BAB I PENDAHULUAN
Pada sistem komunikasi nirkabel banyak sekali gangguan – gangguan yang dapat memperburuk kinerja sistem, salah satunya multipath fading. Multipath fading umumnya terjadi karena pantulan – pantulan yang disebabkan oleh benda – benda di sekitar jalur transmisi. Pantulan – pantulan ini akan menyebabkan perbedaan panjang lintasan sinyal sehingga sinyal yang diterima merupakan penjumlahan dari sinyal – sinyal tersebut. Hal ini tentu saja akan memperburuk kinerja sistem komunikasi nirkabel. Berbagai macam penelitian telah dilakukan oleh para ahli untuk mengatasi fading. Salah satu metode yang digunakan untuk mengatasi masalah fading ini adalah dengan menggunakan Teknik Diversity.
BAB II PEMBAHASAN
Diversity adalah suatu pengoperasian secara simultan, dua atau lebih sistem atau subsistem yang dipasang secara berlebihan (redundancy), dan di gunakan sebagai salah satu mekanisme untuk menjamin tercapainya equipment availability maupun path availability. Ada juga yang menjelaskan diversity adalah teknik yang memungkinkan penerimaan ganda. Adapun Sistem Komunikasi Radio yang menerapkan Teknik diversity ini, yaitu;
- Sistem Komunikasi Radio Terestrial,
- Sistem Komunikasi Satelit,
- Sistem Komunikasi Seluler,
- Sistem Trophoscatter dan lain – lain.
Adapun beberapa macam – macam jenik Diversity:
- Frequency Diversity (Diversitas Frekuensi): informasi dikirimkan dalam 2 frekuensi carrier yang terpisah cukup jauh,
- Time Diversity (Diversitas Waktu): pengiriman dengan waktu yang berbeda,
- Space Diversity (Diversitas Ruang): antena dipisahkan oleh jarak tertentu untuk memungkinkan penerima ganda
- Angle Diversity (Diversitas Sudut): dengan menggunakan sudut datang yang berbeda. Memerlukan antenna yang besar karena gain harus besar. Contoh: pada sky wave,
- Polarization Diversity (Diversitas Polarisasi): memanfaatkan pengiriman dengan 2 macam polarisasi yang saling orthogonal atau eliptis dengan beda fasa 90o .
yang umum digunakan pada Sistem Komunikasi adalah Frequency Diversity dan Space Diversity.
1. Frequency Diversity Frequency diversity (diversitas frekuensi) merupakan teknik yang membedakan frekuensi carrier (pembawa) pada saat pengiriman sinyal informasi. Transmitter memancarkan atau mengirimkan sebuah sinyal informasi ke penerima dengan frekuensi carrier berbeda – beda Dimana bagian penerima akan menerima beberapa sinyal informasi yang akan diproses dengan melakukan combining untuk mendapatkan estimasi data yang dikirimkan. Perbedaan frekuensi carrier untuk setiap sinyal yang dikirim harus lebih besar dari bandwidth kanalnya, yaitu di kisaran 2% - 5%. Hal ini dilakukan untuk memastikan bahwa antar kanal memiliki kondisi yang saling bebas.
Pada pemakaian teknik diversity ini,memiliki konsekuensi, yaitu diperlukan 2 bauh stage RF di Penerimadan 2 buah Stage RF di Pemancar. Improvement factor untuk Teknik diversitas frekuensi, adalah: If = 0,8 π₯π 10πΉ/10 π2π
Keterangan:
- Ξf : Frekuensi separation (GHz)
- F : Fade depth (dB)
- F : Carrier Frequency (GHz) = 2 ≤ f ≤ 11
- d : Hop length (km) = 30 ≤ d ≤ 70
Gambar 1 Skema Frequency Diversity
Gambar 2 Diagram blok konfigurasi diversitas
frekuensi F1 < F2 + 0,02 F2 Diversitas frekuensi memiliki keuntungan seperti: tahan terhadap frequency – selective fading, mengurangi dampak yang disebabkan interferensi, tidak membutuhkan multiple antena, dan kompatibel dengan spread spectrum dan OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) untuk meningkatkan keandalan. Diversitas frekuensi memiliki beberapa kelebihan, akan tetapi diversitas frekuensi juga memiliki beberapa kekurangan seperti: membutuhkan lebih banyak bandwidth, perlu multiple transceiver atau teknik modulasi khususnya untuk mengelola multi – frekuensi, tidak efektif untuk Broadband Fading, dan masalah sinkronisasi frekuensi dikarena penerima harus mampu mengolah beberapa frekuensi secara bersamaan, membutuhkan processing power lebih tinggi. Contoh implementasian dari diversitas frekuensi pada WiFi (OFDM), GSM dan LTE (Frequency Hopping), dan satelit dan radar.
