Abstract
Fenomena fading akibat multipath propagation dalam sistem komunikasi nirkabel mengakibatkan
degradasi sinyal yang signifikan. Untuk mengatasi permasalahan ini, polarization diversity
digunakan sebagai pendekatan efektif untuk meningkatkan keandalan transmisi. Studi ini membahas
dua teknik penggabungan sinyal yang umum digunakan dalam polarization diversity, yaitu Selection
Combining (SC) dan Equal Gain Combining (EGC). SC hanya memproses sinyal dari cabang
dengan SNR tertinggi, sedangkan EGC menggabungkan semua sinyal setelah penyelarasan fasa.
Melalui simulasi numerik pada kanal Rayleigh flat fading dengan variasi korelasi antar cabang (π =
0, 0.5, 0.999), diperoleh bahwa EGC memiliki performa BER yang lebih stabil dan lebih unggul
dibanding SC, khususnya pada korelasi rendah hingga sedang. Namun, EGC juga membutuhkan
estimasi fasa yang akurat. Studi ini menyimpulkan bahwa pemilihan teknik combining harus
mempertimbangkan kondisi kanal dan kompleksitas sistem, di mana EGC lebih cocok untuk sistem
yang membutuhkan reliabilitas tinggi dengan toleransi kompleksitas sedang.
Keywords: polarisasi diversity, Selection Combining, Equal Gain Combining, Rayleigh Fading,
Wireless Communication
1. Perkenalan
Sistem komunikasi nirkabel modern menghadapi tantangan signifikan dalam
bentuk fading dan interferensi yang dapat menurunkan kualitas sinyal secara
drastis. Fenomena fading, khususnya multipath fading, menyebabkan fluktuasi
amplitude dan fase sinyal yang diterima, sehingga mengakibatkan degradasi
performa sistem komunikasi [1]. Untuk mengatasi permasalahan ini, teknik
diversity telah menjadi solusi fundamental dalam meningkatkan reliabilitas
transmisi data nirkabel.
Diversity merupakan teknik yang memanfaatkan multiple replika sinyal yang
mengalami fading independen untuk meningkatkan signal-to-noise ratio (SNR) dan
mengurangi probabilitas outage [2]. Salah satu implementasi diversity yang efektif
adalah polarization diversity, yang memanfaatkan perbedaan polarisasi antena
untuk memperoleh sinyal-sinyal yang tidak berkorelasi. Teknik ini memiliki
keunggulan dalam hal kemudahan implementasi dan efisiensi spektral
dibandingkan dengan spatial diversity yang memerlukan jarak antar antena yang
cukup besar [3].
Dalam sistem polarization diversity, metode combining menjadi aspek kritis
yang menentukan performa keseluruhan sistem. Selection Combining (SC) dan
Equal Gain Combining (EGC) merupakan dua teknik combining yang paling umum
digunakan karena kompleksitas implementasinya yang relatif rendah. SC memilih
sinyal dengan kualitas terbaik dari cabang-cabang yang tersedia, sementara EGC
menggabungkan semua sinyal dengan memberikan bobot yang sama [4]. Meskipun
Maximum Ratio Combining (MRC) memberikan performa optimal, kompleksitas
implementasinya yang tinggi membuat SC dan EGC menjadi alternatif yang
menarik untuk aplikasi praktis.
Penelitian pada [5] menunjukkan bahwa efektivitas teknik diversity sangat
dipengaruhi oleh korelasi antar cabang dan karakteristik kanal propagasi. Dalam
konteks polarization diversity, korelasi silang antara sinyal horizontal dan vertikal
dipengaruhi oleh lingkungan propagasi dan karakteristik antena yang digunakan.
Pemahaman mendalam tentang perbandingan performa SC dan EGC dalam sistem
polarization diversity menjadi penting untuk optimasi desain sistem komunikasi
nirkabel yang efektif.
