Pendahuluan
Dalam Sistem Komunikasi Radio, diversity mengacu pada teknik atau metode yang digunakan untuk meningkatkan keandalan dan kualitas sinyal radio. Tujuannya adalah untuk mengurangi efek negatif dari fading (pelemahan sinyal) dan interferensi. Diversity bekerja dengan mengirimkan atau menerima salinan sinyal yang sama dari pemancar melalui banyak jalur independen (diversity branches). Diversity branches adalah jalur independen yang membawa salinan sinyal yang sama dari pemancar ke penerima. Setiap branch-nya memiliki karakteristik fading yang berbeda yang dimana fading di satu branch tidak memengaruhi branch lain. Fading merupakan fenomena pelemahan sinyal yang terjadi karena variasi saluran nirkabel, seperti penghalang fisik, pantulan (multipath), atau pergerakan pengguna. Ada dua jenis utama fading:
- Rayleigh Fading: Terjadi di lingkungan tanpa line-of-sight (LOS), seperti area urban dengan banyak penghalang.
- Rician Fading: Terjadi ketika ada komponen LOS dominan (misalnya, di ruang terbuka).
Teknik diversity bekerja dengan memanfaatkan independensi statistik antara branch untuk mengurangi dampak fading. Sebagai contoh, jika satu branch mengalami Rayleigh fading, branch lain mungkin masih memiliki sinyal kuat.
Secara umum, teknik diversity memiliki 8 jenis, namun di artikel ini akan fokus pada 5 jenis saja yaitu frequency diversity, time diversity, space diversity, angle diversity, dan polarization diversity. Berikut penjelasan lebih dalam tentang 5 jenis teknik diversity.
Jenis – Jenis Teknik Diversity
1. Frequency Diversity
Frequency diversity (keragaman frekuensi) adalah teknik dalam komunikasi nirkabel dimana sinyal pesan yang sama ditransmisikan pada beberapa frekuensi pembawa. Metode ini bertujuan untuk meningkatkan kualitas dan keandalan sinyal, terutama di lingkungan yang mengalami pemudaran atau gangguan sinyal. Dengan mentransmisikan sinyal pada frekuensi yang berbeda, penerima berpotensi menangkap sinyal yang lebih kuat atau sinyal yang lebih kuat, sehingga meningkatkan komunikasi secara keseluruhan. Cara kerja frequency diversity yaitu sinyal pesan yang sama dimodulasi ke frekuensi pembawa yang berbeda, yang dimana jika satu frekuensi mengalami fading, frekuensi yang lain tetap dapat membawa informasi. Frequency diversity dapat diimplementasikan pada Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) dengan contoh aplikasi LTE/4G, Wi-Fi (802.11a/g/n/ac), dan 5G NR.
Frequency diversity juga memiliki kekurangan dan kelebihan, yaitu:
a) Kekurangan : - membutuhkan lebih banyak bandwidth - membutuhkan lebih banyak sumber daya frekuensi - meningkatkan biaya
b) Kelebihan : - lebih tahan terhadap fading selective - kompatibilitas dengan dengan teknik lain - dapat meningkatkan keandalan
Terdapat contoh kasus nyata yaitu kelebihan di GSM, frequency hopping di GSM mengurangi interferensi co-channel. Frequency hopping pada GSM adalah contoh nyata frequency diversity. Sistem ini secara dinamis mengubah frekuensi carrier selama transmisi menggunakan pola pseudorandom. Misalnya, sebuah ponsel GSM bisa beralih antara 10 frekuensi berbeda setiap 4.615 ms (satu timeslot TDMA)
2. Time Diversity
Time diversity (keragaman waktu) adalah teknik pengiriman data yang sama beberapa kali dalam waktu yang berbeda untuk mengurangi efek fading dan interferensi. Dengan cara ini, kesalahan data dapat diatasi jika terjadi pemudaran atau interferensi pada waktu tertentu. Tujuan metode ini adalah meningkatkan reliabilitas transmisi dengan memanfaatkan variasi saluran komunikasi dari waktu ke waktu.
Cara kerja time diversity yaitu sinyal yang sama dikirim beberapa kali dengan jeda waktu tertentu. Kemudian, penerima menggabungkan sinyal – sinyal yang diterima untuk memperbaiki kualitas. Ketika satu transmisi mengalami fading, transmisi berikutnya mungkin berhasil karena saluran berubah yang disebabkan adanya jeda waktu saat mengirimkan sinyal.
