Abstrak
Dalam sistem komunikasi radio modern, kestabilan dan keandalan transmisi sinyal sangat penting, terutama menghadapi tantangan seperti fading dan interferensi. Salah satu pendekatan teknis untuk mengatasi masalah ini adalah penggunaan teknik diversity, yaitu pengiriman sinyal melalui lebih dari satu jalur atau cara yang berbeda untuk meningkatkan peluang sinyal diterima dengan baik. Artikel ini membahas lima jenis teknik diversity yang umum digunakan: frequency diversity, space diversity, angle diversity, time diversity, dan polarization diversity. Masing-masing teknik memiliki prinsip kerja dan implementasi yang berbeda, namun tujuannya sama yaitu menjaga kualitas komunikasi. Selain itu, artikel juga menyoroti bagaimana teknik-teknik ini dapat meningkatkan availability, yaitu ketersediaan dan keandalan layanan komunikasi dalam berbagai kondisi lingkungan. Dilengkapi dengan contoh penerapan nyata dan penjelasan cara kerja yang sederhana, artikel ini memberikan gambaran menyeluruh tentang peran penting diversity dalam dunia komunikasi radio.
Pendahuluan
Di era digital saat ini, komunikasi radio menjadi tulang punggung utama dalam penyampaian informasi, baik untuk kebutuhan personal, industri, maupun pertahanan. Namun, komunikasi radio menghadapi berbagai tantangan teknis yang dapat mengganggu kualitas dan kontinuitas layanan. Salah satu masalah terbesar yang dihadapi adalah fenomena fading, yaitu variasi kekuatan sinyal yang diterima akibat efek multipath atau perubahan lingkungan propagasi. Untuk mengatasi hal tersebut, teknologi komunikasi telah mengembangkan berbagai pendekatan teknis yang dikenal dengan istilah 'diversity'. Diversity dalam konteks komunikasi radio merujuk pada penggunaan berbagai teknik untuk mengirimkan informasi melalui jalur yang berbeda, sehingga meningkatkan kemungkinan bahwa setidaknya satu jalur akan memberikan sinyal yang dapat diterima dengan baik. Konsep ini dapat diibaratkan seperti menyebar risiko—jika satu jalur mengalami gangguan, masih ada jalur lain yang dapat mempertahankan kualitas komunikasi.
Berbagai Teknik Diversity dalam Komunikasi Radio Penerapan
Dalam dunia komunikasi radio, teknik diversity menjadi salah satu pendekatan penting untuk meningkatkan keandalan dan kualitas transmisi sinyal. Teknik ini bekerja dengan mengurangi efek multipath fading dan interferensi, yang umum terjadi dalam sistem komunikasi nirkabel seperti komunikasi gelombang mikro dan jaringan seluler. Berbagai jenis diversity digunakan, termasuk frequency diversity, time diversity, space diversity, angle diversity, dan polarization diversity.
Pengertian Diversity
Diversity adalah teknik yang digunakan dalam sistem komunikasi dengan cara mengoperasikan dua atau lebih perangkat atau sistem secara bersamaan. Artinya, sistem dibuat dengan cadangan (redundansi) agar jika satu bagian mengalami gangguan, bagian lainnya tetap bisa bekerja. Tujuan utama dari teknik ini adalah untuk meningkatkan ketersediaan perangkat (equipment availability) dan ketersediaan jalur komunikasi (path availability).
Hampir semua sistem komunikasi radio modern menerapkan teknik diversity untuk memastikan sinyal tetap dapat diterima dengan baik walaupun ada gangguan.
