dB   o r   50%  po w e r   l o s s .   T hi s   t e n de n c y   de pe n ds   u po t h e   c o m m u n i c a t i o a n t e nna   s i z e   a n d   o pe ra t i o n a l   f r e que n c y .   In  t h i s   i n s t a n c e ,   t h e   l a rge a a nt e nna   ra di us   o r   t h e   h i g h e t h e   f r e que n c y ,   t h e   r e c e i v i n g   po w e b e c o m e s   l e s s   a n v i c e   v e r s a .   A c c o r di n gl y ,     t o   s a t i s f a c t o r i l y   s o l v e   t h e s e   r e c e i v i n g   p r o b l e m s ,   a a u t o m a t i c a l l y   po i n t i ng   c o rr e s po n di n g   a dj us t a b l e   a nt e nna   i s   b e i n c o n s i de r e a n i n   t hi s   w a y ,   i t   i s   n e c e s s a r y   t o   de v e l o a   l o w - c o s t   a n d   s m a l l - s i z e a nt e nn a   w i t a u t o m a t i c   t r a c ki ng  s y s t e m   [5,   24,   25]       6.   C O N C LU S I O N   T h e r e   a r e   s e v e r a l   u ni que   a t t r i b ut e s   t ha t   a l l o w   S CP   c o n s t e l l a t i o n,   e i t h e a i r c ra f t   o a i r s hi ps ,   t o   o ff e r   l o w - c o s t   b r o a d   a rra y   s e r v i c e .   T h e   S CP   i n f ra s t r uc t u r e s   do   no t   r e qui r e   l a u n c v e hi c l e s ,   t h e y   c a m o v e   unde t h e i r   o w n   po w e r   t hr o ug h o ut   t h e   w o r l o r e m a i n   s t a t i o na r y ,   a nd  t h e y   c a n   b e   b r o ugh t   e a s i l y   dow n   t o   E a r t s ur f a c e   a f t e s e v e r a l   m o nt h s   o f   m i s s i o n ,   r e f ur b i s h e a n d   r e - de pl oy e w i t h o ut   s e r v i c e   i n t e rr up t i o n.   W i t o nl y   s e v e r a l   S CP   a i r s h i ps   u n i t s   i s   po s s i b l e   t o   pr o v i de   r e gi o na l   o r   l o c a l   c o un t r y w i de   c o ve r a ge ,   w hi l e   w i t i n f r a s t r uc t u r e   o f   i n t e r p l a t f o r m   o pt i c a l   l i n ks   b e t w e e n   n e a r by   S CP   a i r s h i ps   i s   po s s i b l e   t o   e n l a r ge   c o v e r a ge   a nd  e nh a n c e   s e r v i c e .   E v e r y   S CP   i s   i nde pe n de n t   a n d   a ut o n o m o us   f o r   de di c a t e s e r v i c e   a r e a ,   s o   o n c e   a   p l a t f o r m   i s   i n   ri g h t   po s i t i o n ,   i t   c a i m m e di a t e l y   b e gi n   de l i v e r i n g   s e r v i c e   t o   i t s   c o v e r a ge   a r e a   w i t h o ut   t h e   n e e t o   de pl oy     a   gl o b a l   c o n s t e l l a t i o o f   pl a t f o r m s   t o   o pe r a t e .   T hi s   a t t ri b ut e   i s   v e r y   i m po r t a n t   f o r u ra l ,   m o b i l e   a n   m i l i t a r y   a ppl i c a t i o n s .     T h e   a l t i t ude   e n a b l e s   t h e   S CP   s y s t e m   t o   pr o v i de   a   hi g h e r   f r e que n c y   r e us e   be t w e e n   n e a r b y   pl a t f o r m   a n hi g h e r   c a p a c i t y   t ha n   o t h e r   w i r e l e s s   s y s t e m s .   L o c a t e i n   t h e   s t ra t o s p h e r e   20   t o   25  km   a b ov e   t h e   E a r t h,   e a c S CP   i s   a c t i ng  a s   t h e   v e r y   l ow   o r b i t i ng  s a t e l l i t e ,   p r o v i di n hi gh  de n s i t y ,   c a pa c i t y   a n s pe e s e r v i c e   w i t h   l ow   pow e r   r e qu i r e m e nt s   a nd  n o   l a t e n c y   t o   e n t i r e   u r b a n   a nd  r u ra l   a r e a s .   