Time diversity dapat diaplikasikan pada sistem telekomunikasi (GSM, CDMA, LTE), Wi-Fi dan jaringan nirkabel, serta satelit dan komunikasi bergerak. Kekurangan dan kelebihan pada time diversity yaitu:
a) Kekurangan : - terdapat penundaan selama pengiriman sinyal yang disebabkan oleh pengulangan sinyal - membutuhkan memori penyangga (buffer) untuk menyimpan dan menggabungkan sinyal - kurang efektif jika saluran sangat statis (tidak ada variasi waktu)
b) Kelebihan : - meningkatkan keandalan dalam transmisi di lingkungan fading - tidak memerlukan banyak antena - efektif untuk sistem dengan bandwidth terbatas
Juga terdapat kasus nyata, yaitu pada GSM Mobile Communication. GSM menggunakan interleaving (pengacuran bit) untuk menyebar error akibat fading. Data dikirim dalam blok dengan jeda waktu, sehingga jika satu blok rusak, blok lain masih bisa dikoreksi.
3. Space Diversity
Space diversity (keragaman ruang) adalah teknik dalam komunikasi nirkabel yang menggunakan multi-antena (pada pengirim atau penerima) untuk mengatasi fading dengan memanfaatkan perbedaan lokasi antena. Tujuannya adalah meningkatkan keandalan sinyal dengan menerima beberapa versi sinyal yang melewati jalur berbeda.
Cara kerja space diversity yaitu dua atau lebih antena penerima dipasang dengan jarak tertentu yang umumnya lebih dari sama dengan setengah panjang gelombang. Jika antena mengalam fading, antena yang lain masih dapat menerima sinyal dengan baik. Terdapat beberapa metode penggabungn sinyal yaitu Selection Combining (SC), Maximal Ratio Combining (MRC), Equal Gain Combining (EGC).
Space diversity dapat diaplikasikan pada sistem seluler (4G/5G), komunikasi satelit, Wi-Fi & jaringan nirkabel, radio & TV broadcasting. Adapun kekurangan dan kelebihan space diversity:
a) Kekurangan : - membutuhkan banyak antena (biaya lebih tinggi) - kompleksitas sistem meningkat - membutuhkan pemrosesan sinyal tambahan - jarak antar antena harus optimal
b) kelebihan : - meningkatkan keandalan sinyal - mengurangi efek multipath fading - cocok untuk lingkungan dengan gangguan fading tinggi - dapat dikombinasikan dengan teknik diversity lain seperti frequency atau time diversity)
Contoh nyata pada space diversity sebagai berikut adalah Wi-Fi Router dengan MIMO. Teknologi MIMO (Multiple Input Multiple Output) memanfaatkan space diversity secara canggih dengan menggunakan multiple antena di pengirim dan penerima. Pada 5G, Massive MIMO bisa menggunakan hingga 256 antena untuk membentuk beamforming adaptif.
4. Angle Diversity
Angle diversity adalah teknik dalam sistem komunikasi nirkabel yang menggunakan beberapa antena dengan orientasi sudut (angle) berbeda untuk meningkatkan kualitas sinyal dengan memanfaatkan lintasan propagasi multipath. Teknik ini membantu mengurangi efek fading dan interferensi dengan memanfaatkan variasi sudut kedatangan sinyal. Tujuan angle diversity yaitu meningkatkan reliabilitas sinyal dengan mengurangi efek multipath fading, meningkatkan kapasitas sistem komunikasi nirkabel, mengurangi interferensi co-channel, meningkatkan cakupan sinyal di lingkungan yang kompleks (urban, indoor).
Cara kerja angle diversity yaitu beberapa antena diposisikan dengan sudut berbeda, misalnya 30°, 60°, 90°. Kemudian sinyal yang diterima dari berbagai sudut diproses untuk memilih sinyal terbaik atau dikombinasikan (maximal ratio combining, selection combining). Jika satu lintasan mengalami fading, lintasan lain masih dapat menyediakan sinyal yang lebih baik.
Angle diversity dapat diaplikasikan dan diimplementasikan pada Telekomunikasi Seluler (5G, Massive MIMO), Wi-Fi & Jaringan Ad-Hoc, Radar & Sistem Navigasi, Satelit & Komunikasi UAV. Adapun kekurangan dan kelebihan angle diversity:
a) Kekurangan : - memerlukan desain antena yang kompleks - biaya implementasi lebih tinggi - membutuhkan pemrosesan sinyal tambahan - tidak selalu efektif di lingkungan LOS (Line-of-Sight)
b) kelebihan : - meningkatkan kualitas sinyal di lingkungan multipath - mengurangi efek fading & interferensi - cocok untuk aplikasi mobile & dinamis - dapat dikombinasikan dengan teknik diversity lain seperti space dan polarization
Juga terdapat kasus nyata pada angle diversity yaitu implementasi angle diversity dalam Wi-Fi 6 (802.11ax) di bandara.