Sistem Komunikasi Radio yang Menggunakan Teknik Diversity
Teknik diversity digunakan dalam berbagai sistem komunikasi radio, antara lain:
- Sistem Komunikasi Radio Terestorial (darat)
- Sistem Komunikasi Satelit
- Sistem Komunikasi Seluler
- Sistem Trophoscatter (komunikasi menggunakan hamburan gelombang di lapisan atmosfer)
- Dan sistem lainnya yang memerlukan keandalan tinggi dalam pengiriman data
Jenis - Jenis Diversity
Ada beberapa jenis diversity yang digunakan untuk mengatasi gangguan dalam komunikasi, yaitu:
- Frequency Diversity (Keanekaragaman Frekuensi):
- Time Diversity (Keanekaragaman Waktu):
- Space Diversity (Keanekaragaman Lokasi):
- Angle Diversity (Keanekaragaman Sudut):
- Polarization Diversity (Keanekaragaman Polarisasi):
1. Frequency Diversity
Frequency Diversity adalah salah satu teknik diversity dalam sistem komunikasi radio yang bertujuan untuk mengurangi kemungkinan hilangnya sinyal akibat gangguan seperti fading. Teknik ini dilakukan dengan mengirimkan sinyal informasi yang sama melalui dua atau lebih frekuensi carrier (pembawa gelombang) yang berbeda. Gangguan seperti selective fading bisa terjadi hanya pada satu frekuensi, sehingga dengan adanya jalur frekuensi lain, data masih bisa diterima dengan benar melalui frekuensi yang tidak terganggu.
Cara Kerja Frequency Diversity
- Pemancar (Transmitter):
- Mengirimkan sinyal informasi yang sama secara simultan pada dua frekuensi carrier yang berbeda.
- Frekuensi-frekuensi ini harus cukup berjauhan agar gangguan pada satu frekuensi tidak mempengaruhi frekuensi lainnya.
- Penerima (Receiver):
- Menerima semua saluran sinyal dari frekuensi-frekuensi tersebut.
- Menggunakan teknik combining (penggabungan sinyal) untuk menghasilkan versi sinyal yang paling bersih atau kuat.
- Jika salah satu frekuensi mengalami fading dalam, sinyal dari frekuensi lain tetap bisa digunakan.
Rumus :
2.Space Divercity
Space Diversity adalah teknik untuk meningkatkan kualitas penerimaan sinyal radio dengan menggunakan lebih dari satu antena penerima yang dipasang terpisah secara fisik, biasanya dalam jarak tertentu. Karena sinyal radio bisa terpengaruh oleh fading (pelemahan sinyal akibat pantulan dan interferensi), maka jika satu antena menerima sinyal yang lemah, antena lainnya berpeluang menerima sinyal yang lebih kuat.
Cara Kerja:
⦁ Dua atau lebih antena ditempatkan pada jarak tertentu satu sama lain.
⦁ Sinyal yang datang bisa mengalami perbedaan jalur propagasi karena pantulan dan hamburan.
⦁ Setiap antena bisa menerima sinyal dengan kekuatan berbeda karena efek multipath.
⦁ Sistem akan memilih sinyal terbaik dari salah satu antena, atau menggabungkan keduanya secara adaptif.
Rumus
GAMBAR Skema Space Diversity
GAMBAR Skema Space Diversity dengan Hot Standby Transmitter
Implementasi Space Diversity
Ketika kita menggunakan dua atau lebih antena untuk menerima sinyal dalam teknik Space Diversity, sistem perlu memutuskan bagaimana cara memilih atau menggabungkan sinyal-sinyal yang diterima dari masing-masing antena. Nah, di sinilah muncul tiga metode utama dalam implementasi Space Diversity:
⦁ Selection Combining (SC)
Metode paling sederhana dalam implementasi Space Diversity.
Cara kerja:
⦁ Sistem memantau kekuatan sinyal (signal strength) dari masing-masing antena.
⦁ Lalu memilih satu sinyal terbaik (paling kuat) untuk digunakan.
⦁ Sinyal dari antena lain diabaikan.
2. Maximal Ratio Combining (MRC)
Metode paling optimal dan canggih.
Cara kerja:
⦁ Semua sinyal dari antena yang berbeda dikombinasikan secara bersamaan.
⦁ Setiap sinyal diberikan bobot (weight) berdasarkan kekuatan dan kualitas sinyalnya.
⦁ Hasilnya adalah sinyal gabungan yang memiliki SNR (Signal-to-Noise Ratio) paling tinggi.
3. Equal Gain Combining (EGC)
Kompromi antara SC dan MRC.
Cara kerja:
⦁ Semua sinyal dari antena berbeda digabungkan secara langsung.
⦁ Tidak menggunakan bobot seperti MRC.
⦁ Namun tetap mempertahankan fase sinyal agar bisa ditambahkan secara konstruktif.
Contoh Praktis:
Misalnya dalam jaringan microwave:
⦁ Ada dua antena penerima yang menerima sinyal dari satu pemancar.