2. Space Diversity Space diversity (diversitas ruang) adalah Teknik yang meminimalkan pada penerima (Far end) memiliki lebih dari satu antenna yang terpisah dengan jarak di kisaran 10 kali panjang gelombang. Space diversity juga biasa disebut dengan istilah antenna diversity. Karena pada penerima (far end) memiliki lebih dari satu antena, maka jika salah satu antena menerima sinyal informasi dengan lever daya rendah, diharapkan pada bagian far end tersebut masih dapat mendeteksi sinyal informasi tersebut dengan baik. Hal tersebut dikarenakan masih terdapat kemungkinan bahwa sinyal yang diterima oleh antenna yang lain menerima sinyal dengan level daya yang lebih tinggi. Semua sinyal yang diterima selanjutnya akan diproses dengan melakukan combining untuk mendapatkan estimasi data yang dikirimkan.
Space diversity mempunyai teknik dalam penggunaan antenanya, berikut tiga teknik yang digunakan dalam space diversity:
1. SIMO (Single Input Multiple Output)
2. MISO (Multiple Input Single Output)
3. MIMO (Multiple Input Multiple Output)
Konsekuensi dari teknik space diversity adalah diperlukan dua (2) atau lebih antenna penerima dan dua (2) atau lebih RF stage di Penerima. Nilai improvement Factor pada space diversity adalah: Is = 1,2 π₯ 10−3 π 2π 10(πΉ−π)/10 π Keterangan:
- s : Spasi vertical di antara kedua antenna (m) = 80 / f (GHz), di kisaran 5 m ≤ s ≤ 15 m
- f : Carrier Frequency (GHz)
- F : Fading Margin (dB)
- V : Perbedaan gain kedua antenna d : Panjang lintasan (km) = 30 ≤ d ≤ 70
Gambar 3 Skema Space Diversity
Gambar 4 Skema Space Diversity dengan Hot Standby Transmitter
Gambar 5 Diagram blok konfigurasi diversitas ruang
Disversitas ruang dapat di aplikasikan ke berbagai teknologi sebagai berikut:
- Sistem telekomunikasi seluler (4G LTE, 5G): teknik diversitas ruang digunakan untuk mengurangi dropped calls (telepon terputus) akibat multipath fading dan meningkatkan jangkauan di area yang sulit seperti gedung tinggi dan pedesaan
- Jaringan WiFi (802.11n / ac /ax): diversitas ruang digunakan untuk mengatasi dead zones (zona mati) di rumah atau di kantor dan untuk meningkatkan throughput dalam lingkungan padat seperti di kantor dan kampus
- Sistem satelit dan komunikasi global: teknik diversitas ruang digunakan untuk menghindari fading dengan jarak yang cukup untuk dua antena penerima pada satelit seperti Starlink (spaceX) menggunakan phased array antennas. Kemudian untuk komunikasi pesawat dan maritim yang antenanya dipasang di lokasi berbeda (sayap, badan pesawat / kapal) untuk menghindari fading.
- Teknologi Radio dan TV Digital: teknik diversitas ruang digunakan pada siaran TV Digital (DVB-T, ATSC) yang dimana antena penerima TV dipasang dengan spasi Ξ» / 2 untuk mengurangi multipath distortion. Pada Radio AM / FM stasiun radio menggunakan antenna array untuk meningkatkan cakupan
- Aplikasi khusus seperti radar dan keamanan: diversitas ruang digunakannya pada radar MIMO menggunakan multiple antena untuk meningkatkan resolusi deteksi obek dan pada keamana digunakan untuk mengawasi dengan sistem RFID tracking di bandara / warehouse yang memanfaatkan diversitas ruang untuk mengurangi misdeteksi. Rumus dasar jarak optimal antar antena: d ≥ Ξ» / 2(untuk lingkungan Rayleigh fading) di mana: Ξ» : panjang gelombang sinyal Ξ» = c / f c : kecepatan cahaya (3x108 m/s) f : frekuensi sinyal (Hz)
diversitas ruang memiliki keuntungan sebagai berikut:
1. Mengurangi efek multipath fading karena pantulan dari gedung, pohon, atau permukaan lain
2. Meningkatkan Signal – to – Noise Ratio (SNR) dengan menggabungkan sinyal dari semua antena dengan pembobotan optimal
3. Memperluas cakupan (coverage) dengan menggunakan beberapa antena untuk menjangkau area shadow (terhalang gedung)
4. Meningkatkan kapasitas sistem (spectral Efficiency) dengan contoh MIMO yang dimana aliran data (spatial stream) dikirim secara parale
5. Mengurangi delay spread (inter – symbol interferensi) dimana sinyal yang datang dari jalur berbeda menyebabkan ISI (inter – symbol interference). Dengan diversitas ruang, penerima bisa memilih sinyal dengan delay terkecil.