Masalah: Banyak interferensi dari perangkat lain dan pantulan sinyal (multipath) karena struktur bangunan yang kompleks.
Solusi: Penggunaan antena multi-sudut untuk memilih sinyal terkuat dan mengurangi packet loss.
Hasil: Peningkatan throughput hingga 40% dan pengurangan latency.
5. Polarization Diversity
Polarization diversity adalah teknik diversitas dalam komunikasi nirkabel yang memanfaatkan dua polarisasi gelombang elektromagnetik yang saling ortogonal yang biasanya vertikal dan horizontal untuk meningkatkan kualitas sinyal dan mengurangi efek fading multipath. Tujuan dari metode ini adalah mengurangi fading selektif akibat multipath propagation, meningkatkan keandalan dan kualitas link komunikasi, memanfaatkan polarisasi berbeda untuk mentransmisikan sinyal yang sama, sehingga jika satu polarisasi terganggu, polarisasi lain masih dapat diterima.
Adapun cara kerja pada metode polarization diversity yaitu dua antena dengan polarisasi berbeda, misalnya vertikal dan horizontal, digunakan untuk mengirim atau menerima sinyal yang sama. Jika satu polarisasi mengalami fading dalam (deep fading) karena interferensi multipath, polarisasi lain mungkin masih memiliki sinyal yang kuat. Kemudian penerima memilih sinyal terbaik dari kedua polarisasi atau menggabungkannya (maximal ratio combining).
Polarization diversity dapat diaplikasikan dan diimplementasikan pada komunikasi seluler (4G/5G), Wi-Fi (MIMO), radar & satelit, dan radio FM. Kekurangan dan kelebihan pada polarization diversity sebagai berikut.
a) Kekurangan : - tidak efektif jika depolarisasi ekstrem (misalnya, di lingkungan dengan banyak penghalang kompleks). - perlu penerima yang mampu memproses dua polarisasi. - dapat mengurangi gain antena karena energi terbagi ke dua polarisasi.
b) Kelebihan : - meningkatkan reliabilitas dengan mengurangi efek fading. - tidak memerlukan spacing antena besar (berbeda dengan spatial diversity). - efisien spektral karena menggunakan saluran yang sama dengan polarisasi berbeda.
Adapun contoh kasus nyatanya, yaitu:
- Stasiun Base Station Seluler (LTE/5G): BTS sering menggunakan dual polarized antennas (misalnya, ±45° polarization) untuk meningkatkan cakupan dan mengurangi drop call di area urban.
- Wi-Fi 6 (802.11ax): Router menggunakan MIMO dengan polarisasi berbeda untuk meningkatkan throughput dalam lingkungan indoor.
Perbandingan pada Setiap Jenis
Teknik
Diversity Kelebihan Kekurangan Aplikasi Terbaik
|
Frequency |
Tahan s |
elective fading |
Butuh
besar |
bandwidth |
LTE, Wi-Fi |
||
|
Time |
Tidak
banyak |
butuh |
antena |
Menambah latency |
GSM, C |
DMA |
|
|
Space |
Efektif multipath |
lawan |
Butuh jara |
k antena |
5G, MIMO |
Wi-Fi |
|
|
Angle |
Cocok untuk urban |
Desain kompleks |
antena |
Wi-Fi 6, |
5G |
||
Teknik
Diversity Kelebihan Kekurangan Aplikasi Terbaik
|
Polarization |
Hemat ruang |
Depolarisasi
ganggu |
bisa |
Satelit, 5G |
|
|
Perbedaan dan Persamaan pada Setiap Jenis
Perbedaan: |
|
|
|||
|
Aspek |
Frequeny Diversity |
Time Diversity |
Space Diversity |
Angle Diversity |
Polarization Diversity |
|
Sumber Variasi |
Frekuensi
berbeda |
Waktu
transmisi berbeda |
Posisi antena
berbeda |
Sudut antena berbeda |
Polarisasi gelombang berbeda |
|
|
Tinggi |
Rendah |
|
|
|
|
Kebutuhan Bandwidth |
(butuh
banyak |
(hanya
repetisi |
Tidak
ada |
Tidak
ada |
Tidak ada |
|
|
frekuensi) |
sinyal) |
|
|
|
|
Latensi |
Tidak ada |
Tinggi
(karena pengulangan) |
Tidak
ada |
Tidak
ada |
Tidak ada |
|
Kompleksi-
tas Hardware |
Modulasi
multi- frekuensi |
Buffer penyimpanan |
Multi- antena |
Antena multi-
sudut |
Antena dual-
polarized |
Efektivitas Selective Fading
di Lingkungan fading temporal
Persamaan:
a) Tujuan: Semua teknik diversity bertujuan mengurangi efek fading dan interferensi dengan mengandalkan redundansi sinyal.
b) Redundansi: Memanfaatkan salinan sinyal yang dikirim melalui branch independen seperti frekuensi, waktu, ruang, sudut, ataupun polarisasi).
c) Kombinasi Sinyal: Penerima biasanya menggabungkan sinyal dari berbagai branch (dengan metode seperti Selection Combining atau Maximal Ratio Combining).