⦁ Antena A menerima sinyal dengan daya -70 dBm.
⦁ Antena B menerima sinyal dengan daya -60 dBm.
Jika menggunakan:
⦁ SC: sistem pilih sinyal dari Antena B.
⦁ EGC: sistem gabungkan A + B, tapi tanpa bobot.
⦁ MRC: sistem gabungkan A + B dengan penekanan lebih ke sinyal dari Antena B (karena lebih kuat).
3. Angle Diversity (Keanekaragaman Sudut)
Angle Diversity adalah teknik untuk meningkatkan kualitas sinyal radio dengan menggunakan dua atau lebih antena yang mengarah ke sudut atau arah yang berbeda. Tujuan dari metode ini adalah untuk menerima sinyal dari berbagai arah datang (angle of arrival), sehingga mengurangi efek gangguan seperti multipath fading dan interferensi. Dalam lingkungan seperti kota (urban) atau dalam ruangan (indoor), sinyal radio sering memantul dari bangunan, dinding, atau objek lain. Akibatnya, sinyal bisa sampai ke penerima melalui berbagai jalur dengan arah yang berbeda dan menyebabkan interferensi (disebut multipath fading). Dengan menggunakan Angle Diversity, sistem bisa memilih arah sinyal terbaik yang kualitasnya paling tinggi dan paling bersih dari gangguan.
Cara Kerja Angle Diverensity :
⦁ Digunakan beberapa antena yang memiliki arah (sudut) orientasi berbeda.
⦁ Setiap antena akan menerima sinyal dari arah tertentu.
⦁ Sistem akan membandingkan kualitas sinyal yang diterima dari tiap arah (misalnya berdasarkan SNR atau kekuatan sinyal).
⦁ Lalu, sistem akan Memilih sinyal terbaik (Selection combining), atau Menggabungkan beberapa sinyal dari arah berbeda (Combining techniques), tergantung jenis implementasi.
Contoh Penggunaan Nyata
⦁ Wi-Fi Modern (802.11ac / 802.11ax): Menggunakan teknik beamforming dan antena cerdas (smart antenna) yang mengarahkan sinyal ke perangkat secara dinamis.
⦁ Sistem Radar dan Sensor: Memanfaatkan perbedaan sudut pantulan untuk mendeteksi dan melacak objek dari berbagai arah.
⦁ Komunikasi Dalam Gedung (Indoor Communications): Di ruangan dengan banyak pantulan, antena dengan orientasi berbeda akan menangkap sinyal dari berbagai jalur, dan sistem akan memilih sinyal paling kuat.
Implementasi Angle Diversity
cara penerapan teknik keanekaragaman sudut dalam sistem komunikasi radio. Dalam praktiknya, ini melibatkan penggunaan dua atau lebih antena yang diarahkan ke sudut berbeda, dan sistem akan memilih atau menggabungkan sinyal yang diterima berdasarkan kualitas dari masing-masing arah.
1. Selection Combining (Pemilihan Sinyal Terbaik)
⦁ Sistem hanya memilih satu sinyal dengan kualitas terbaik dari salah satu antena.
⦁ Sinyal lain dari arah berbeda akan diabaikan.
⦁ Kelebihan: sederhana, murah, cepat.
⦁ Kekurangan: tidak memanfaatkan informasi dari semua sinyal.
2. Maximum Ratio Combining (Penggabungan Proporsional)
⦁ Sinyal dari semua arah (antena) digabungkan secara cerdas.
⦁ Setiap sinyal diberikan bobot berdasarkan kualitasnya (misalnya SNR).
⦁ Kombinasi ini menghasilkan sinyal hasil yang lebih kuat dan stabil.
⦁ Digunakan dalam sistem yang lebih kompleks seperti MIMO dan radar adaptif.
