Pendahuluan
Ketika komunikasi tanpa kabel terjadi, sering ada masalah seperti fading, yaitu saat kualitas sinyal turun karena ada rintangan dari sekitar dan jalan lebih dari satu. Ini bisa diatasi dengan pakai cara diversity. Diversity maksudnya kirim beberapa sinyal yang bakal lewat kondisi atau jalur yang berbeda-beda, ini bikin kesempatan lebih kecil untuk gangguan besar pada saat yang sama. Jadi, untuk menaikkan kualitas sinyal yang diterima, orang yang terima bisa pilih atau gabung beberapa salinan sinyal supaya dapat kualitas yang lebih baik lagi. Diversity dapat diartikan sebagai pengiriman dari beberapa sinyal yang nantinya akan melewati kondisi atau jalur yang tidak sama secara statistik, hal ini yang menyebabkan peluang semakin kecil pada salinan-salinan tersebut mengalami gangguan yang berat dalam waktu yang bersamaan. Maka dari itu, untuk meningkatkan kualitas sinyal yang diterima, penerima bisa memilih atau menggabungkan salinan agar dapat mendapatkan kualitas yang lebih baik. Ada lima jenis diversity utama dalam komunikasi antara lain yang akan dibahas pada artikel ini yaitu, frequency diversity, time diversity, space diversity, angel diversity, dan polarization diversity, serta pengaplikasiannya pada sistem komunikasi modern.
Frequency Diversity
Frequency diversity bisa dijelaskan sebagai cara mengirim isyarat yang sama di frekuensi yang berbeda. Hilangnya sinyal di satu frekuensi tidak akan mempengaruhi frekuensi lain, jadi jika satu frekuensi ada masalah tidak akan merusak frekuensi lain juga. Teknik OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) bisa jadi contoh yang membagi sinyal menjadi banyak subcarrier frekuensi. Ini juga untuk mengurangi efek hilangnya sinyal dengan lebih baik, lebih efisien, dan bisa meningkatkan perbaikan transmisi dan atasi masalah frekuensi dengan cara lebih bagus, bisa dilakukan dengan ganti-ganti frekuensi dengan cepat atau bisa disebut dengan frequency hopping, selain itu juga dapat mengurangi efek fading dengan lebih baik, efisien, serta mengatasi frekuensi fading.Tetapi pada diversity frequency ini lebih membutuhkan kompleksitas yang lebih tinggi serta bandwith yang lebih luas. Time Diversity Time diversity mengirim ulang sinyal yang sama dengan interval yang berbeda dan menggunakan pemanfaatan perubahan pada kondisi kanal dari waktu ke waktu dan pada waktu yang berbeda. Dikarenakan adanya pengiriman sinyal yang berulangulang, hal ini memperkecil peluang sinyal mengalami fading yang berat. Selain itu, untuk dapat menyebarkan data secara temporal dapat dilakukannya teknik dengan interleaving dan error-correcting codes. Walaupun dapat menimbulkan penundaan waktu dan bandwidth tambahan, tetapi time diversity efektif dalam mengatasi error burst dan dapat meningkatkan rehabilitas.
Space Diversity
Space diversity menggunakan beberapa antena yang ditempatkan pada lokasi berbeda untuk menerima atau mengirim sinyal. Karena jarak antar antena lebih besar dari setengah panjang gelombang, fading yang dialami tiap antena bersifat independen. Jika satu antena mengalami fading berat, antena lain kemungkinan menerima sinyal kuat. Space diversity dapat dilakukan baik dari sisi penerima maupun pemancar, atau bahkan keduanya. Dari sisi penerima teknik yang digunakan agar dapat memilih dan menggabungkan sinyal yang terbaik adalah teknik penggabungan sinyal antara lain, maximal ratio combining (MRC), selection combining, dan switched diversity. Space diversity dapat dikategorikan sebagai teknik yang bisa membuat peningkatan terhadap kapasitas dan juga rehabilitas jaringan nirkabel seperti 4G dan 5G dan menjaga dasar teknologi MIMO (Multiple Input Multiple Output). Lebih dari itu, space diversity juga bisa memperluas jangkauan dan meningkatkan kualitas pada sinyal dengan menggunakan space diversity ini. Namun, space diversity juga memiliki kelemahan yaitu membutuhkan ruang fisik yang harus bisa cukup untuk meletakkan antena dengan semestinya agar dapat meningkatkan kompleksitas device.
