I n d on e s i an   Jo u r n al   o f  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 .   40 ,   N o .   3 ,  D e c em b e r   2025 ,   pp .   1 401 ~ 1 416   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 40 .i 3 . pp 1 40 1 - 1 416             1401     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   Qu a l i t y   o f   s e r v i c e s   L o R a W A N   sa t e l l i t e   c o m m u n i c a t i o n       I w an   P u r n a m a 1 ,   M u h amm ad   Tau fi k   D w i   P u tr a 2 ,   S am s i n ar 3 ,   M as y i tah   A u l i a 4 ,   I b n u   S h i n a 5 ,    Y u d i   Y u l i yu s   M au l an a 6 ,  Be n d jam i n   Be n n y  Lo u h e n ap e s s y 6 ,  Jo h an i s   D o m i n gg u s   Le k al e tte 6 ,    P e b e r l i n   P ar u l i an   S i to m p u l 6 ,   T i m b u l   M an i k 6 ,  Las i n ta   A r i   N e n d r a   W i b aw a 6 ,    P u p u t  D an i   P r as e t yo   A d i 6 ,   La   S i n a i n i 6 ,   P r ati w i   Le s ta r i 6 ,   Y aya   S u l ae m an 6 ,   I w an   R o h m an   S e ti aw an 6 ,  B u d i   N u gr ah a 6 ,  Em i   Y ati 6 ,  L i l i s   S ad i yah 6 ,   I r w an   Jatm i k o 6 ,   R i an   S ac i p to 6 ,   R o s   S ar i n i n gr u m 6   1 F a c u l t y   o f  S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   U n i v e r s i t a s   L a b u h a n b a t u   ( U L B) ,   L a b u h a n b a t u ,   I n d o n e s i a   2 D e p a rt m e n t   o f   C o m p u t e r   E n g i n e e ri n g ,  U n i v e r s i t a s   P e n d i d i k a n   I n d o n e s i a ,   B a n d u n g ,   I n d o n e s i a   3 G a ru d a   P u t i h   N u rs i n g   A c a d e m y ,   J a m b i ,   I n d o n e s i a   4 D e p a rt m e n t   o f   E l e c t ri c a l   E n g i n e rri n g ,   S u m b a w a   U n i v e r s i t y   o f  T e c h n o l o g y ,   S u m b a w a ,   In d o n e s i a   5 F a c u l t y   o f  I n t e l l i g e n t   E l e c t ri c a l   a n d   In fo r m a t i c s   T e c h n o l o g y ,   IT S ,   S u ra b a y a ,   In d o n e s i a   6 N a t i o n a l   R e s e a r c h   a n d   In n o v a t i o n   A g e n c y   (B RIN ),   J a k a rt a ,  In d o n e s i 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 d   M a r   26 ,  2 025   R e v i s e d  N o v   18 ,  2025   A c c e pt e d  N o v   23 ,  2025       T hi s   r e s e a r c h   d i s c us s e s   r e s e a r c h  t h a t   f o c us e s   o n   t h e   c a pa b i l i t i e s   o f   s a t e l l i t e - ba s e d  L o R a ,   f o r   s a t e l l i t e   po s i t i o ns   o r bi t i ng   i n   l o w   e a r t h   o r b i t   ( L E O ) .   T h e   e xpe c t a t i o n  o f   l o w   po w e r   w i de   a r e a   ne t w o r k   ( L P W A N )   s a t e l l i t e   c a n  f i n d  t h e   qua l i t y   o f   t r a n s m i t t i ng   da t a   us i ng   L o R a W A N   w hi c h   i s   pa r t   o f   L P W A N   a nd   c a n  pr o v i de   qua l i t y   of   s e r v i c e   ( Q o S )   w i t h   h i g h - qua l i t y   r e a l - t i m e   s e ns o r   d a t a ,   l o w   l a t e nc y ,   l o ng - r a ng e ,   l o w - po w e r ,   no   a t t e nu a t i o n  s i g na l ,   no   pr o b l e m   w i t h   o bs t a c l e s   i n  t e r r e s t r i a l   a r e a s ,   a n d  o t he r   b e ne f i t s   t ha t   c a n  b e   w i de l y   opt i m i z e d.   T hi s   a r t i c l e   u s e s   a   c o m pr e he n s i v e   a na l y s i s   o f   m a t h e m a t i c a l   c a l c ul a t i o ns   a s   w e l l   a s   p r e c i s e   a nd   a c c ur a t e   s i m u l a t i o ns   f o r   t h e   a c t ua l   d e v e l o pm e nt   o f   s a t e l l i t e - b a s e d   L P W A N .   T h e   s a t e l l i t e - ba s e d   I o T   i s   unl i m i t e d   i n   t e r m s   o f   di s t a nc e ,   t o   pr o v i de   g o o d  s e r v i c e s   t o   a l l   I o T   us e r s   i n  t he   w o r l d.   