4. Time Diversity (Keanekaragaman Waktu)
Time Diversity adalah teknik dalam sistem komunikasi radio yang dilakukan dengan mengirimkan ulang data pada waktu yang berbeda. Tujuan utama dari teknik ini adalah untuk menghindari gangguan sementara (fading) yang bisa menyebabkan sinyal tidak sampai atau rusak saat diterima. Bayangkan Anda sedang menonton siaran TV digital, lalu tiba-tiba gambarnya patah-patah karena hujan atau gangguan sesaat. Nah, kalau sistemnya memakai time diversity, data video yang terganggu itu sebenarnya juga dikirim ulang di waktu yang berbeda, sehingga receiver tetap bisa menampilkan tayangan dengan lancar. Dalam komunikasi nirkabel, kondisi udara dan lingkungan bisa berubah-ubah dengan cepat. Bisa jadi pada satu waktu sinyal sangat lemah karena:
1.Refleksi dari gedung,
2.Hamburan karena hujan,
3.Atau pergerakan pengguna (misalnya naik mobil).
Tapi beberapa detik kemudian, sinyal bisa kembali normal. Maka dari itu, mengandalkan satu waktu pengiriman saja itu berisiko. Dengan mengirim ulang sinyal di waktu yang berbeda, kemungkinan besar salah satu sinyal akan diterima dengan lebih baik.
Time Diversity biasanya diterapkan dengan cara:
⦁ Pengulangan data (retransmission) – Jika sinyal gagal diterima, sistem akan secara otomatis mengirim ulang data yang sama.
⦁ Interleaving – Data dibagi dan dikirim secara acak dalam blok waktu yang berbeda, agar jika terjadi gangguan, tidak semua data hilang sekaligus.
⦁ Pengkodean koreksi kesalahan (Error Correction Coding) – Data tambahan ditambahkan agar sistem bisa memperbaiki kesalahan saat data rusak diterima.
Keuntungan Time Diversity:
⦁ Mengurangi kegagalan pengiriman data karena gangguan sesaat.
⦁ Menambah keandalan sistem komunikasi, apalagi di kondisi lingkungan yang berubah cepat.
⦁ Tidak butuh antena tambahan seperti space diversity.
Contoh Sederhana
Bayangkan Anda sedang mengirim pesan suara lewat WhatsApp, tapi sinyal internet sedang buruk. Saat pertama kali dikirim, mungkin gagal. Tapi WhatsApp akan otomatis mengirim ulang pesan tersebut beberapa saat kemudian. Ketika sinyal membaik, pesan pun akhirnya sampai. Itulah contoh sederhana dari Time Diversity dalam kehidupan sehari-hari.
Implementasi di Dunia Nyata
Beberapa contoh nyata dari penggunaan Time Diversity antara lain:
1. Jaringan Seluler (4G dan 5G)
⦁ Menggunakan Hybrid ARQ (HARQ), yaitu gabungan teknik pengulangan dan koreksi kesalahan.
⦁ Sangat berguna saat ponsel berpindah dari satu sel ke sel lain, atau ketika sinyal lemah.
2. TV Digital (DVB-T, DVB-T2)
Siaran TV digital menggunakan interleaving dan FEC untuk memastikan tayangan tetap stabil meski ada gangguan sesaat.
3. Wi-Fi
Jika data dari router ke perangkat tidak sampai, sistem akan secara otomatis mengulang pengiriman.
4. Aplikasi Chat dan Transfer File
WhatsApp, email, dan layanan cloud secara otomatis mencoba ulang pengiriman jika koneksi buruk.
5. Polarization Diversity (Keanekaragaman Polarisasi)
Polarization Diversity adalah sebuah teknik dalam sistem komunikasi radio yang memanfaatkan perbedaan arah polarisasi dari sinyal untuk mengatasi gangguan atau pelemahan sinyal (fading).
Sinyal radio adalah gelombang elektromagnetik, yang terdiri dari medan listrik dan medan magnet. Arah getar medan listrik inilah yang disebut sebagai polarisasi. Dalam praktiknya, polarisasi bisa berbentuk:
⦁ Horizontal → arah medan listrik sejajar dengan permukaan tanah
⦁ Vertikal → arah medan listrik tegak lurus terhadap permukaan tanah
⦁ Sirkular → arah getar berputar membentuk lingkaran (kanan atau kiri)
Ketika sinyal dikirim lewat udara, bisa saja terjadi pantulan dari gedung, pepohonan, tanah, dan sebagainya. Proses pantulan ini bisa mengubah arah polarisasi sinyal, sehingga ketika sampai di penerima, sinyal bisa menjadi sangat lemah atau bahkan hilang kalau polarisasinya sudah tidak sesuai dengan antena penerima. Nah, di sinilah Polarization Diversity bekerja. Sistem ini menggunakan dua antena (atau satu antena ganda) dengan polarisasi yang berbeda. Jadi, jika satu antena tidak bisa menangkap sinyal karena polarisasinya berubah, antena lainnya masih punya peluang untuk menangkapnya.
