Konsep dasar dari diversity adalah menyediakan beberapa jalur independen yang tidak berkorelasi untuk mengirimkan atau menerima sinyal, sehingga memperbesar kemungkinan bahwa setidaknya satu jalur dapat memberikan sinyal dengan kualitas yang dapat diterima. Dalam tugas kali ini akan membahas secara mendalam berbagai bentuk diversity yang digunakan dalam sistem komunikasi nirkabel modern: frekuensi diversity, time diversity, space diversity, angle diversity, dan polarization diversity.
1. Konsep Umum Diversity
Diversity merupakan teknik mitigasi fading yang dirancang untuk meningkatkan reliabilitas (reliabilitas adalah ukuran sejauh mana proses penerimaan sinyal dapat diandalkan atau konsisten dalam menyampaikan data tanpa kesalahan atau gangguan.) penerimaan sinyal. Dalam praktiknya, diversity mengeksploitasi sifat statistik kanal yang berubah-ubah untuk menghindari kegagalan komunikasi yang diakibatkan oleh korelasi tinggi antara sinyal. Setiap teknik diversity memanfaatkan domain fisik atau waktu yang berbeda, memastikan bahwa gangguan pada satu jalur tidak secara otomatis mengganggu jalur lainnya. Efektivitas teknik diversity sangat tergantung pada independensi jalur-jalur transmisi. Semakin tidak berkorelasi antarjalur, semakin tinggi gain diversity yang dapat diperoleh.
2. Frekuensi Diversity
a. Definisi dan Dasar Teori Frekuensi diversity merujuk pada transmisi sinyal yang sama melalui dua atau lebih frekuensi yang terpisah. Dalam kanal nirkabel, karakteristik frekuensi selektif menyebabkan beberapa frekuensi mengalami pelemahan yang parah (deep fade), sementara yang lainnya tetap kuat. Dengan mengalokasikan sinyal pada frekuensi yang berbeda secara simultan atau berurutan, kemungkinan bahwa seluruh sinyal akan terpengaruh oleh fading pada saat yang sama akan jauh berkurang. b. Prinsip Kerja & Tujuan Utama Independen Fading Jika dua saluran frekuensi dipisahkan lebih dari coherence bandwidth-kanal, maka masing-masing akan mengalami fading secara berbeda. Ketika satu mengalami "deep fade", sinyal pada frekuensi lain kemungkinan masih dapat diterima dengan baik. Peningkatan Keandalan& Kualitas - Saat sinyal pada satu frekuensi melemah, saluran lain dapat mengambil alih untuk menjagaintegritas data. - Tidak memerlukan banyak hardware tambahan—cukup pemrosesan sinyal di domain frekuensi (misalnya melalui equalizer atau OFDM), sehingga cocok untuk sistem CDMA, OFDM (Wi-Fi, LTE, 5G), dsb. Pengimplementasian Umum - Frequency hopping: algoritma berpindah-pindah antara frekuensi (misalnya GSM). - Multi-channel OFDM: sinyal dibagi di banyak subcarrier yang tersebar pada spektrum lebar (seperti pada OFDMA di 4G/5G). - Carrier Aggregation (CA): pemecahan spektrum menjadi beberapa carrier dan digabungkan kembali di receiver, selain untuk kecepatan juga bermanfaat sebagai frequency diversity. c. Implementasi & Teknik Modern OFDM & Equalization OFDM membagi spektrum menjadi banyak sub-carrier frekuensi. Ketika satu subcarrier mengalami fading, sub-carrier lainnya bisa digunakan. Equalizer domain frekuensi seperti LMS atau DFE mengelola ISI dan fading dalam tiap sub-band. CDD – Cyclic Delay Diversity CDD adalah metode untuk menghasilkan diversity frekuensi dari multiple transmit antenna dengan menunda sinyal di domain waktu (mode delay) dan memetakannya dalam domain frekuensi via OFDM, tanpa mempengaruhi desain receiver SISO. d. Kelebihan dan Keterbatasan Kelebihan: • Tahan terhadap fading selektif. • Cocok untuk kanal multipath dengan delay spread yang besar. Keterbatasan: • Membutuhkan spektrum lebih lebar. • Kompleksitas receiver meningkat.