T h e   i n e xpe n s i v e   S CP   a n d   G a t e w a y   s t a t i o n s   m a ke   i t   t h e   l o w e s t   c o s t   w i r e l e s s   i n f ra s t r uc t u r e   pe r   a l l   s ub s c r i b e r s   c o n c e i ve t o   da t e .   T h e   f l e xi b i l i t y ,   r e l i a b i l i t y ,   e nh a n c e c a p a b i l i t i e s   a n d   i t s   l o w - c o s t   w i l l   r e v o l ut i o n i z e   t e l e c o m m uni c a t i o n s .   J o i n t   v e nt u r e   p ri v a t e   c o m pa n i e s ,   go v e r nm e nt   a n d   o t h e r   a u t h o ri t i e s   l o c a t e i n   e a c c o un t r y   w i l l   c o n t r o l   t h e   S CP   c o n f i gu ra t i o n s   s e r v i n g   t h e i r   r e g i o t o   e n s u r e   t h e   b e s t   s e r v i c e   o ffe r i n gs   t a i l o r e t o   t h e   l o c a l   m a r ke t .     A l l   t y pe s   of   S CP   m i s s i o n s   a r e   e n v i r o n m e n t a l l y   v e r y   f r i e n d l y ,   be c a us e   m o s t   of   t h e m   a r e   po w e r e by   s o l a t e c hn o l o g y   a n d   n o n - po l l ut i n g   f ue l   c e l l s .   T h e   S CP   a i r s hi p   p r o v i de s   a l l   s ub s c r i b e r s   w i t h   s h o rt   pa t h s   t hr o ug h   t h e   s pa c e   a n d   u n o b s t r uc t e d   f r e e   o f   s h a do w i n g   L O S .   W i t v e r y   s m a l l   a nt e nn a ,   t ra n s c e i v e r s   a n d   l o w   po w e r   r e qui r e m e nt s ,   t h e   S CP   s y s t e m   a l l o w s   f o r   a   w i de   v a ri e t y   of   fi xe d,   m o b i l e   a n d   po r t a b l e   us e t e r m i na l s   t o   m e e t   a l m o s t   a n y   s e r v i c e   n e e i n c l ud i n g   di s t r e s s ,   c o m m e r c i a l   a nd  m i l i t a r y   a ppl i c a t i o n s .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   1 8 ,   N o .   3 J u n e   20 2 :     1679   -   1 688   1688   R EF ER EN C ES     [ 1]   Z a v a l a   A . ,   H i g h - A l t i t ude   P l a t f o r m s   f o r   W i r e l e s s   C o m m uni c a t i o ns ,   J o hn   W i l e y ,   C hi c he s t e r ,   2008 .   [ 2]   G r a c e   D .   &   M o ho r c i c   M B r o a d ba nd   C o m m uni c a t i o ns   v i a   H i g A l t i t ude   P l a t f o r m s ,   W i l e y ,   C hi c he s t e r ,   2 011 .     [ 3]   I l c e v   D .   S .   G l o ba l   M o bi l e   C o m m uni c a t i o n ,   N a v i g a t i o a nd   S u r v e i l l a nc e   ( C N S ) ,   M anu al ,   D U T ,   D ur ba n   20 14.   [ 4]   I l c e v   D .   S . ,   S t r a t o s phe r i c   C o m m uni c a t i o P l a t f o r m s   ( S C P )   a s   a A l t e r n a t i v e   f o r   S p a c e   P r o g r a m ,   AEAT   J our n al E m e r a l d ,   B i ng l e y ,   20 11.   [ 5]   I l c e v   D .   S . ,   G l o ba l   M o bi l e   S a t e l l i t e   C o m m uni c a t i o ns   f o r   M a r i t i m e ,   L a nd   a nd  A e r o na u t i c a l   A ppl i c a t i o ns ,”     V o l um e   1   &   2 ,   Sp r i n ge r ,   B o s t o n,   201 6.   [ 6]   I l c e v   D . S . ,   C o m m uni c a t i o S t r a t o s p he r i c   P l a t f o r m s ,   J ou r na l   of   t he   I ns t i t u t e   o f   T e l e c om m uni c a t i o ns   P r of e s s i o nal s ,   S unbu r y   o T ha m e s ,   2010 .     [ 7]   S hi m a m o t o   I .     