Cara Kerja :
Dalam sistem komunikasi radio, sinyal dikirimkan lewat udara menggunakan gelombang elektromagnetik. Gelombang ini memiliki arah getar yang disebut polarisasi. Nah, dalam teknik Polarization Diversity, sinyal yang sama dikirimkan dengan dua arah polarisasi yang berbeda—biasanya horizontal dan vertikal. Saat sinyal bergerak di udara, bisa saja mengalami berbagai gangguan seperti pantulan dari bangunan, hamburan oleh hujan, atau perubahan arah karena melewati berbagai rintangan. Gangguan-gangguan ini dapat menyebabkan polarisasi sinyal berubah atau bahkan membuat sinyal menjadi lemah pada salah satu arah polarisasi. Kalau sistem hanya menggunakan satu jenis polarisasi, sinyal bisa jadi tidak tertangkap dengan baik. Di sinilah Polarization Diversity membantu. Sistem penerima dilengkapi dengan dua antena atau satu antena ganda yang bisa menangkap sinyal dengan dua arah polarisasi tadi. Ketika sinyal sampai di penerima, sistem akan memeriksa kedua sinyal—sinyal yang datang dengan polarisasi horizontal dan yang datang dengan polarisasi vertikal. Jika salah satu sinyal lebih kuat dan jelas, maka sinyal itu yang digunakan. Bisa juga sistem menggabungkan keduanya untuk mendapatkan hasil yang lebih baik. Dengan begitu, walaupun ada gangguan atau perubahan arah sinyal di tengah perjalanan, penerima masih punya peluang besar untuk menerima informasi dengan baik dan utuh. Teknik ini sangat berguna, terutama dalam komunikasi satelit, microwave terrestrial, dan jaringan seluler modern seperti 4G dan 5G yang sangat mengandalkan kestabilan sinyal.
Contoh Implementasi :
⦁ Sistem Satelit
Dalam komunikasi satelit, biasanya digunakan polarisasi silang (cross-polarization). Satu kanal memakai polarisasi horizontal, dan kanal lain vertikal. Hal ini untuk mengurangi interferensi antar kanal dan meningkatkan jumlah data yang bisa dikirim.
⦁ Jaringan Microwave Terestrial
Banyak sistem microwave darat yang memakai dua antena dengan polarisasi berbeda untuk menjaga kestabilan sinyal, terutama pada kondisi cuaca ekstrem.
⦁ Jaringan LTE dan 5G
Dalam teknologi jaringan seluler modern, antena base station menggunakan dua atau lebih jalur dengan polarisasi berbeda. Ini dilakukan untuk mendukung teknologi MIMO (Multiple Input Multiple Output) yang memungkinkan pengiriman banyak data secara bersamaan.
⦁ Sistem Wi-Fi dan Radar
Beberapa sistem Wi-Fi yang canggih, serta radar, memanfaatkan polarisasi untuk meningkatkan ketepatan dan jangkauan penerimaan.
Misalnya, dalam komunikasi antara dua menara microwave, sinyal dikirim dengan dua polarisasi: horizontal dan vertikal. Jika cuaca buruk menyebabkan sinyal horizontal melemah, sistem tetap bisa mendapatkan sinyal yang baik dari polarisasi vertikal.
Gambar Polarization Diversity
blok diagram sistem pengukuran OSNR (Optical Signal-to-Noise Ratio) dengan penggunaan Polarization Diversity, Dalam komunikasi optik, sinyal cahaya bisa datang dengan arah getar (polarisasi) yang berbeda-beda. Kadang, karena pantulan atau hamburan, sinyal ini bisa berubah dan membuat kualitas sinyal menurun. Untuk mengatasi hal ini, digunakan teknik Polarization Diversity, yang artinya sistem akan memanfaatkan dua arah polarisasi berbeda dari sinyal cahaya untuk menjaga kualitas sinyal tetap baik.