Kekurangan teknik diversitas ruang sebagai berikut:
1. Biaya implementasi yang tinggi karena membutuhkan perangkat keras yang lebih banyak
2. Masalah ruang dan desain
3. Kompleksitas pemrosesan sinyal
4. Konsumsi daya yang lebih tinggi dikarenakan penggunaan banyak antena dan RF tambahan
5. Ketergantungan pada kondisi lingkungan
6. Interferensi antar antena yang dapat menurunkan kinerja antena 3.
Time Diversity Time diversity (diversitas waktu) merupakan teknik dalam sistem komunikasi untuk meningkatkan keandalan dengan mengirimkan beberapa salinan sinyal yang sama pada time – slot atau waktu yang berbeda dan dipisah dalam waktu koheren kanal. Teknik ini sangat efisien dalam mengatasi masalah yang disebabkan oleh kanal fast fading itu sendiri. Masing – masing sinyal informasi yang diterima pada time – slot yang berbeda kemudian diproses dengan melakukan combining untuk mendapatkan estimasi data yang dikirimkan melalui saluran transmisi. Tujuannya adalah mengatasi gangguan saluran yang berubah – ubah terhadap waktu, seperti fading temporal (perubahan karakteristik saluran seiring waktu), interferensi, atau kesalahan burts (gangguan sementara yang memengaruhi beberapa bit berurutan). Prinsip utama dari diversitas waktu: jika satu transmisi gagal karena kondisi saluran buruk, transmisi berikutnya pada waktu berbeda memiliki peluang sukses lebih besar. diversitas waktu diimplementasikan pada telepon seluler (4G / 5G) yang digunakan untuk mengatasi fading akibat pergerakan pengguna, siaran TV digital yang dimana digunakanya teknik diversitas waktu untuk meminimalkan dropout sinyal, dan komunikasi satelit digunakannya teknik diversitas waktu untuk mengatasi gangguan atmosfer. Improvement factor dari time diversity:
If = 1 1−(1−ππ)π = 1 π.ππ
Keterangan:
- Pe : probabilitas error total tanpa diversity
- PeN : probabilitas error total dengan diversity
Pada time diversity memiliki keuntungan dan kekurangan sebagai berikut:
• Keuntungan
- Tahan terhadap fading sementara (misalnya di lingkungan mobile)
- Mengurangi dampak kesalahan burst (misalnya gangguan sesaat pada saluran)
- Tidak memerlukan banyak antena (berbeda dengan space diversity)
• Kekurangan
- Menambah latency (karena pengulangan atau jeda waktu)
- Mengurangi efisiensi spektrum jika redundansi terlalu tinggi
4. Angle Diversity Angle diversity (diversitas sudut)
merupakan teknik dalam sistem komunikasi nirkabel yang memanfaatkan perbedaan arah (angle of arrival atau angle of departure) untuk mengurangi fading dan meningkatkan kualitas sinyal. Teknik ini bekerja dengan cara menerima sinyal dari berbagai arah yang berbeda menggunakan beberapa antena dengan pola radiasi yang diarahkan ke sudut tertentu. Dengan demikian, jika satu jalur mengalami fading atau interferensi, sinyal sudut lain masih dapat diterima dengan baik. Tujuan dari angle diversity yaitu, mengurangi efek fading multipath (gangguan akibat pantulan sinyal), meningkatkan signal – to – noise ratio (SNR), dan memitigasi shadowing (halangan fisik ) dan interferensi. Teknik ini umumnya digunakan dalam sistem Multi Input Multi Output (MIMO)untuk mengurangi efek fading dan interferensi. Contoh aplikasi dari angle diversity seperti: infrared (IR) Communication yang dimana receiver dengan multiple detector menghadap sudut berbeda untuk menangkap sinyal optik non – LOS, dan WiFi / 5G yang dimana antena array dengan pola radiasi beragam untuk cakupan luas. Adapun beberapa jenis – jenis dari angle diversity sebagai berikut:
1. Non – Imaging Angle Diversity Mengggunakan multiple detector (misalnya fotodioda) dengan orientasi berbeda tanpa lensa pencitraan. Contoh:
a. Convensional Angle Diversity Receiver (CDR): setiap detector
memiliki filter dan konsentrator terpisah.