T he   c om pa r i s o n  w i t h   t e r r e s t r i a l   m e a s ur e m e n t s   i s   a na l y z e d  i n   de t a i l ,   e s pe c i a l l y   t he   s i g na l   a t t e nua t i o n  f a c t o r   t h a t   c a us e s   a   l o t   o f   s i g na l   l o s s   a nd   d a t a   i s   no t   w e l l   r e c e i v e d.   S e v e r a l   m e t ho ds   a r e   us e d  t o   h e l p   r e duc e   c o l l i s i o n  d a t a ,   s uc h  a s   a da pt i v e   d a t a   r a t e   ( A D R )   w h i c h  c a n   r e duc e   c o l l i s i o ns   by   30% .   Ke y w or d s :   D a t a   t ra n s m i s s i o n   Io T   L o n g - ra n ge   L oR a W A N   S a t e l l i t e   b a s e d   T hi s   i s   an   ope n   ac c e s s   ar t i c l e   u nde r   t he   C C   B Y - SA   l i c e ns e .     Cor r e s pon di n g   Au t h or :   P uput   D a n i   P r a s e t y o   A di   N a t i o n a l   R e s e a r c h  a n d  I nn o v a t i o n  A ge n c y   ( BR IN )   J a ka rt a ,   I ndo n e s i a   E m a i l :   pupu0 08@ b r i n. go . i d       1.   I N TR O D U C TI O N   T h e   de v e l o p m e nt   o f   t e c hno l o gy ,   e s pe c i a l l y   s a t e l l i t e   c o m m u ni c a t i o n,   ha s   b e gu n  t o   de v e l o p   s i n c e   E l o n  M us k   c o nt i nue d   t o   e xp l o r e   s p a c e   b y   l a u n c hi ng   v a ri o u s   r o c ke t s   t ha t   c a rri e d   s a t e l l i t e s   i nt o   l o w   e a rt h  o r b i t     ( L E O   O r b i t ) .   O n e   o f   t h e   t hi ngs   de v e l o pe d   b y   E l o n  M us k   b e s i de s   T e s l a   i s   S t a rl i nk ,   w hi c h  i s   a   s a t e l l i t e - b a s e d   s upe r - f a s t   i nt e rne t   s e r v i c e   i n  L E O   t ha t   c a n  p r o v i de   s pe e d s   o f   > 10 0   M b p s .   S a t e l l i t e   c o m m u ni c a t i o n  i s   a l s o   de v e l o pe d ,   e s pe c i a l l y   i n  t hi s   a rt i c l e   i s   L o R a W A N   w hi c h  b e l o ngs   t o   t he   f a m i l y   o f   l o w   po w e r  w i de   a re a   ne t w o rk   ( L P W A N ) .   l o ng   ra nge   w i de   a r e a   ne t w o rk   ( L o R a W A N )   b a s e d   o n  s a t e l l i t e   i s   a   l o w - po w e r  c o m m u ni c a t i o n  s y s t e m   [1 ] - [ 4 ] ,   w i t h  a   f r e q ue n c y   o f   9 20 - 9 2 3   M H z   o r  a t   u l t ra   hi g h  f re que nc y ,   i s   a   f r e e   IS M   B a nd ,   u s e d   f o r  t he   de v e l o p m e nt   o f   t h e   i nt e rne t   o f   t hi ng s   (Io T )   w hi c h  i s   c h e a p   a nd   e a s y   t o   de v e l o p   i n f ra s t ruc t u re .   L o R a W A N   i s   a   c o m b i na t i o n  o f   L o R a   m o d u l e   a nd   i nt e rne t   s e r v e r  s o   t ha t   L o R a   c a n  f i na l l y   b e   ru n  o n  t he   s e r v e r  a p p l i c a t i o n  a nd   c a n  b e   s e e n  i n  re a l - t i m e   f o r  i t s   d a t a .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,  V o l .   40 ,   N o .   3 ,   D e c em be r   20 25 :   1 40 1 - 1 416   1402   L o R a W A N   a nd   l o w   po w e r   w i de   a re a   ne t w o rks   o r   de v i c e s   a r e   e x pe c t e d   t o   c o nt i nu e   t o   b e   de v e l o pe d   i n   I ndo n e s i a ,   b a s e d   o n  s e v e ra l   f a c t o r s ,   s uc h  a s   t e c hni c a l   f a c t o rs   r e l a t e d   t o   e c o n o m i c   g r o w t h,   w hi c h  c a us e   e c o n o m i c   i m p ro v e m e nt   w i t h  t h e   r o l e   o f   Io T   s y s t e m s   b u i l t   i n  a re a s   s uc h  a s   f o o d,   a g ri c u l t u re ,   f i s h e ri e s ,   a nd   a qu a c ul t u r e ,   w hi c h  ha v e   a   r e a l   i m p a c t   o n  t he   e c o n o m i c   s e c t o r,   a s   w e l l   a s   f r o m   t he   pe rs pe c t i v e   o f   l a w   a nd   r e g ul a t i o n  i n  I ndo n e s i a .   