Angel Diversity
Angle diversity menggunakan jalur sinyal yang bervariasi dalam antena runcing atau antena kelompok. Dengan menyesuaikan posisi antena, pengaturan dapat mengambil sinyal yang memantul dari banyak jalur, yang meningkatkan kemungkinan mendapatkan sinyal yang kuat dan mengurangi dampak kehilangan sinyal.Stasiun dasar dengan antena runcing sering menggunakan keragaman sudut untuk meningkatkan kejelasan sinyal untuk roaming gadget seluler.Metode ini juga dapat dicampur dengan variasi spasial untuk hasil terbaik. Sudut yang berbeda membantu dalam mengarahkan dan memfokuskan sinyal, meningkatkan rasio sinyal terhadap gangguan dan kebisingan, dan meningkatkan kapasitas jaringan. Polarization Diversity Polarization diversity menggunakan variasi dalam orientasi gelombang elektromagnetik, seperti naik dan sisi-ke-sisi, untuk mentransmisikan dan menangkap pesan.Karena jalur gelombang dan lingkungan dapat mengubah orientasi gelombang, menggunakan antena dengan orientasi yang bervariasi memungkinkan penangkapan sinyal terpisah yang tidak terkait.Polarization diversity menawarkan variasi keuntungan dengan antena tetangga, sehingga tidak perlu pemisahan fisik seperti variasi ruang. Metode ini berhasil melawan pelemahan sinyal dan meningkatkan kejelasan transmisi tanpa memerlukan rentang frekuensi ekstra atau area antena. Variasi polarisasi juga digunakan dalam sistem MIMO untuk meningkatkan kapasitas dan ketergantungan komunikasi. Menggabungkan rekayasa diversity di penerima akan memutuskan efisiensi pengaturan varietas.Beberapa teknik menggabungkan yang biasa digunakan adalah teknik yang digunakan dalam komunikasi nirkabel untuk meningkatkan kualitas sinyal yang diterima. 1. Gain Eamt Gain (EGC): Menggabungkan sinyal dari semua saluran dengan bobot yang sama. 2. Rasio Maximal Combining (MRC): Menggabungkan sinyal dengan bobot proporsional dengan kualitas setiap sinyal. 3. MRC menawarkan peningkatan variasi yang paling signifikan karena mengoptimalkan kejelasan sinyal atas kebisingan latar belakang, kemudian datang EGC, dan SC (Selection Combining) paling mendasar tetapi dengan peningkatan paling sedikit.SC lebih sederhana dan lebih murah untuk diterapkan, itulah sebabnya biasa digunakan dalam pengaturan dunia nyata untuk menangkal kehilangan dan gangguan sinyal. Studi Kasus: Implementasi Space Diversity pada Link Microwave dan Sistem Radio Line of Sight Space diversity merupakan salah satu teknik diversity yang paling banyak digunakan dalam sistem komunikasi radio, terutama pada link microwave dan komunikasi line of sight (LOS). Berdasarkan hasil praktikum dan simulasi menggunakan perangkat lunak Pathlos V-4.0, penerapan space diversity dapat secara signifikan meningkatkan availability dan kestabilan sinyal pada jaringan komunikasi radio. Pada sebuah studi yang dilakukan untuk komunikasi radio LOS dengan frekuensi 23 GHz dan tinggi antena utama 30 meter di atas permukaan tanah, ditemukan bahwa jarak optimal antara antena utama dan antena diversity dapat dihitung dengan rumus tertentu untuk memaksimalkan performa. Dengan mengatur selisih tinggi antena diversity secara tepat, nilai time availability meningkat dan ketidakstabilan sinyal berkurang. Grafik relative receive signal level menunjukkan puncak sinyal maksimum yang menandakan jarak optimal antar antena diversity. Hasil simulasi ini memperlihatkan bahwa space diversity mampu mengurangi pengaruh multipath fading yang sering terjadi pada komunikasi radio LOS, sehingga link menjadi lebih handal dan tahan terhadap kondisi lingkungan yang berubah-ubah. Selain itu, pada jaringan microwave lintas laut dan pegunungan, space diversity juga terbukti meningkatkan availability jaringan secara signifikan. Penelitian pada link microwave site Cipetir-Cibadak dengan frekuensi kerja 32 GHz