Publication:
Communication link performance evaluation for geostationary satellite versus low earth orbit satellite network in tropical region

cris.virtual.departmentKOE - Department of Science in Engineering
cris.virtual.orcid#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtualsource.departmentf412bef9-2742-445b-a20e-92718ffd7b92
cris.virtualsource.orcidf412bef9-2742-445b-a20e-92718ffd7b92
dc.contributor.authorHazrul Hafiz Abdul Shukur
dc.contributor.supervisorYasser Asrul Ahmad, Ph.D
dc.contributor.supervisorKhairayu Badron, Ph.D
dc.date.accessioned2026-07-15T01:46:15Z
dc.date.available2026-07-15T01:46:15Z
dc.date.issued2026
dc.description.abstractLatency is a key performance factor for satellite internet, especially for real-time applications like web browsing, video calls, Virtual Private Network (VPN), and remote access used in rural, maritime, emergency, and military environments. While Geostationary (GEO) High Throughput System (HTS) systems still experience high latency due to their orbital altitude, Starlink’s Low Earth Orbit (LEO) constellation now offers globally available low-latency, high-bandwidth satellite internet. Despite their high-speed benefits, both HTS systems in GEO and LEO are using Ku-band which is highly susceptible to rain-induced signal attenuation, particularly in regions with heavy rainfall such as the tropics and equatorial countries. The rain attenuation at Ku-band not only weakens the radio frequency signals but also increases real time latency in the satellite communication link. This research aims to determine the latency of HTS satellites in LEO and GEO induced by rain and evaluate its performance under heavy rainfall conditions. This study uses real satellite link paid services from Société Européenne des Satellites (SES) operator from Luxembourg, SES-12 a geostationary HTS located at 95° east and Starlink LEO constellation operated by Starlink Services a subsidiary of American space company, SpaceX for rain-induced latency performance assessment. A 1.2m VSAT terminal for SES-12 and a Starlink terminal were installed to measure and record latency continuously for six months at the same location with a collocated rain gauge to measure rainfall rate. Site-specific latency datasets were collected to evaluate the Round Trip Time (RTT) using Ku-band link under various rainfall intensities for both satellite services. The empirical measurements were further developed into rain-induced latency correlations, using power law and logarithmic based equations that directly relate to rainfall rate for both satellite systems. These new relationships capture the nominal and tail latency behaviors, representing the normal operating conditions and the degraded latency performance during severe rain-fade conditions, respectively. The results show that the SES-12 GEO terminal latency ranges from 600 ms to 3,000 ms, while the LEO Starlink terminal maintains a much lower latency between 20 ms and 100 ms. Starlink achieved higher link availability (99.6 %) compared to 94 % for SES-12 in the same tropical environment. The findings indicate that extreme rainfall significantly impacts the GEO link, causing prolonged signal degradation and delay expansion, whereas the LEO link remains less affected due to its low-orbit architecture and dynamic satellite switching capability. Keywords: Low Earth Orbit (LEO), Geostationary Earth Orbit (GEO), Rain-Induced Latency, Ku-Band Satellite Communications, Tropical Regions, Empirical Measurements, Link Availability.
dc.description.abstractarabicتُعدّ فترة التأخير (Latency) أحد أهم مؤشرات الأداء في خدمات الإنترنت عبر الأقمار الصناعية، ولا سيما للتطبيقات الآنية مثل تصفح الويب، ومؤتمرات الفيديو، والشبكات الافتراضية الخاصة (VPN)، والوصول عن بُعد في البيئات الريفية والبحرية وحالات الطوارئ والعمليات العسكرية. وعلى الرغم من أن الأقمار الصناعية عالية السعة (HTS) في المدار الثابت بالنسبة للأرض (GEO) توفر تغطية واسعة، فإن ارتفاعها المداري الكبير يؤدي بطبيعته إلى زمن تأخير مرتفع.في المقابل، توفر منظومات الأقمار الصناعية في المدار الأرضي المنخفض (LEO)، مثل شبكة ستارلينك، اتصالاً عالمياً يتميز بانخفاض زمن التأخير وارتفاع سعة نقل البيانات. ومع ذلك، فإن كلا النظامين العاملين ضمن نطاق التردد Ku-band يتأثران بشكل ملحوظ بالتوهين الناتج عن الأمطار، خاصةً في المناطق الاستوائية ذات معدلات الهطول المرتفعة.تهدف هذه الدراسة إلى تقييم تأثير الأمطار على أداء زمن التأخير في شبكات الأقمار الصناعية من نوعي GEO وLEO باستخدام خدمتي SES-12 وستارلينك. وقد تم تركيب محطة طرفية ذات فتحة صغيرة جداً (VSAT) بقطر 1.2 متر لخدمة SES-12، بالإضافة إلى محطة ستارلينك، في موقع واحد مزود بمقياس للأمطار، حيث جُمعت البيانات بشكل مستمر لمدة ستة أشهر . وتم تحليل قياسات زمن الرحلة ذهاباً وإياباً (RTT) تحت مستويات مختلفة من شدة هطول الأمطار، كما تم تطوير نماذج تجريبية تعتمد على علاقات أسية ولوغاريتمية لوصف سلوك زمن التأخير في الظروف التشغيلية الاعتيادية وحالات التوهين الشديد الناتج عن الأمطار. أظهرت النتائج أن زمن التأخير في نظام SES-12 تراوح بين 600 و3000 مللي ثانية، في حين حافظ نظام ستارلينك على زمن تأخير منخفض تراوح بين 20 و100 مللي ثانية. كما حقق ستارلينك نسبة إتاحة للوصلة بلغت 99.6% مقارنةً بـ 94% لنظام SES-12.وتؤكد النتائج أن الأمطار الغزيرة تؤثر بشكل كبير على أداء الأقمار الصناعية في المدار الثابت بالنسبة للأرض، بينما تتمتع أنظمة المدار الأرضي المنخفض بقدرة أعلى على مقاومة تأثيرات الأمطار بفضل بنيتها المدارية المنخفضة وآلية التبديل الديناميكي بين الأقمار الصناعية، مما يجعلها أكثر ملاءمةً للتطبيقات الحساسة لزمن التأخير في البيئات الاستوائية.
dc.description.callnumberet TK 5104 H43C 2026
dc.description.cpsemailcps2u@iium.edu.my
dc.description.degreelevelMaster
dc.description.identifierThesis : Communication link performance evaluation for geostationary satellite versus low earth orbit satellite network in tropical region /by Hazrul Hafiz Abdul Shukur
dc.description.kulliyahKulliyyah of Engineering (KOE)
dc.description.notesThesis (MSCE)--International Islamic University Malaysia, 2026.
dc.description.physicaldescription1 online resource (xv, 69 leaves) : color illustrations ; 30 cm.
dc.description.programmeMaster of Science in Engineering
dc.holdsOpen Access
dc.identifier.urihttps://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/34181
dc.language.isoar
dc.publisherKuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2026
dc.rightsOwned By Student
dc.subjectLow Earth Orbit; Rain Induced Latency; Geostationary Earth Orbit (GEO)
dc.subject.lcshArtificial satellites in telecommunication -- Evaluation
dc.subject.lcshRain-induced attenuation
dc.titleCommunication link performance evaluation for geostationary satellite versus low earth orbit satellite network in tropical region
dc.typeMaster Theses
dspace.entity.typePublication
oairecerif.author.affiliation#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
hh_communication_link_msce.pdf
Size:
1.99 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Full text.