3. Time Diversity
a. Definisi dan Teori Dasar Time diversity adalah teknik pengiriman sinyal yang sama pada waktu yang berbeda. Karena kanal bersifat time-variant (karakteristik kanal (saluran komunikasi) yang berubah terhadap waktu), kondisi kanal yang buruk pada suatu waktu kemungkinan tidak akan bertahan lama. Time diversity mengandalkan perubahan kanal secara temporal agar replikasi sinyal tidak mengalami degradasi secara bersamaan. b. Prinsip Kerja & Tujuan Utama Interval ≥ coherence time (Tc) Agar salinan sinyal mengalami fading yang berbeda (independen), jeda waktu antar pengiriman harus lebih lama dari coherence time, yakni periode di mana kanal dipandang "static" Mekanisme Implementasi • Repetition coding: Mengirim ulang simbol atau paket identik setelah interval yang cukup. • Interleaving + FEC: Menyebar bit secara acak dan menambahkan kode koreksi (Forward Error Correction) sehingga error burst dapat diperbaiki walau terjadi secara temporer Tujuan Utama Mengatasi time-selective fast fading, di mana sinyal terdegradasi karena pergerakan cepat pengguna atau objek sekitar. c. Implementasi Teknik • Repetition Coding: Sinyal diulang pada interval tertentu. • Error Correction Coding dengan Interleaving: Data dikodekan dan disebarkan dalam waktu sehingga burst error dapat diperbaiki. • ARQ (Automatic Repeat Request): Sistem meminta retransmisi saat mendeteksi kesalahan. d. Kelebihan dan Keterbatasan Kelebihan: • Mengurangi efek fading temporal. • Cocok untuk perangkat bergerak dengan kecepatan tinggi. Keterbatasan: • Latensi lebih tinggi. • Perlu buffer memadai dan pengaturan waktu kompleks.
4. Space Diversity (Antenna Diversity)
a. Definisi dan Teori Dasar Space Diversity adalah teknik di mana dua atau lebih antena digunakan, umumnya secara fisik dipisah, untuk menerima atau mengirimkan sinyal identik. Tujuannya adalah memanfaatkan kondisi kanal yang berbeda antara lokasi antenna apabila satu mengalami deep fade, antena lain kemungkinan masih menerima sinyal baik. Space diversity melibatkan penggunaan beberapa antena yang diposisikan terpisah secara spasial, biasanya pada jarak seperempat hingga separuh panjang gelombang. Karena jalur multipath antara antena tidak identik, kemungkinan semua antena mengalami deep fade secara bersamaan sangat kecil. b. Prinsip Kerja & Tujuan Utama 1. Kanal Independensi Pisahkan antena setidaknya sekitar 0,5Ξ» sampai 0,8Ξ» agar kanal masing-masing cukup tidak berkorelasi. 2. Mengurangi Multipath Fading Sinyal yang dipantulkan dapat saling menguatkan atau mengurangi. Antena terpisah menangkap versi berbeda, sehingga secara kolektif meningkatkan kualitas. 3. Keandalan Tinggi tanpa Biaya Tambahan Spektrum Berbeda dari frequency/time diversity, space diversity tidak memerlukan bandwidth atau waktu ekstra—cukup hardware seperti antena dan pemrosesan sinyal. c. Implementasi Wireless microphone — receiver beralih otomatis antar antena untuk menghindari dropout. Mobile BTS & Wi-Fi/router — antena ganda meminimalisasi dead‐zone dan meningkatkan kecepatan rata-rata. Backhaul wireless — Ceragon melaporkan peningkatan +6 dB pada Rx diversity dan +3 dB pada Tx diversity pada sistem 6–7 GHz dengan jarak puluhan kilometer. d. Kelebihan dan Kekurangan Kelebihan: • Meningkatkan reliabilitas sinyal Karena setiap antena menangkap sinyal dari jalur propagasi berbeda, kemungkinan seluruh antena mengalami deep fade secara bersamaan sangat kecil. • Tidak membutuhkan bandwidth tambahan Tidak seperti frequency diversity atau time diversity, space diversity tidak memerlukan frekuensi atau waktu tambahan. Cukup gunakan antena tambahan dan pemrosesan sinyal. • Efektif dalam kondisi multipath Sangat cocok untuk lingkungan urban atau indoor di mana multipath fading sangat umum terjadi. Kekurangan: • Membutuhkan ruang fisik lebih besar Antena harus dipasang dengan jarak tertentu (biasanya 0,5–Ξ» atau lebih), yang sulit diimplementasikan pada perangkat kecil seperti ponsel. • Menambah kompleksitas perangkat keras Memerlukan lebih dari satu antena dan jalur pemrosesan sinyal, yang berarti biaya, ukuran, dan konsumsi daya meningkat. • Konsumsi daya lebih tinggi Terutama pada penerima dengan banyak antena, karena semua sinyal harus diproses secara paralel. • Kompleksitas penggabungan sinyal Teknik seperti MRC atau EGC membutuhkan pengukuran SNR, penyesuaian fase, dan pengolahan sinyal digital lanjutan.