Tinjauan ini bertujuan untuk menganalisis performa kedua metode combining
tersebut dalam sistem polarization diversity, dengan fokus pada aspek-aspek seperti
gain diversity, kompleksitas implementasi, dan ketahanan terhadap variasi kondisi
kanal. Analisis komparatif ini diharapkan dapat memberikan panduan praktis bagi
perancang sistem komunikasi nirkabel dalam memilih teknik combining yang
optimal sesuai dengan kebutuhan aplikasi spesifik.
2. Metode
Metode penelitian menyajikan perbandingan performa metode Selection
Combining (SC) dan Equal Gain Combining (EGC) dalam sistem polarisasi
diversity. Metode ini dilakukan melalui simulasi berbasis MATLAB dengan
skenario kanal Rayleigh flat fading, dan mencakup analisis terhadap pengaruh
korelasi antar cabang polarisasi. Tinjauan literatur ini menyajikan analisis aktual
mengenai implementasi dari Selection Combining (SC) dan Equal Gain Combining
(EGC) dalam sistem polaritas diversity. Metode ini didasari pada beberapa buku
klasik dan hasil penelitian ilmiah yang dipublikasikan dalam jurnal jurnal IEEE dan
publikasi ilmiah lainnya [1], [2], [3], [4].
2.1. Metode Karakterisasi Polarisasi Diversity
Polarisasi diversity adalah teknik mitigasi fading yang memanfaatkan
perbedaan orientasi polarisasi antena umumnya horizontal dan vertikal untuk
memperoleh dua saluran propagasi yang mengalami fading independen atau rendah
kolerasinya [1]. Teknik ini memungkinkan penerimaan dua sinyal dengan
karakteristik fading yang berbeda, sehingga meningkatkan peluang keberhasilan
deteksi sinyal.
Dalam penelitian ini, sistem diasumsikan memiliki dua antena penerima
dengan polarisasi ortogonal. Kanal propagasi dimodelkan sebagai Rayleigh flat
fading tanpa dominasi line of sight, dan korelasi silang antar sinyal dikontrol
menggunakan parameter korelasi Ο, dengan nilai yang divariasikan (0, 0.5, dan 1.0).
nilai ini merepresentasikan tiga kondisi lingkungan propagasi yaitu tidak
berkorelasi, korelasi sedang dan korelasi sepenuhnya [6].
Gambar. 1. Ilustrasi Orthogonal polarisasi antena dengan skenario Rayleigh flat
fading.
Gambar. 1. menunjukkan model sistem komunikasi dengan dua antena penerima
berpolarisasi ortogonal. Tiga skenario korelasi antar kanal ditunjukkan dengan nilai
parameter Ο. Pada Ο = 0, kanal diang gap tidak berkorelasi dan memberikan potensi
gain diversity tertinggi. Sebaliknya, pada Ο = 1, kanal sepenuhnya berkorelasi dan
manfaat dari polarization diversity menjadi minimal.
TABEL 1
PARAMETER KANAL DALAM SIMULASI KARAKTERISTIK POLARISASI
|
Parameter
|
Nilai atau Variasi
|
|
Jenis Kanal
|
Rayleigh Flat Fading
|
|
Komponen Line of Sight
|
Tidak ada
|
|
Polarisasi Antena
|
Horizontal dan Vertikal
|
|
Parameter Korelasi Ο
|
0, 0.5, 1.0
|
|
Variabel Lingkungan
|
Lingkungan kompleks hingga
terbuka
|
2.2. Implementasi Selection Combining (SC)
Selection Combining merupakan combining dengan kompleksitas rendah yang
hanya memilih cabang dengan SNR tertinggi untuk diproses. Dalam sistem
polarisasi diversity, teknik tersebut membandingkan kualitas sinyal dari antena
horizontal dan vertikal, lalu memilih salah satu yang memiliki nilai SNR lebih
besar:
(1)
Keunggulan selection combining terletak pada kesederhanaan
implementasinya karena tidak memerlukan estimasi fasa atau proses penyesuaian
amplitudo. Namun, karena hanya menggunakan satu cabang, selection combining
tidak memanfaatkan sepenuhnya informasi dari semua sinyal yang diterima [4].