L P W A N   i s   r e gu l a t e d   i n  a c c o r d a nc e   w i t h  t h e   D e c r e e   o f   t he   M i ni s t e r  o f   Co m m u ni c a t i o n  a nd   I n f o rm a t i o n  T e c hno l o gy   o f   t h e   R e pub l i c   o f   I nd o ne s i a   c o n c e rn i ng   l o w   po w e r  w i de   a r e a   n e t w o r ks ,   w hi c h  s h o u l d   f u rt h e r  s t re ng t h e n  t he   ro l e   o f   L o R a W A N   i n  I ndo n e s i a   f o r  t he   do w n s t re a m i ng  o f   re s e a r c h  i n  I ndo n e s i a   [ 5 ] .     T h e   ho pe   o f   u s i ng   L o R a   i s   t ha t   e v e nt u a l l y ,   w i r e l e s s   c o m m u ni c a t i o n  s y s t e m s   c a n  re a c h  a s   f a r   a s   po s s i b l e   t ra ns m i t t i ng   d a t a   f o r   e x a m p l e   > 1 5  k m ,   w i t h  s a t e l l i t e   c o m m u ni c a t i o n,   i t   m a y   b e   a b l e   t o   re a c h  m o r e   t ha n  1 0 0  k m   i n  m o u nt a i n o us   a r e a s   a nd   a l s o   s w a m ps   a nd   f o r e s t s   t ha t   e ns u re s   o b s t a c l e s   c a n  o c c u r  a nd   d a t a   c a n  b e   l o s t   i f   us i ng  t e rre s t ri a l   c o m m u ni c a t i o n.   W he n  l o o ki ng   a t   t h e   L o R a W A N   c o m m u ni c a t i o n  s y s t e m   [ 6] - [9 ] ,   i t   c a n  b e   d i v i de d  i nt o   s e v e ra l   t e c hni q ue s   s uc h  a s   t h e   d a t a   t ra ns m i t t i ng   t e c hni que   us e d ,   t h e   c o m m u ni c a t i o n  t e c hni q ue   o n  t h e   s a t e l l i t e ,   t ra ns m i s s i o n  t o   t he   g a t e w a y ,   a nd   da t a   p r o c e s s i ng .   T h e   ri g ht   w a y   o f   w o r k i ng   f o r  L o R a W A N   d a t a   t ra ns m i s s i o n  w i l l   c o m p re h e ns i v e l y   de t e rm i ne   t h e   a na l y s i s   t e c h ni q ue   [ 10 ] - [ 1 3 ].       2.   TH E O R Y   2 . 1 .     Lo R a WA N   s at e l l i t e   c o m m u n i c at i o n   L o R a W A N   s a t e l l i t e - b a s e d   ha s   de v e l o pe d   i n  s uc h  a   w a y   a nd   de v e l o pe d   b y   L a c u na   S p a c e .     ( ) = . c o s ⁡ ( 2 + 2 )   (1 )      =  .    (2 )      = 2     (3 )     In  t e r m s   o f   t h e   a b i l i t y   a n d   c a pa c i t y   o f   L oR a W A N   n e t w o r ks ,   s e v e r a l   pa ra m e t e r s   a r e   o f t e n   m e n t i o n e d ,   i n c l udi ng  du t y   c y c l e ,   c o l l i s i o n,   a n d   t h e   num b e r   o f   de v i c e s   (n ) .   T h e   gr e a t e r   t h e   v a l ue   o f   n ,   c e rt a i n  i t   i s   t h a t   t h e r e   w i l l   b e   m a n y   c o l l i s i o n s ,   w h i c h  w i l l   b e   s h o w n   i n  t hi s   p a pe r   i n  t h e   a n a l y s i s   a n d   r e s ul t s   s e c t i o n   [1 4 ] - [2 1 ] .      =  +  − ℎ +  −    (4)     ℎ = 20 l o g 10 ( ) + 20 l o g 10 ( ) + 32 . 45   (5)     ∆ = . . c o s ⁡ ( )   (6)      =  ⁡  ⁡ ⁡  ⁡  ⁡ ⁡  ⁡ ⁡ 100%   (7 )      =  ⁡  ⁡  ⁡  ⁡  ⁡ ⁡ ℎ ⁡ ⁡ 100% = ( 1 −  )   (8 )     = − 174 + 10 . l o g 10 (  ) +  +   (9)     = 10 l o g 10  ⁡    (10)      = −  −     (11)      = +    (12)     2 . 2 .     O k u m u r a - H a ta   m o d e l     ℎ = 69 . 55 + 26 . 16 l o g 10 ( ) − 13 . 82 l o g 10 ( ℎ ) − ℎ + | 44 . 9 − 6 . 55 l o g 10 ( ℎ ) | l o g 10 ( ) (13)     2. 3 .     Lo n g l e y - R i c e   m o d e l     = 0 + +   (14)     2 . 4 .     L i n k   b u d g e t   Lo R a      =  +  − +  − ℎ −   (15)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       Q ual i t y   of   s e r v i c e s   L o R aW A N   s at e l l i t e   c om m un i c a t i on   ( I w an  P ur nam a )   1403   2 . 5 .     F r e s n e l   z o n e     = 17 . 32 √ 1 ⁡ ⁡ 2 ⁡ ⁡   (16)     2 . 6 .     Lo R a   r an g e   e s t i m a t i o n   b a s e d   o n   s p r e ad i n g   f a c to r   (S F )     d m ax = 10  _ m in −  20   (17)     2 . 7 .     D at a  c o l l i s i o n   o n   Lo R a        = 1 − − 2    (18)     ∫ ℒ (    ) .  (  )   =d   =  ∑ = 1 ∬ . . Ƒ ∑ ( ) ∑   (19)     Φ ( s )   =  λ ∫ ( , ) . ( ) .  ( )  + ( )   ( 20)     ∫ ℒ (    ) .  (  ) ⁡  = ∮ ∑ = 1 ∬ ( . ) . ∑  Ƒ ( ) ∑ ∏ ( ) = 1   (21)     ( ) = 1 2  ∮ ( ) −   dz . exp   ( ∫ Ʌ ( ) 2 + 2 0  )   (22)     Φ ( s )   =  λ ∫ ( , ) . ( ) .  ( )  + ( )   +  ∫ ∭ ∇ 2 ѱ ( , , ) . − | | − 0 | | 2  . ⁡ ( , )   (23)     [ ∫ ∫ ( , ) . ∇  .  ] = l i m → ∞ ∑ . [ ( ) ] = 1   (24)     [ ] = ∫ [ ] ⁡ ( ∫ 4 [ ℒ  ( , µ ) + ( ) ( ) ] )   (25)       3.   M ET H O D   T h e   n e xt   p a r a m e t e r   i s   t h e   s i g na l - of - n o i s e   ra t i o   (S N R )   w h i c h   c a n   b e   r e l a t e d  t o   t h e   r e c e i ve   s i gna l   s t r e n g t h   i ndi c a t o r   w h e r e   t h e   S N R   v a l ue   w i l l   w e a ke n   f r o m   - 7. 5  dB   a t   S F 7  t o   - 20  dB   a t   S F 12   [2 2] - [ 2 6 ] .     T h i s   a t t e nua t i o n  o c c ur s   b e c a us e   a s   t h e   s y m bo l   du r a t i o n  i n c r e a s e s ,   t h e   r e c e i ve r   s e n s i t i v i t y   i n c r e a s e s ,   a n d   T r a de - o ff   b e t w e e n   r a nge   a nd  S N R .   H e r e   i s   a   g ra p h   o f   t h e   i nc r e a s i n g   s y m b o l   dura t i o n   de pi c t e d ,   a n d   t h e   L oR a   Chri p  s ha pe   a t   1 25  kH z   b a n dw i dt h  a n d   SF   7 .  T h e   c o m pl e t e   s y m bo l   dura t i o n   o n   L o R a   c a n   b e   s e e n   i n  T a b l e   1     [2 7] - [ 3 1 ] .        T a b l e   1 .  Co m p a r i s o n  o f   S F ,   B W ,   a nd  s y m bo l   du r a t i o n  t o   t h e   r e s ul t i n g   b i t - ra t e   (b ps )   SF   BW   (k H z )   S y m b o l   d u ra t i o n   (m s )   Bi t   r a t e   ( b p s )   7   125   1 . 0 2   6 8 3 5 . 9 4   7   250   0 . 5 1   1 3 6 7 1 . 8 8   7   500   0 . 2 6   2 7 3 4 3 . 7 5   8   125   2 . 0 5   3 9 0 6 . 2 5   8   250   1 . 0 2   7 8 1 2 . 5   8   500   0 . 5 1   1 5 6 2 5   9   125   4 . 1   2 1 9 7 . 2 7   9   250   2 . 0 5   4 3 9 4 . 5 3   9   500   1 . 0 2   8 7 8 9 . 0 6   10   125   8 . 1 9   1 2 2 0 . 7   10   250   4 . 1   2 4 4 1 . 4 1   10   500   2 . 0 5   4 8 8 2 . 8 1   11   125   1 6 . 3 8   6 7 1 . 3 9   11   250   8 . 1 9   1 3 4 2 . 7 7   11   500   4 . 1   2 6 8 5 . 5 5   12   125   3 2 . 7 7   3 6 6 . 2 1   12   250   1 6 . 3 8   7 3 2 . 4 2   12   500   8 . 1 9   1 4 6 4 . 8 4       T a b l e   1   s h o w s   t h e   v a r i a t i o n   o f   S F ,   B W ,   a n d   s y m b o l   dur a t i o n   ( m s ),   a g a i n s t   t h e   r e s ul t i n g  b i t   r a t e   (b ps ),   w e   c a n   s e e   t ha t   b a n dw i dt h  pl a y s   a   b i g  r o l e   i n   t h e   c r e a t i o n   o f   a   l a r ge   b i t   r a t e ,   s o   i t   t a ke s   a   l a r ge   b a n dw i dt h   t o   ge t   a   l a r ge   b i t - ra t e   a s   w e l l ,   a n d  i s   c e r t a i nl y   s up po r t e d  by   t h e   s m a l l e s t   S F   o f   7.   Co n v e r s e l y ,   i f   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,  V o l .   40 ,   N o .   3 ,   D e c em be r   20 25 :   1 40 1 - 1 416   1404   S F   i s   t h e   l a r ge s t ,   i t   w i l l   p r o duc e   t h e   s m a l l e s t   b i t - ra t e   o f  36 6. 21   [3 2] - [ 3 6 ]  w i t h  t hi s   b i t - r a t e   i t   c a n  b e   a s c e r t a i n e d  t h a t   t h e   T x - R x  r a nge   o n  L o R a   c o m m u n i c a t i o n  i s   t h e   l o n ge s t   [3 7] - [ 4 1 ].   T h e   s t r uc t u r e   o f   t h e   L oR a W A N   s a t e l l i t e   c o m m u n i c a t i o n   s y s t e m   i s   s h o w n   i n  F i gu r e   1,   w h i c h   c o n s i s t s   o f   t w o   m a i n   p a r t s .     F i gu r e   1(a )   s h o w s   t h e   a r c hi t e c t u r e   o f   L oR a W A N   s a t e l l i t e   c o m m u n i c a t i o n ,   a n d  F i gu r e   1(b )  s h o w s   t h e   f l ow c h a r t   o f   L oR a W A N   s a t e l l i t e   c o m m u ni c a t i o n.         (a )         (b )     F i gu r e   1 .   T h e   s t r uc t u r e   o f   t h e   L o R a W A N   s a t e l l i t e   c o m m u ni c a t i o n   s y s t e m   (a )  L o R a W A N   n e t w o r k  s a t e l l i t e   b a s e d  (S o ur c e :   G r o u n d  Co n t r o l )   a nd  (b )  f l o w c h a rt   o f   L oR a W A N   s a t e l l i t e   c o m m u ni c a t i o n       4.   