Pada gambar, bisa dilihat beberapa bagian penting yang saling terhubung:
⦁ Tunable Filter Ini adalah alat yang memilih sinyal optik dengan panjang gelombang tertentu. Ibaratnya seperti penyaring, agar hanya sinyal yang diinginkan saja yang diteruskan ke bagian berikutnya.
⦁ Polarization Controller Alat ini berfungsi mengatur arah polarisasi sinyal. Fungsinya seperti mengatur sudut sinyal agar bisa dipisah dengan baik di tahap berikutnya.
⦁ PBS (Polarizing Beam Splitter) PBS memisahkan sinyal cahaya ke dua jalur berdasarkan arah polarisasinya. Jadi satu sinyal masuk, lalu dipisah jadi dua: satu jalur untuk polarisasi horizontal, satu lagi untuk vertikal.
⦁ Photodetector (PD) Di sinilah sinyal cahaya diubah menjadi sinyal listrik agar bisa dianalisis. Ada beberapa PD yang masing-masing bertugas mengukur daya sinyal dari dua arah polarisasi tadi, serta satu PD lagi yang mengukur total daya.
⦁ Noise Measurement dan OSNR Calculation Setelah sinyal dan noise diukur, sistem menghitung seberapa besar rasio sinyal terhadap noise (gangguan). Nilai ini disebut OSNR (Optical Signal-to-Noise Ratio). Nilai OSNR sangat penting untuk mengetahui apakah sinyal itu masih bagus atau sudah terganggu.
⦁ DSP (Digital Signal Processing) Setelah semua proses selesai, sinyal masuk ke tahap pemrosesan digital. Di sinilah sinyal diperkuat, dibersihkan, atau diubah untuk siap digunakan.
Dengan memisahkan dan membaca dua arah polarisasi sinyal, sistem bisa memilih sinyal terbaik. Jadi kalau satu jalur mengalami gangguan, jalur lainnya bisa tetap digunakan. Inilah yang membuat komunikasi tetap stabil dan sinyal tetap bisa diterima dengan baik meskipun kondisi tidak ideal.
Kesimpulan
Dalam sistem komunikasi radio, gangguan seperti fading sering kali menjadi hambatan dalam menjaga kestabilan dan keandalan sinyal. Untuk mengatasi permasalahan ini, digunakan berbagai teknik diversity yang bekerja dengan prinsip memperbanyak jalur atau cara agar sinyal tetap bisa diterima dengan baik, meskipun sebagian jalur mengalami gangguan. Setiap jenis diversity memiliki keunggulannya masing-masing. Frequency diversity memanfaatkan perbedaan frekuensi untuk menghindari gangguan selektif. Space diversity menggunakan beberapa antena yang dipasang terpisah untuk menerima sinyal dari berbagai sudut. Angle diversity mencari arah terbaik datangnya sinyal untuk menghindari interferensi. Time diversity mengandalkan pengiriman ulang data di waktu berbeda agar tetap dapat diterima meskipun terjadi gangguan sesaat. Sementara itu, polarization diversity mengandalkan arah getar sinyal yang berbeda agar tetap tertangkap meskipun mengalami perubahan polarisasi. Penerapan teknik-teknik ini sangat penting dalam berbagai sistem modern seperti jaringan seluler, komunikasi satelit, televisi digital, hingga Wi-Fi. Dengan menggabungkan berbagai pendekatan tersebut, sistem komunikasi menjadi jauh lebih handal dan mampu beradaptasi terhadap kondisi lingkungan yang berubah-ubah.
REFERENSI
T. S. Rappaport, Wireless Communications: Principles and Practice, 2nd ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2002.
A. Goldsmith, Wireless Communications. New York, NY: Cambridge University Press, 2005.
S. Haykin and M. Moher, Modern Wireless Communications. Upper Saddle River, NJ: Pearson Education, 2005.
A. F. Molisch, Wireless Communications, 2nd ed. Hoboken, NJ: Wiley-IEEE Press, 2012.
W. Stallings, Wireless Communications and Networks, 2nd ed. Upper Saddle River, NJ: Pearson Education, 2005.
S. Suyanto, Jaringan Komunikasi Nirkabel, Yogyakarta: Andi, 2015.
H. Sutanto, Komunikasi Radio dan Sistem Telekomunikasi, Bandung: Penerbit ITB, 2010.