b. Sectored Angle Diversity Receiver (SDR): detector tersebar dalam
sektor – sektor hemisphere
2. Imaging Angle Diversity Menggunakan optic pencitraan (seperti lensa) dan array fotodetektor untuk focus sinyal dari arah tertentu. Lebih komplek tetapi efisien untuk VLC (Visible Light Communication) Angle diversity memiliki keuntungan sebagai berikut:
1. Reduksi multipath fading: sinyal dari sudut berbeda mengalami fading independent
2. Peningkatan cakupan: mengatasi blind spot akibat halangan
3. Adaptif terhadap lingkungan: efektif di indoor (contoh: WiFi, VLC) dan outdoor (contoh: LoRaWAN) 5.
Polarization Diversity Polarization diversity (diversitas polarisasi) merupakan teknik sistem dalam komunikasi nirkabel yang memanfaatkan perbedaan arah polarisasi gelombang elektromagnetik untuk meningkatkan kinerja sistem, kualitas, dan keandalan sinyal. Polarization diversity adalah teknik yang memanfaatkan pengiriman sinyal dengan dua macam polarisasi yang saling orthogonal (tegak lurus) atau eliptis dengan beda fasa 90o . Teknik tersebut mengurangi efek fading dan interferensi dengan mengirim atau menerima sinyal pada polarisasi yang berbeda, misalnya vertikal dan horizontal. Teknik ini bekerja berdasarkan prinsip bahwa sinyal dengan polarisasi berbeda memiliki peluang kecil untuk mengalami fading secara bersamaan.
Teknik ini memungkinkan penerimaan ganda dengan memanfaatkan karakteristik bahwa gelombang elektromagnetik dengan polarisasi berbeda cenderung tidak terpengaruh oleh gangguan yang sama secara simultan. Antena dengan polarisasi tidak linier (sirkular dan eliptik) akan memiliki diversitas polarisasi yang lebih baik karena mampu menerima gelombang elektromagnetik dari berbagai polarisasi. Keuntungan utama diversitas polarisasi termasuk:
1. Peningkatan keandalan sistem komunikasi
2. Pengurangan efek fading multipath
3. Peningkatan efisiensi spectral
4. Tidak memerlukan penambahan antenna secara fisik seperti pada diversitas ruang.
Diversitas polarisasi digunakan pada salah satu sistem komunikasi, yaitu pada sistem antena MIMO (Multiple Input Multiple Output). Pada sistem antena MIMO, diversitas polarisasi memainkan peran kritis, sistem antena MIMO mensyaratkan nilai mutual coupling dan korelasi yang rendah agar antar elemen tidak saling mempengaruhi. Beberapa temuan penting tentang aplikasi diversitas polarisasi dalam MIMO:
• Nilai efisiensi spectral terbesar dicapai saat susunan polarisasi copolarization berkorelasi rendah dengan nilai terendah 53 bps/Hz
• Penyusunan polarisasi berpengaruh signifikan pada nilai efisiensi spectral
• Antena MIMO yang diuji – cobakan dengan elemen menunjukan performa baik,baik untuk jenis polarisasi co – polarized maupun cross - polarized
BAB III PENUTUP
Kesimpulan Teknik diversitas adalah Solusi kritis dalam komunikasi nirkabel modern untuk mengatasi tantangan fading dan interferensi. Setiap teknik memiliki trade - - off antar kinerja, biaya dan kompleksitas. Implementasinya sangat bergantung pada aplikasi spesifik, seperti jaringan seluler, satelit, atau sistem (WiFi). Dengan perkembangan teknologi seperti jaringan MIMO dan OFDM, diversitas terus menjadi tulang punggung untuk mencapai konektivitas yang andal di era 5G dan IoT.
DAFTAR PUSTAKA
https://www.scribd.com/presentation/422349102/Teknik-Diversity https://en.wikipedia.org/wiki/Diversity_scheme
BIODATA