R ES U LTS   A N D   D I S C U S S I O N   T h e   o ve r a l l   e xpe r i m e nt a l   s e t up   i s   s h o w n   i n  F i gu r e   2 ,   F i gu r e   2(a )   i s   a n   e xa m p l e   o f   t h e   S A T - 1   N a n o   S a t e l l i t e   us e d  a s   a   da t a   r e c e i v e r   f r o m   e n d - de v i c e s   o r   gr o und  s t a t i o n s   o n   E a rt h ,   w hi l e   F i g u r e   2(b )  i s   a n  e xa m pl e   o f   L oR a   m o dul e   t ra n s m i t t e r   a n d   r e c e i ve r   c o m m u ni c a t i o n   us e d  f o r   t e s t i ng  d a t a   t r a n s m i s s i o n   o v e r   s h o rt   d i s t a n c e s ,   w hi c h  w i l l   t h e n  b e   c o n t i n ue d  i n   l o n g - di s t a n c e   t e rr e s t ri a l   c o m m u ni c a t i o n   a n d  s ub s e que n t l y   s a t e l l i t e   c o m m u ni c a t i o n.   M e a n w h i l e ,   T a b l e   2   s h o w s   da t a   o n  n o de   di f f e r e n c e s   w i t h  t ra n s m i s s i o n,   c o l l i s i o n s ,   a n d  c o l l i s i o n  r a t e   da t a .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       Q ual i t y   of   s e r v i c e s   L o R aW A N   s at e l l i t e   c om m un i c a t i on   ( I w an  P ur nam a )   1405       (a )   (b )     F i gu r e   2 .   E xpe r i m e nt a l   s e t up   ( a )  na n o   s a t e l l i t e   S A T - 1  [S o u r c e :   n a n o s a t s . e u]   a n d  (b )  e n d - n o de s   [ T x - R x]    L oR a   t e s t i n g   a t   a   c e rt a i n   di s t a n c e ,   e xa m pl e s   o f   c o m m uni c a t i o n   a f f e c t e d  by   i n t e r f e r e n c e s       T a b l e   2 .   Co l l i s i o n  d a t a   b a s e d  o n  di f f e r e n t   n o de s   N o d e s   T ra n s m i s s i o n s   Co l l i s i o n s   Co l l i s i o n   r a t e   10   1 2 1 . 0   4 . 0   0 . 0 3 2 8   50   6 3 9 . 3   9 7 . 0   0 . 1 5 1 6   100   1 2 6 5 . 7   3 7 4 . 3   0 . 2 9 5 6       M o r e ov e r ,   F i gu r e   3   i l l us t r a t e s   t h e   r e l a t i o n s h i p   b e t w e e n   l i n k   m a rgi n,   e l e v a t i o n  a ngl e ,   F S P L ,   a n d   D o ppl e r   e f fe c t .   T h e   r e s ul t s   i n d i c a t e   t ha t   S F 7  e x hi b i t s   t h e   l o w e s t   l i n k   m a r gi n — a pp r o xi m a t e l y   120  dB   a t   e l e v a t i o n   a n g l e s   b e l ow   20   de g r e e s — w h i l e   S F 12   p r o v i de s   t h e   hi g h e s t ,   r e a c hi n g   a r o un d   130   dB   a t   s i m i l a r   e l e v a t i o n   a ngl e s .   U n de r  F S P L   c o n di t i o n s ,   t h e   s i g na l   a t t e nua t e s   w i t h   i n c r e a s i n g   di s t a n c e ,   de c r e a s i n g   f r o m   a pp r o xi m a t e l y   – 50   dB   a t   10 0  km   t o   a b o ut   – 1 40   dB   a t   600   k m .   A d di t i o na l l y ,   b o t h  t h e   e l e v a t i o n  a n g l e   a n d   D o ppl e r   s h i f t   c o n v e r ge   t o w a r d   0  w h e n  t h e   e l e v a t i o n   a ngl e   a pp r o a c h e s   100  de gr e e s .   M e a n w h i l e ,   F i gu r e   4  s pe c i f i c a l l y   pr e s e n t s   a n  S N R   a n a l y s i s   s h o w i n g  t ha t   S N R   d e c r e a s e s   a s   t h e   s p r e a di n g   f a c t o r   i n c r e a s e s .   T h e   time - on - a i r  ( T o A )  a l s o   i n c r e a s e s   w i t h   hi g h e r   s p r e a di n g   f a c t o r s ,   w h i l e   r e c e i v e r   s e n s i t i v i t y   b e c o m e s   m o r e   s e n s i t i v e   a t   hi g h e r   S F   v a l ue s .   F o r  i n c r e a s e d   pa y l o a d  s i z e s ,   t h e   T o A   s i m i l a r l y   i n c r e a s e s .   A t   d i f f e r e n t   b a n dw i dt h s — s uc h   a s   125  kH z ,   2 50  kH z ,   a n d  50 0  kH z — t h e   c hi r p  s p a c i n g  o f   t h e   L o R a   m o dul a t i o n  a l s o   di f fe r s ,   a l t h o ug h  hi g h e r   b a n dw i dt h s   a r e   l e s s   c o m m o n l y   u s e d  i n  s t a n da rd   L o R a   o pe r a t i o n .   