Kombinasi Teknik Diversity
Sistem komunikasi modern sering mengintegrasikan multiple teknik diversity. Contohnya:
- LTE Advanced menggabungkan frequency diversity dengan lebar bandwidth 20 MHz), space diversity (MIMO 4x4), dan time diversity (HARQ).
- Wi-Fi 6 menggunakan polarization diversity + angle diversity melalui antena multi-beam.
Kombinasi ini meningkatkan redundancy tetapi membutuhkan kompromi:
- Biaya vs. Performa: Space diversity butuh lebih banyak antena, sementara time diversity menambah latency.
- Kompleksitas Algoritma: Penerima harus mampu memproses dan menggabungkan sinyal dari berbagai branch secara efisien.
Tantangan dan Solusi
Meski efektif, diversity menghadapi tantangan:
1. Depolarisasi di Lingkungan Urban: Polarisasi sinyal bisa berubah drastis akibat pantulan gedung, mengurangi efektivitas polarization diversity. Solusinya, kombinasi dengan space diversity.
2. Overhead Time Diversity: Pengulangan sinyal meningkatkan latency. Teknik Hybrid ARQ (HARQ) digunakan untuk menyeimbangkan keandalan dan efisiensi.
3. Keterbatasan Bandwidth: Frequency diversity tidak cocok untuk sistem narrowband seperti IoT LPWAN.
Alternatifnya adalah menggunakan spread spectrum. Tren terbaru seperti Reconfigurable Intelligent Surfaces (RIS) sedang dikembangkan untuk menciptakan 'diversity buatan' dengan memanipulasi lingkungan propagasi. Perkembangan terkini seperti Intelligent Reflecting Surfaces (IRS) memperluas konsep diversity dengan memanipulasi lingkungan propagasi secara dinamis melalui permukaan cerdas. Teknologi ini memungkinkan pembentukan "jalur virtual" tambahan untuk sinyal, menciptakan diversitas buatan tanpa perlu menambah antena fisik. Selain itu, integrasi kecerdasan buatan (AI) dalam pemrosesan sinyal memungkinkan sistem secara otomatis memilih kombinasi teknik diversity terbaik (misalnya, switching antara polarisasi dan sudut antena) berdasarkan kondisi saluran real-time. Pendekatan ini terutama krusial untuk sistem 6G yang beroperasi di frekuensi THz, di mana fading lebih ekstrem.
Kesimpulan
Diversity dalam sistem komunikasi radio adalah teknik yang digunakan untuk meningkatkan keandalan dan kualitas sinyal dengan mengurangi efek fading dan interferensi dengan jenis metode yang berbeda - beda. Pada setiap jenisnya, memiliki persamaan dan perbedaan. Teknik diversity banyak digunakan dalam teknologi modern seperti 4G/5G, Wi-Fi (MIMO), satelit, dan radar. Pemilihan teknik tergantung pada kebutuhan sistem, seperti efisiensi spektral, biaya, dan lingkungan propagasi sinyal. Dengan menerapkan diversity, sistem komunikasi nirkabel menjadi lebih andal, tahan gangguan, dan efisien, terutama di lingkungan dengan fading tinggi seperti area urban atau indoor.
Dalam praktiknya, sistem modern seperti 5G, Wi-Fi 6, dan LTE Advanced mengombinasikan beberapa teknik diversity (misalnya, MIMO + frequency hopping + HARQ) untuk mencapai kinerja optimal. Tantangan seperti latensi, biaya, dan kompleksitas algoritma tetap ada, tetapi solusi terkini seperti Reconfigurable Intelligent Surfaces (RIS) dan AI-based signal combining menjanjikan peningkatan lebih lanjut.
Ke depan, perkembangan teknologi seperti komunikasi THz dan 6G akan membutuhkan adaptasi teknik diversity yang lebih inovatif, termasuk pemanfaatan quantum entanglement dan intelligent beamforming. Teknik diversity terus mengalami evolusi menuju sistem yang lebih adaptif dan resilien, dengan optimalisasi berbasis AI untuk presisi yang tinggi dalam lingkungan heterogen. Dengan terus menyempurnakan pendekatan diversity, sistem komunikasi nirkabel akan semakin tangguh, efisien, dan siap menghadapi lingkungan propagasi yang dinamis.