Namun kelemahan utama dari selection combining adalah pemanfaatan
informasi yang kurang maksimal, karena hanya menggunakan satu cabang untuk
proses deteksi sinyal. Cabang lain mungkin mengandung informasi berguna akan
diabaikan, sehingga performa sistem tda setinggi metode combining yang
memanfaatkan semua cabang secara simultan seperti Equal Gain Combining (EGC)
atau Maxium Ratio Combining (MRC) [4].
2.3. Implementasi Equal Gain Combining (EGC)
Equal Gain Combining (EGC) adalah metode combining dalam sistem
komunikasi nirkabel yang menggabungkan beberapa sinyal dari cabang penerima
dengan memberi bobot yang sama pada masing-masing sinyal, tetapi tetap terdeapat
penyelarasan fasa agar sinyal-sinyal bisa saling memperkuat. Equal Gain
Combining (EGC) memanfaatkan seluruh cabang sinyal yang tersedia, sehingga
mampu meningkatkan keandalan sistem tanpa terjadi kompleksitas yang tinggi [4].
Pada sistem polarisasi diversity, sinyal dari dua antena dengan polarisasi
orthogonal (horizontal dan vertikal) diterimaa secara bersamaan. Equal gain
combining menyeleraskan fasa sinyal, kemudian menggabungkan dengan nilai
yang sama, supaya dapat memperoleh sinyal gabungan dengan daya total yang lebih
tinggi dan fluktuasi fading yang lebih kecil dibandingkan hanya menggunakan satu
jalur. Output sinyal pada Equal Gain Combining dalam persamaan matematis
sebagai berikut.
(2)
Masing-masing rH dan rV
adalah sinyal dari jalur horizontal dan vertikal, sedangkan 
adalah penyelerasan fasa terhadap
masing-masing sinyal sebelum proses penjumlahan dilakukan.
Keunggulan utama dari equal gain combining yaitu kemampuan untuk
memanfaatkan semua informasi siyal tanpa perlu mengetahui nilai presisi
amplitudonya seperti pada Maximum Ratio Combining (MRC). Hal ini menjadikan
equal gain combining sebagai solusi yang seimbang antara performa dan
kompleksitas, cocok untuk aplikasi komunikasi nirkabel modern yang
me mbutuhkan reliabilitas lebih baik dibandingan selection combininng, nnamuu
tetap menjaga efisiensi perhitungan [7]. Equal gain combining tetap memerlukan
prediksi fasa, yang kebutuhan pemrosesan sinyal digital yang moderat, terutama
pada frekuensi tinggi atau kanal cepat berubah.
2.4. Metode Analisis Komparatif
Metodologi analisis komparatif pada penelitian ini bertujuan untuk
mengevaluasi performa dua teknik combining, yaitu Selection Combining (SC) dan
Equal Gain Combining (EGC), dalam sistem komunikasi nirkabel yang
mengimplementasikan polarization diversity. Analisis dilakukan menggunakan
pendekatan simulasi numerik berbasis MATLAB dengan model kanal Rayleigh flat
fading tanpa dominasi line-of-sight. Simulasi ini merepresentasikan kondisi
multipath fading yang umum terjadi dalam lingkungan propagasi urban padat [4].
Stuktur sistem yang dimodulasikan berdasarkan sumber sinyal dengan modulasi
BPSK, dua kanal fading dengan polaritas ortogonal, kombinator sinyal, dan unit
demodulasi dan perhitungan kesalahan bit.
Gambar. 2. Arsitektur Sistem Polarization Diversity dengan Teknik Combining
Gambaran arsitektur dasar dari sistem komunikasi nirkabel
yang menerapkan polarization diversity, dengan dua jalur penerimaan sinyal.