T h e   s pe c t r u m   b e c o m e s   de n s e r  w h e n   hi g h e r  f r e que n c i e s   a n d   l o n ge r   t i m e   du ra t i o n s   a r e   us e d,   i n di c a t i ng  hi g h e r  i nt e n s i t y   l e v e l s   i n  dB .           F i gu r e   3 .   L i n k   m a r g i n  v s   E l e v a t i o n   A n g l e ,   F S P L ,   a nd  D o ppl e r   e f fe c t       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,  V o l .   40 ,   N o .   3 ,   D e c em be r   20 25 :   1 40 1 - 1 416   1406       F i gu r e   4 .   S N R   m i n i m u m   v s   S p r e a d i n g  f a c t o r,   s e n s i t i v i t y ,   a n d   T o A       F urt h e rm o r e ,   F i gu r e   5   i l l us t ra t e s   t h e   L o R a   c h i r p   w a v e fo r m   f o r   S F 7  w i t h   a   125  kH z   b a n dw i dt h,   a l o n g   w i t h   i t s   c o rr e s po n di n g   s pe c t r o g r a m ,   w h i c h   c l e a r l y   s h ow s   t h e   upw a r d  l i n e a r   f r e que n c y   s w e e p   c h a ra c t e ri s t i c   o f   L oR a ’s   c h i rp  s p r e a d   s pe c t r um   m o dul a t i o n .   T hi s   de pi c t i o n   a l s o   s uppo r t s   t h e   a na l y s i s   di s c us s e d  e a r l i e r  r e ga r d i n g   b a n dw i dt h ,   f r e que n c y   be h a v i o r ,   a nd  s i g n a l   i n t e n s i t y   pa t t e rn s   i n  L o R a   c o m m uni c a t i o n .   I n  a ddi t i o n,   T a b l e   1   p r o v i de s   a   c l e a r  c o m pa ri s o n   o f   t h e   r e l a t i o n s hi p  b e t w e e n   s pr e a di n g   f a c t o r   (S F ),   b a n dw i dt h  ( B W ),   a n d   s y m bo l   dura t i o n  w i t h  t h e   r e s ul t i n g   b i t   ra t e   (b ps ).   It   s h o w s   t ha t   hi g h e r  s p r e a di ng  f a c t o r s   (e . g . ,   S F 12)   p r o duc e   l o w e r   b i t   ra t e s ,   w h e r e a s   l o w e r   s pr e a d i n g   f a c t o r s   (e . g . ,   S F 7)   y i e l d  s h o rt e r  t i m e - on - a i r  ( T o A ).   F u rt h e r m o r e ,   F i gu r e   6  s pe c i f i c a l l y   s h o w s   t h e   d i f fe r e n c e s   b e t w e e n   S F 7,   S F 9,   a nd  S F 12   w i t h  t h e   s a m e   b a ndw i dt h   o f   125  kH z ,   w h i c h   i s   ge n e ra l l y   us e d  by   s e v e r a l   L o R a   m o dul e s ,   w i t h  di f f e r e n t   du r a t i o n s   of  1. 02  m s ,   4. 1 0  m s ,   a nd  32 . 77  m s .   M e a n w h i l e ,   F i g u r e   7  s h o w s   t h e   l i n k   m a r g i n   a nd  e l e v a t i o n   a n g l e   o f   r a i n f a l l   v a r i a t i o n   a n d   w a t e r  c o n t e n t   i n  c l o uds ,   w h i c h  w i l l   a f f e c t   da t a   t ra n s m i s s i o n   us i n g   L oR a W A N .   t h e   l i n k   m a r g i n   v s   e l e v a t i o n  a n g l e   w i t h  r a i n f a l l   v a r i a t i o n   (S F 10),   f r o m   t h e   d a t a   i t   c a n   b e   s e e n   t h a t   t h e   g r e a t e r   t h e   ra i n f a l l   i n   m m / h   w i l l   c a us e   t h e   l i n k   m a r g i n   (dB )  t o   b e   s m a l l e r ,   o t h e r w i s e ,   i f   t h e r e   i s   n o   ra i n  o r   0  m m / h ,   t h e   e s t i m a t e d  l i n k   b udge t   i s   a t   1 20  dB .           F i gu r e   5 .   L o R a   c h i rp  w i t h  S F 7,   125   kH z   B W ,   a n d  L o R a   s i g na l   s pe c t o gr a m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       Q ual i t y   of   s e r v i c e s   L o R aW A N   s at e l l i t e   c om m un i c a t i on   ( I w an  P ur nam a )   1407       F i gu r e   6 .   L o R a   c h i rp  w i t h  di f f e r e n t   S F ,   w i t h   1 25  kH z   B W   a n d  di f f e r e n t   du ra t i o n s             F i gu r e   7 .   