S . ,   T he   C ha n ne l   C ha r a c t e r i z a t i o a nd  P e r f o r m a nc e   E v a l ua t i o o f   M o bi l e     C o m m uni c a t i o n     E m pl oy i ng   S t r a t o s ph e r i c   P l a t f o r m s ,   I E E E   C om m u ni c at i on   M ag az i ne ,   20 05 .   [ 8]   T A O ,   S t r a t o s phe r i c   P l a t f o r m s ,”   I n t r od uc t i o n ,   T o ky o ,   2006 .   [ 9]   T o z e r   T . C .   a n O t he r s ,   H i g h - al t i t ud e   P l a t f o r m s   f o r   W i r e l e s s   C o m m uni c a t i o ns ,   E l e c t r oni c s   and   C om m un i c at i on   E ngi ne e r i n J ou r na l ,   20 01 .   [ 10]   A nt o ni ni   M .   &   O t he r s ,   S t r a t o s ph e r i c   R e l a y :   P o t e nt i a l i t i e s   of   N e w   S a t e l l i t e - h i g A l t i t u de   P l a t f o r m s   I nt e g r a t e d   S c e na r i o s ,   I E E E A C ,   20 03 .   [ 11]   T ho r nt o n   J . &   G r a c e   D . ,   O p t i m i z i ng   a n   a r r a y   o f   a nt e nna s   f o r   c e l l u l a r   c ov e r a g e   f r o m   a   H i g A l t i t ude   P l a t f o r m ,   I E E E   T r ans ac t i on ,   W i r e l e s s   C o m m uni c a t i o ns ,   N e w   Y o r k ,   200 3.   [ 12]   T a f a z o l l i   R . ,   &   O t h e r s ,   C e nt r a l i z e T o t a l   R e c e i v e P ow e r   B as e C al l   A dm i s s i on   C on t r o l   f o r   H i gh   A l t i t ude   P l at f or m   St a t i on  U M T S ,   13 t h   I E E E   I nt e r na t i o na l   S y m po s i um   o P I M R C ,   L i s bo n,   2 002 .   [ 13]   T a f a z o l l i   R . ,   &   O t he r s ,   C e n t r a l i z e dow nl i nk   c al l   a dm i s s i on  c on t r ol   f or   hi gh  a l t i t ude s   p l a t f or m   s t a t i on  U M T   w i t h   onboa r d   pow e r   r e s ou r c e   s har i ng ,   56 t h   I E E E   V T C ,   V a nc o uv e r ,   2 0 02.   [ 14]   I T U ,   T e c hni c a l   a nd  o pe r a t i o na l   c ha r a c t e r i s t i c s   o f   g a t e w a y   l i nks   i t h e   f i x e s e r v i c e   u s i ng   hi g a l t i t ude   pl a t f o r m   s t a t i o ns   i n   t h e   ba nd   5   85 0 - 0 75   M H z   t o   be   us e d   i s ha r i ng   s t udi e s ,   I T U - R   P ubl i c a t i on G e ne v a ,   20 11 .   [ 15]   P e t i t   D .   &   O t he r s ,   S pe c t r um   f o r   U A S ,   St at u s   o f   W R C - 2007   pr e p ar at i o an pr opo s al   f or   a   ne w   a ge nda  i t e m   f or   W R C - 2011,   P r o c e e di ng s   o f   t he   E ur o pe a n   T e s t   a nd   T e l e m e t r y   C o nf e r e nc e ,   E T T C . 07,   T o ul o us e ,   20 07.   [ 16]   H o r w a t h   J .   &   O t he r ,   B r o a dba nd   B a c kha ul   C o m m uni c a t i o f o r   S t r a t o s p he r i c   P l a t f o r m s :   t he   S t r a t o s phe r i c   O pt i c a l   P a y l o a E xpe r i m e n t   ( S T R O P E X ) ,   F r e e - Spac e   L as e r   C om m un i c a t i ons   V I ,   6304 ,   S a n   D i e g o ,   200 6.   [ 17]   M i u r a   R .   a nd   O t he r s ,   E xp e r i m e n t s   o I M T - 2000  U s i ng   U nm a nn e d   S o l a r   P o w e r e d   A i r c r a f t   a t   a n   A l t i t u de   o f   20  km ,   I E E E   T r an s a c t i on s   o V e h i c u l a r   T e c hn ol ogy ,   V o l .   54 ,   N o .   4 ,   2 005 .   [ 18]   S t r uz a k ,   R . ,   H A P - H i g A l t i t u de   P l a t f o r m s ,   C T P - I T U - U R S I   S c hool   on   W i r e l e s s   N e t w or k i ng   f or   D e v e l opm e nt I C T P ,   T r i e s t e ,   I t a l y ,   200   [ 19]   A nt o ni ni   M . ,   C i a nc a   E . ,   D e   L ui s e   A . ,   P r a t e s i   M . ,       R ug g i e r i   M . ,   St r at o s phe r i c   R e l a y :   P ot e nt i a l i t i e s   o f   N e w   Sat e l l i t e   hi gh   A l t i t ude   P l at f o r m s   I n t e gr a t e S c e nar i os ,   I E E E A C ,   2003.   [ 20]   L e e   C . Y . W . ,   M o bi l e   c o m m uni c a t i o ns   e ng i n e e r i ng ,   M c G r a w - H i l l ,   L o ndo n,   1982 .     [ 21]   M o ha m m e d   A . ,   &   Y a ng   Z . ,   " B r oad band   C om m uni c a t i o ns     an   A ppl i c a t i ons     f r om     H i gh     A l t i t ude     P l at f o r m s A C E E E   I nt e r n a t i o na l   J o ur na l   o C o m m uni c a t i o n,   20 10 .   [ 22]   W a l ke r   J . ,   M o bi l e   i nf o r m a t i o s y s t e m s ,   A r t e c H o us e ,   B o s t o   L o ndo n,   199 0.   [ 23]   K ho ur y   G . A .   &   J .   D a v i d   G i l l e t t   J . D . ,   A i r s hi p   T e c hno l o gy " ,   C a m br i dg e   U n i v e r s i t y   P r e s s ,   L o ndo n,   U K ,   2 000 .   [ 24]   S a o   J .   K . ,   P a t e l   P . ,   &   M a h a n t   T .   B . ,   " A   B r i e f   O v e r v i e w   o H i g A l t i t ude   P l a t f o r m s   ( H A P ) ",   I n t e r na t i ona l   J ou r na l   of    A d v an c e   R e s e ar c h   i S c i e nc e   and   E ng i ne e r i ng   ( I J A R SE ) ,   20 16.   [ 25]   K a r a p a n t a z i s   S . ,   &   P a v l i do u   F . ,   " B r o a db a nd   C o m m uni c a t i o ns   v i a   H i g h   A l t i t ud e   P l a t f o r m s    ( H A P )   A     S ur v e y ",     I E E E   C om m un i c a t i ons   Su r v e y s   &   T ut or i al s 2 005 .       B I O G R A P H I ES   O F   A U T H O R S         P r o f .   I l c e v   i s   r e s e a r c l e a de r   o f   t he   S p a c e   S c i e nc e   C e nt r e   ( S S C )   f o r   r e s e a r c a n po s t g r a dua t e   s t ud i e s   a t   D u r b a U n i v e r s i t y   o f   T e c hno l ogy   ( D U T ) .   H e   ha s   t h r e e   B S c   de g r e e s   i R a di o ,   N a u t i c a l   S c i e nc e   a nd   M a r i t i m e   E l e c t r o ni c s   a nd   C o m m uni c a t i o ns .   H e   g o t   M S c   a nd   P hD   i n   M o b i l e   S a t e l l i t e   C o m m uni c a t i o ns   a nd   N a v i g a t i o a s   w e l l .   P r o f .   I l c e v   a l s o   ho l ds   t he   c e r t i f i c a t e s   f o r   R a di o   o pe r a t o r   1 s t   c l a s s   ( M o r s e ) ,   f o r   G M D S S   1s t   c l a s s   R a di o   E l e c t r o ni c   O p e r a t o r   a nd   M a i nt a i n e r   a nd   f o r   M a s t e r   M a r i n e r   w i t ho ut   L i m i t a t i o ns .   H e   i s   a u t ho r   o f   s e v e r a l   bo o ks   i m o bi l e   R a di o   a n S a t e l l i t e   C N S ,   D V B - R C S ,   S a t e l l i t e   A s s e t   T r a c ki ng   ( S A T ) ,   S t r a t o s ph e r i c   P l a t f o r m   S y s t e m s   ( S C P )   f o r   m a r i t i m e ,   l a nd   ( r o a a nd  r a i l w a y s )   a nd   a e r o na u t i c a l   a pp l i c a t i o ns .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.