Masing masing jalur dilengkapi antena penerima yang berorientasi pada
polarisasi berbeda, biasanya horizontal dan vertikal, untuk memanfaatkan
perbedaan karakterisitik propagasi sinyal akibat fenomena multipath.
Setiap sinyal
yang diterima akan mengalami Rayleigh fading, yaiitu model propagasi yang
biasanya digunakan untuk kondisi multipath kanal tanpa line of sight.
Proses fading ini menyebabkan fluktuasi terhadap amplitudo dan fase sinyal yang
berdampa signifikan dalam performa sistem komunikasi jika tidak ditangani
dengan teknik yang sesuai. Setelah melewati kanal masing-masing, kedua sinyal
diarahkan menuju unit combining, pada Gambar. 2. Ditandai sebagai SG or ESG.
Kedua teknik tersebut digunakan untuk mengolah sinyal hasil penerimaan sebelum
proses demodulasi. Dalam selection combining, sinyal dengan nilai SNR
tertinggi dari kedua jalur dipilih untuk diproses, sementara dalam equal
gain combining, kedua sinyal digabungkan setelah dilakukan penyesuaian fasa
tanpa nilai amplitudo berbeda. Maka sinyal yang diterima di masing-masing
cabang dapat dituliskan sebagai:
|
|
(3)
|
|
|
(4)
|
Selection
Combining
Pada
selection combining, hanya satu cabang dengan nilai SNR tertinggi yang
digunakan untuk proses deteksi:
|
Persamaan
|
(1)
|
|
|
(5)
|
Equal
Gain Combining (ESG)
Pada
EGC, kedua sinyal digabungkan setelah penyelarasan fasa, tanpa memperhatikan
amplitudo kanal:
2.5. Metrik Evaluasi
Untuk menilai performa teknik Selection
Combining (SC) dan Equal Gain Combining (EGC) dalam sistem
polarization diversity, digunakan beberapa metrik kuantitatif utama. Evaluasi dilakukan melalui simulasi numerik dengan
variasi SNR dan korelasi antar kanal Ο. Metrik ini bertujuan untuk memberikan gambaran objektif
mengenai efisiensi teknik penggabungan sinyal dalam menghadapi fading.
Bit
Error Rate (BER)
BER adalah parameter utama yang digunakan untuk mengukur
keandalan sistem komunikasi digital. Nilai BER dihitung sebagai rasio jumlah
bit yang salah dideteksi terhadap total bit yang dikirimkan:
|
|
(7)
|
BER menjadi indikator langsung dari performa selection
combining dan equal gain combining dalam menghadapi variasi kanal
Rayleigh, serta perubahan korelasi antar sinyal.
Average
SNR Output
Metode ini mengevaluasi rata-rata daya sinyal keluaran
setelah proses combining. Untuk sistem dengan dua cabang, nilai
output SNR didefinisikan sebagai:
Untuk selection
combining
|
|
(8)
|
Untuk equal
gain combining:
|
|
(9)
|
Perhitungan SNR output penting karena mencerminkan gain
diversity yang diperoleh dari penggunaan lebih dari satu jalur propagasi.
Robustness
terhadap Korelasi
Metrik ini digunakan
untuk mengevaluasi ketahanan teknik combining terhadap peningkatan nilai
korelasi Ο\rhoΟ. Semakin kecil penurunan performa (BER atau SNR output)
pada Ο→1, maka metode tersebut dianggap lebih robust.
TABEL 2
RINGKASAN METRIK EVALUASI
|
Metrik Evaluasi
|
Penjelasan
|
Satuan
|
|
Bit Error Rate (BER)
|
Rasio
kesalahan bit terhadap bit yang dikirim
|
Unitless
|
|
SNR
Output Rata-rata
|
Daya
sinyal keluar setelah combining
|
dB
|
|
Gain
Diversity
|
Selisih performa dengan dan
tanpa diversity
|
dB
|
|
Ketahanan
terhadap korelasi
|
Penurunan performa saat
korelasi kanal meningkat
|
Relatif
(grafik)
|
Gambar. 3. Grafik BER selection combining dengan 2 penerima diversity pada fading kanal.