menunjukkan bahwa penggunaan space diversity dengan jarak antena yang tepat dapat mengatasi fading akibat refleksi dan hambatan alam. Dengan teknik ini, availability jaringan meningkat dari 99,96949% menjadi 99,98767%, yang berarti waktu gangguan komunikasi berkurang drastis. Dalam perancangan link transmisi microwave yang melintasi laut di kawasan wisata di Lombok Barat, teknik space diversity juga diaplikasikan untuk mengatasi multipath fading yang disebabkan oleh permukaan air laut. Dengan memasang dua antena secara vertikal terpisah pada satu site, kualitas link budget meningkat dengan nilai fading margin sebesar 36,32 dB, memenuhi standar fading margin minimal 30 dB. Penggunaan space diversity ini tidak hanya meningkatkan availability sistem sebesar 0,039%, tetapi juga mengurangi waktu kegagalan sistem hingga 4,3 jam per tahun. Hal ini menunjukkan bahwa space diversity sangat efektif dalam meningkatkan kehandalan sistem komunikasi di lingkungan dengan karakteristik propagasi yang menantang seperti lintas laut. Dari berbagai studi kasus tersebut dapat disimpulkan bahwa space diversity adalah teknik yang sangat efektif untuk meningkatkan kualitas dan keandalan komunikasi nirkabel, terutama pada link microwave dan komunikasi line of sight. Penentuan jarak dan konfigurasi antena diversity yang optimal menjadi faktor kunci dalam memaksimalkan manfaat teknik ini.
Kesimpulan
Teknik diversity dalam sistem komunikasi tanpa kabel merupakan salah satu inovasi terpenting yang memungkinkan peningkatan keandalan, kualitas, dan kapasitas jaringan komunikasi modern. Dalam dunia komunikasi yang semakin kompleks dan dinamis, di mana sinyal sering mengalami gangguan akibat multipath fading, interferensi, dan kondisi lingkungan yang berubah-ubah, penerapan diversity menjadi solusi efektif untuk mengatasi berbagai permasalahan tersebut. Berbagai jenis diversity, frequency diversity, time diversity, space diversity, angle diversity, dan polarization diversity, memiliki karakteristik unik dan keunggulan masing-masing yang saling melengkapi dalam meningkatkan performa sistem komunikasi.
Frequency diversity memanfaatkan perbedaan frekuensi untuk menghindari fading selektif frekuensi yang biasanya terjadi pada rentang frekuensi sempit. Dengan mengirimkan sinyal pada beberapa frekuensi berbeda atau menggunakan bandwidth yang lebar, sistem dapat memastikan bahwa meskipun satu frekuensi mengalami penurunan kualitas, frekuensi lain masih dapat membawa sinyal dengan baik. Teknologi seperti OFDM dan frequency hopping adalah contoh penerapan frequency diversity yang sangat efektif dalam sistem komunikasi modern seperti LTE dan WiMAX. Frequency diversity tidak hanya meningkatkan reliabilitas transmisi, tetapi juga membantu dalam mengoptimalkan penggunaan spektrum frekuensi yang terbatas. Namun, teknik ini memerlukan bandwidth lebih besar dan kompleksitas pengolahan sinyal yang tinggi, sehingga implementasinya harus disesuaikan dengan kebutuhan dan kemampuan sistem.
Time diversity berfokus pada dimensi waktu dengan mengirimkan sinyal yang sama pada waktu berbeda. Teknik ini sangat efektif dalam mengatasi fast fading dan error burst yang sering terjadi pada kanal komunikasi yang berubah cepat. Dengan mengirimkan sinyal berulang atau menggunakan interleaving dan channel coding, sistem dapat menyebarkan data secara temporal sehingga error yang terjadi tidak berkelompok dan dapat dikoreksi dengan lebih baik. Contoh implementasi time diversity adalah penggunaan rake receiver pada sistem CDMA yang mampu menggabungkan sinyal multipath yang datang pada waktu berbeda. Meskipun time diversity meningkatkan keandalan komunikasi, teknik ini membutuhkan waktu transmisi lebih lama dan penggunaan bandwidth tambahan, sehingga harus dioptimalkan agar tidak mengganggu efisiensi sistem.