5. Polarization Diversity
a. Definisi dan Teori Dasar Polarization Diversity adalah teknik yang memanfaatkan variasi orientasi gelombang elektromagnetik (kutub gelombang) untuk meningkatkan keandalan sinyal. Dengan menggunakan antena yang berbeda orientasi, misalnya horizontal dan vertical, suatu sinyal akan mengalami fading atau gangguan berbeda jika dipolarisasi secara berbeda. Hasilnya dapat memperbaiki kualitas komunikasi. b. Cara Kerja & Varian Teknik 1. Antena polarasi ganda (dual-polarized) Satu antena menyampaikan dua polaritas (misal horizontal & vertikal), dan menerima sinyal keduanya, memberikan dua saluran independen yang bisa digabung. 2. Circular & Slant Polarization Circular: gelombang memutar 360°, baik RHCP atau LHCP — efektif meredam multipath dengan perubahan polaritas secara alami. Slant (±45°): menerima kedua slant untuk mendiversifikasi orientasi gelombang . 3. Depolarisasi oleh lingkungan Sinyal yang dipantulkan atau menembus objek dapat berubah polaritas; antena dapat menangkap dua polaritas tersebut sebagai sinyal berbeda. c. Implementasi • Dual-Polarized Antennas: Antena memancarkan atau menerima sinyal dengan dua polarisasi ortogonal. • Cross-Polarization Interference Cancellation (XPIC): Menggunakan pemrosesan digital untuk mengurangi interferensi antar saluran dengan polarisasi berbeda. d. Kelebihan & Kekurangan Kelebihan: • Tidak memerlukan jarak fisik antar antenna, lebih hemat ruang. • Peningkatan SNR hingga 7–12 dB di lingkungan berkorelasi tinggi. • Ideal untuk base station dengan banyak perangkat dengan orientasi antarmuka berbeda. Kekurangan: • Efektif hanya dalam lingkungan multipath tinggi, kurang bermanfaat di area terbuka. • Memerlukan antena dengan cross-polarization discrimination (XPD) tinggi (>20 dB) dan isolasi polaritas >30 dB. • Antena dual-pol dan teknik penggabungan menambah kompleksitas perancangan.
Kesimpulan
Diversity merupakan bagian penting dalam pengembangan sistem komunikasi nirkabel yang kuat dan efisien. Dengan memanfaatkan domain frekuensi, waktu, ruang, sudut, dan polarisasi, sistem dapat mengatasi tantangan fading, interferensi, dan dinamika kanal. Setiap teknik diversity memiliki keunikan dan tantangan tersendiri. Oleh karena itu, pemilihan atau kombinasi dari teknik-teknik tersebut harus disesuaikan dengan karakteristik kanal, kebutuhan aplikasi, dan kapasitas sistem. Di era jaringan generasi mendatang seperti 6G dan beyond, teknik diversity akan semakin berkembang dengan integrasi kecerdasan buatan, adaptasi real-time, serta pemrosesan sinyal yang semakin efisien. Masa depan komunikasi nirkabel sangat bergantung pada eksplorasi dan inovasi dalam domain diversity ini.
Sumber refrensi
Keti, F. (2023). Diversity Techniques in Wireless Communication Systems: A Review. European Journal of Theoretical and Applied Sciences, 1(6), 431–440. GeeksforGeeks. (n.d.). Types of Diversity Techniques in Wireless Communication. EE Times. (2011). RF Basics: Diversity Techniques. Molisch, A. F. (2011). Wireless Communications (2nd ed.). Wiley-IEEE Press. ResearchGate. (2018). Space Diversity Technique for Reducing Multipath Fading Effects in Wireless Communication Systems. Rappaport, T. S. (2002). Wireless Communications: Principles and Practice (2nd ed.). Prentice Hall. Katz, M., & Molisch, A. F. (2002). "Angle diversity for nondirectional wireless links." IEEE Transactions on Communications, 50(9), 1442–1451. Vaughan, R. G., & Andersen, J. B. (1987). "Antenna diversity in mobile communications." IEEE Transactions on Vehicular Technology, 36(4), 149–172. Ahmed, S., & Hossain, M. E. (2020). Diversity techniques in wireless communication systems: A review. International Journal of Computer Applications, 975, 8887. Sattar, S. (n.d.). Frequency Diversity. Wireless Pi. Analog Devices. (n.d.). Glossary: Frequency Diversity. Grami, A. (2016?). Polarization Diversity in Mobile Radio – ScienceDirect RF Engineer Network – Polarization Diversity Methods