L i n k   m a r g i n  a n d   e l e v a t i o n  a ngl e       F i gu r e   8  s h o w s   v a r i o us   d a t a ,   s uc h   a s   ra i n  a t t e n ua t i o n  a t   a n   e l e v a t i o n   a n gl e   o f   20  de gr e e s ,   c l o ud  a t t e n u a t i o n   a t   a n   e l e v a t i o n  a n g l e   o f   20  de gr e e s ,   a t m o s ph e ri c   e ffe c t s   a t   a n   e l e v a t i o n   a ngl e   o f   20  de gr e e s ,   a n d   b udge t   l i n k  c o m po n e n t s   a t   a n  e l e v a t i o n   a n g l e   o f   20  de gr e e s .   M o r e ov e r ,   F i gu r e   9   s h o w s   s a t e l l i t e   di s t a n c e   da t a ,   SNR   ove r   t i m e ,   r e c e i v e d  pow e r   o ve r   t i m e ,   a n d   pa c ke t   t ra n s m i s s i o n  s uc c e s s   r a t e .   T h e   o v e r a l l   a n a l y s i s   o f  c o l l i s i o n  b e h a v i o r  a nd   s uc c e s s   r a t e   i s   s h o w n   i n  F i gu r e   1 0 ,   F i gu r e   10 (a )   s h o w s   da t a   o n  t h e   num b e r  o f  c o l l i s i o n s   pe r  t i m e   s t e p  a n d  s uc c e s s   ra t e   o v e r   t i m e   w i t h  1 0  n o de s ,   w h i l e   F i g u r e   10(b )  s h o w s   da t a   o n   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,  V o l .   40 ,   N o .   3 ,   D e c em be r   20 25 :   1 40 1 - 1 416   1408   n u m b e r   o f   c o l l i s i o n s   pe r   t i m e   s t e p  a nd  s uc c e s s   r a t e   o v e r   t i m e   w i t h   100  n o de s .   F r o m   t h e   d a t a   i n   F i gu r e s   10( a )  a n d  1 0(b ),   w i t h   i n c r e a s i n g l y   l a r ge r   di f f e r e n c e s   i n  n o de s ,   c o l l i s i o n s   b e c o m e   m o r e   l i ke l y ,   s o   a n   i m p r o v e m e n t   i n   t h e   a d a pt i v e   da t a   ra t e   ( A D R )  m e t h o d  i s   n e e de d  i n  t hi s   c a s e .           F i gu r e   8 .   R a i n  a t t e n u a t i o n,   c l o uds ,   a n d   a t m o s ph e ri c   e f fe c t s   on  l i n k   b udge t           F i gu r e   9 .   S a t e l l i t e   d i s t a n c e   o ve r   t i m e ,   r e c e i v e   pow e r ,   S N R ,   a n d   p a c ke t   t ra n s m i s s i o n  s uc c e s s   r a t e     fo r   L P W A N   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       Q ual i t y   of   s e r v i c e s   L o R aW A N   s at e l l i t e   c om m un i c a t i on   ( I w an  P ur nam a )   1409     (a )       (b )     F i gu r e   10 .   T h e   o v e r a l l   a n a l y s i s   of   c o l l i s i o n   b e ha v i o r   a n d   s uc c e s s   r a t e   ( a )   c o l l i s i o n  pe r   t i m e   s t e p  w i t h  10   n o de s   L oR a   a n d   (b )  c o l l i s i o n  pe r   t i m e   s t e p  w i t h  100   n o de s   L oR a       5.   C O N C LU S I O N   In  de t e rm i ni n g   t h e   q ua l i t y   o f   s e r v i c e s   (Q o S )   of   L oR a W A N   s a t e l l i t e   c o m m u n i c a t i o n,   i t   i s   s uppo r t e d   by   v a r i o us   p a ra m e t e r s   i n c l ud i n g   S F ,   b a n dw i dt h ,   CR ,   a n d   o t h e r  p a r a m e t e r s .   I n  t h e   c a s e   o f   da t a   c o l l i s i o n   r e duc t i o n ,   s e v e r a l   m e t h o ds   c a n   m i ni m i z e   i t ,   na m e l y   us i n g  A D R ,   p r o t o c o l   A L O H A ,   t i m e   s y n c hr o n i z a t i o n,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,  V o l .   40 ,   N o .   3 ,   D e c em be r   20 25 :   1 40 1 - 1 416   1410   m ul t i p l e   c h a nn e l   a c c e s s ,   f r e que n c y   h o ppi ng,   c o l l i s i o n  a v o i da n c e   a l go ri t hm ,   s c h e dul i ng  t r a n s m i s s i o n ,   b e a m fo r m i ng,   l o n ge r  SF s ,   a nd   ga t e w a y   di v e r s i t y ,   s o m e   of   t h e s e   m e t h o ds   a r e   c o n s i de r e d   e f fe c t i ve   f o r   m i ni m i z i n g   da t a   c o l l i s i o n s   t o   p r o v i de   t h e   ri g h t   d a t a   a s   w e l l   a s   s m a l l   pa c ke t   l o s s .   