Space diversity adalah teknik yang paling banyak digunakan dan sangat efektif dalam meningkatkan kualitas sinyal dan keandalan komunikasi. Dengan menggunakan beberapa antena yang dipisahkan secara fisik, space diversity memanfaatkan fakta bahwa fading yang dialami tiap antena bersifat independen jika jarak antar antena cukup jauh (minimal setengah panjang gelombang). Dengan demikian, jika satu antena mengalami sinyal lemah akibat fading, antena lain masih dapat menerima sinyal kuat. Teknik ini sangat penting dalam teknologi MIMO yang menjadi tulang punggung komunikasi 4G dan 5G. Studi kasus pada link microwave, komunikasi line of sight, dan jaringan lintas laut menunjukkan bahwa space diversity dapat meningkatkan availability jaringan hingga mendekati 99,99%, mengurangi waktu gangguan, dan meningkatkan kualitas sinyal secara signifikan. Namun, penerapan space diversity memerlukan ruang fisik yang memadai dan peningkatan kompleksitas perangkat.
Angle diversity memanfaatkan perbedaan sudut kedatangan sinyal dengan menggunakan antena berarah atau antena array yang diarahkan ke berbagai arah. Teknik ini memungkinkan sistem untuk menangkap sinyal multipath yang datang dari berbagai sudut, sehingga meningkatkan peluang menerima sinyal kuat dan mengurangi efek fading. Angle diversity sering digunakan pada base station untuk meningkatkan kualitas penerimaan sinyal dari perangkat mobile yang bergerak dinamis. Selain itu, angle diversity juga mendukung teknik beamforming yang meningkatkan SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio) dan kapasitas jaringan secara keseluruhan. Kombinasi angle diversity dengan space diversity dapat memberikan hasil optimal dalam menghadapi tantangan propagasi sinyal.
Polarization diversity menggunakan perbedaan polarisasi gelombang elektromagnetik, seperti polarisasi vertikal dan horizontal, untuk mengirim dan menerima sinyal. Karena lingkungan penyebaran sinyal dapat mengubah polarisasi gelombang, penggunaan antena dengan polarisasi berbeda memungkinkan penerimaan sinyal independen yang tidak berkorelasi. Polarization diversity memberikan keuntungan gain diversity dengan antena yang berdekatan tanpa memerlukan jarak fisik besar seperti pada space diversity. Teknik ini efektif mengatasi fading dan meningkatkan kualitas sinyal tanpa menambah bandwidth atau ruang antena secara signifikan. Polarization diversity juga digunakan dalam sistem MIMO untuk meningkatkan kapasitas dan keandalan komunikasi.
Penggabungan berbagai teknik diversity ini, seperti yang diterapkan pada sistem MIMO-OFDM, memungkinkan peningkatan kapasitas, keandalan, dan efisiensi spektrum secara signifikan. Sistem modern memanfaatkan keunggulan masingmasing jenis diversity untuk menghadapi tantangan lingkungan propagasi yang kompleks, termasuk multipath fading, interferensi, dan perubahan kondisi kanal secara cepat. Studi kasus yang telah dilakukan pada berbagai sistem komunikasi, mulai dari link microwave lintas laut hingga sistem komunikasi satelit dan jaringan seluler, membuktikan efektivitas teknik diversity dalam meningkatkan availability jaringan dan kualitas layanan.
Selain itu, teknik penggabungan sinyal (combining) seperti maximal ratio combining (MRC), equal gain combining (EGC), dan selection combining (SC) berperan penting dalam memaksimalkan manfaat diversity. MRC, meskipun lebih kompleks, memberikan diversity gain terbesar dengan menggabungkan sinyal secara proporsional terhadap kualitasnya. EGC dan SC menawarkan solusi yang lebih sederhana dan hemat biaya dengan performa yang tetap baik, sehingga sering digunakan dalam aplikasi praktis.
Dalam menghadapi perkembangan teknologi komunikasi yang sangat cepat dan kebutuhan kapasitas jaringan yang terus meningkat, optimalisasi penggunaan teknik diversity menjadi sangat krusial. Teknologi 5G dan yang akan datang seperti 6G sangat bergantung pada penerapan diversity untuk mencapai kecepatan tinggi, latensi rendah, dan keandalan tinggi. Pengembangan algoritma penggabungan sinyal yang lebih canggih, antena pintar, dan teknik beamforming akan semakin memperkuat peran diversity dalam sistem komunikasi masa depan.
BIODATA