Referensi
gambar mengambil pada [8].
Gambar. 4. Grafik BER equal gain combining
dengan 2 penerima diversity pada fading kanal
Referensi
gambar mengambil pada [8].
3. Kesimpulan dan Tantangan
Tinjauan ini
menunjukkan bahwa metode Selection Combining (SC) dan Equal Gain Combining
(EGC) memberikan peningkatan performa komunikasi nirkabel melalui implementasi
polarization diversity, terutama dalam kanal multipath Rayleigh flat fading. SC menawarkan pendekatan yang sangat sederhana dari sisi
implementasi, karena hanya memilih salah satu cabang dengan kualitas terbaik
berdasarkan SNR. Namun, metode ini memiliki keterbatasan karena tidak
memanfaatkan informasi dari semua cabang sinyal.
Sebaliknya, EGC memberikan kinerja yang lebih baik
dibandingkan SC, terutama pada kondisi kanal dengan korelasi rendah hingga
sedang. Dengan menggabungkan seluruh sinyal setelah penyelarasan fasa, EGC
mampu mengurangi probabilitas error secara signifikan dan meningkatkan gain
diversity, meskipun dengan kebutuhan perhitungan yang sedikit lebih tinggi
dibanding SC. Hasil simulasi menunjukkan bahwa performa kedua metode akan
menurun saat korelasi antar cabang meningkat 
, namun penurunan pada EGC lebih lambat, menjadikannya
lebih robust terhadap variasi lingkungan propagasi.
Dengan demikian, dalam sistem komunikasi nirkabel yang
mengutamakan keandalan transmisi dengan efisiensi implementasi, EGC dapat
dijadikan pilihan utama, sedangkan SC tetap relevan untuk sistem dengan batasan
daya dan kompleksitas.
REFERENCES
[1] A. Goldsmith, Wireless Communications, 1st ed. Cambridge University Press,
2005. doi: 10.1017/CBO9780511841224.
[2] D. G. Brennan, “Linear diversity combining techniques,” Proc. IEEE, vol. 91,
no. 2, pp. 331–356, Feb. 2003, doi: 10.1109/JPROC.2002.808163.
[3] R. G. Vaughan and J. B. Andersen, “Antenna diversity in mobile
communications,” IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 36, no. 4, pp. 149–172,
Nov. 1987, doi: 10.1109/T-VT.1987.24115.
[4] M. K. Simon and M. Alouini, Digital Communication over Fading Channels,
1st ed. Wiley, 2004. doi: 10.1002/0471715220.
[5] W. C. Y. Lee, Mobile communications engineering: theory and applications,
2nd ed. in McGraw-Hill’s AccessEngineering. New York: McGraw-Hill,
2012.
[6] W. C. Jakes, Microwave mobile communications. New York Chichester
Weinheim: IEEE, Wiley-Interscience, 1994. doi: 10.1109/9780470545287.
[7] T. S. Rappaport, Wireless Communications: Principles and Practice, 2nd ed.
Cambridge: Cambridge University Press, 2024.
[8] D. Aryanta and R. P. Londong Allo, “Dynamic Spatial Diversity Combiner
pada Kanal Fading,” ELKOMIKA J. Tek. Energi Elektr. Tek. Telekomun. Tek.
Elektron., vol. 7, no. 3, p. 466, Sep. 2019, doi: 10.26760/elkomika.v7i3.466.
BIODATA
Nama : Muhammad Haikal
NIM : 244101060118
Kelas : 1F
Program Studi : Jaringan Telekomunikasi Digital
Jurusan : Teknik Elektro