I n  L P W A N   s a t e l l i t e   c o m m uni c a t i o n   i s   i n f l ue n c e d  by   s e ve r a l   f a c t o r s   e v e n   t h o ug h   i t   i s   i n  l i n e - of - s i g h t   c o n d i t i o n s   b ut   i s   s t i l l   a f fe c t e d  by   t h e   i nt e r f e r e n c e   of   r a i n   a n d   w a t e r  c o n t e n t   i n   c l o uds .   E a c h   pa ra m e t e r   ha s   a   d i f f e r e n t   c o e f f i c i e n t   v a l ue   t h a t   i f   i n c l ude d   i n  t h e   s i m u l a t i o n  v a l ue   w i l l   p r o duc e   a   pe r c e n t a ge   v a l ue   o f   s uc c e s s   t ha t   c a n   b e   s e e n   di r e c t l y   f r o m   t h e   o ut put   g ra p h.   W h e r e   t hi s   pe r c e n t a ge   o f  s uc c e s s   i s   i n f l ue n c e d  by   t h e   s m a l l   a m o u n t   o f  di s t u r b a n c e   t ha t   e xi s t s ,   f o r   e xa m pl e ,   t h e r e   i s   n o   ra i n  a nd  c l o u d  di s t u r b a n c e .       A C K N O WL ED G M EN TS   T h a nks   t o   t h e   e nt i r e   t e a m   i n  s e v e r a l   d i f fe r e nt   a ge n c i e s   t h a t   h e l pe d  i n   t h e   s m o o t h  p r o c e s s   o f   t h i s   w r i t i ng  o r   r e s e a r c h,   h o pe f ul l y   i n  t h e   f ut u r e   i t   c a n  b e   o n e   o f   t h e   r e f e r e n c e s   t h a t   i s   us e f ul   f o r   m a n y   pe o pl e ,   e s pe c i a l l y   i n   t h e   s a m e   di s c i p l i n e .       S U G G ES TI O N   T h e r e   i s   a   n e e d  t o   b ui l d   a   r e a l   L P W A N   S a t e l l i t e   b a s e d  a s   do n e   b y   L a c un a   S p a c e .   A nd   t h e n  t hi s   S a t e l l i t e - b a s e d  L P W A N   c a n   b e   us e d  a s   o pt i m a l l y   a s   po s s i bl e   t o   i m p r o v e   t h e   pe r f o r m a n c e   of   t h e   Io T   i n   t h e   pr o c e s s   of   T ra n s m i t t i n g   d a t a   a n d   Q ua l i t y   of   S e r v i c e   o n   t h e   A ppl i c a t i o n  S e r v e r  o r  I n t e rn e t   S e r v e r.       F U N D I N G   I N F O R M A TI O N   T h e   a u t h o r s   s t a t e   n o   f undi n g   i s   i n v o l v e d.       A U TH O R   C O N TR I B U TI O N S   S TA T EM EN T   T h i s   j o urna l   us e s   t h e   Co n t ri b ut o r  R o l e s   T a xo n o m y   (CR e di T )  t o   r e c o gn i z e   i n d i v i dua l   a ut h o r  c o n t ri b ut i o n s ,   r e duc e   a ut h o r s hi p   di s pu t e s ,   a n d   f a c i l i t a t e   c o l l a bo r a t i o n.     N am e   o f  A u th o r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Iw a n   P u rna m a                               M uha m m a d  T a uf i k   D w i   P ut ra                               S a m s i na r                               M a s y i t a h  A ul i a                               Ib n u  S hi n a                               Y udi   Y u l i y us   M a ul a na                               B e n dj a m i n  B e nn y   L o uh e n a pe s s y                                 J o h a n i s   D o m i n ggus   L e ka l e t t e                               P e be r l i n  P a r u l i a n  S i t o m pul                               T i m b ul   M a ni k                               L a s i nt a   A r i   N e n d r a   W i b a w a                               P uput   D a n i   P r a s e t y o   A di                               L a   S i na i ni                               P r a t i w i   L e s t a ri                               Y a y a   S ul a e m a n                               Iw a n   R o h m a n  S e t i a w a n                               B udi   N ug r a ha                               E m i   Y a t i                               L i l i s   S a di y a h                               Ir w a n   J a t m i ko                               R i a n  S a c i p t o                               Ro s   S a ri n i ng r um                               Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.