Pada transmisi gelombang mikro, meskipun tersedia jalur Line of Sight (LOS) antara transmitter (pemancar) dan receiver (penerima), sinyal tetap dapat mengalami fading yang menyebabkan pelemahan atau hilangnya sinyal. Fading menyebabkan perubahan arah dan kekuatan sinyal karena gangguan fisik maupun gangguan cuaca. Selain itu, dapat menyebabkan hilangnya data (error), dan sistem bisa menjadi tidak stabil. Dalam kondisi LOS (Line of Sight), biasanya terdapat banyak penghalang (obstacle), jadi sinyal akibat fading bisa bervariasi karena penghalang (obstacle) dapat berupa bangunan tinggi, pepohonan, gunung, bukit, dan sebagainya. Setiap penghalang berbeda pula reaksi sinyal ketika melewatinya. Karena jalur sinyal yang menabrak penghalang berbeda, maka waktu tempuh sinyal pun berbeda, bisa saling menguatkan atau saling melemahkan. Jika saling melemahkan, fading terjadi dan membuat sinyal lemah bahkan hilang.
Karena terdapat banyak gangguan dalam kondisi LOS (Light of Sight) maupun tidak dalam kondisi LOS (Light of Sight) saat transmisi sinyal antara pengirim dan penerima, banyak upaya yang dilakukan untuk meredam gangguan. Teknik diversity dapat diterapkan dalam transmisi sinyal ini dalam sistem komunikasi radio gelombang mikro, khususnya sistem transmisi komunikasi radio, untuk meningkatkan kehandalan (availability) dan meningkatkan kestabilan sinyal.
Line Of Sight (LOS)
(Gambar 1. Line of Sight atau LOS)
Fading
(Gambar 2. Fading pada sistem komunikasi radio)
Fading adalah pelemahan sinyal yang terjadi akibat penghalang pada jalur LOS, atau karena gangguan propagasi gelombang seperti multipath. Multipath ialah fenomena di mana sinyal yang sama dari pemancar ke penerima yang menempuh lebih dari satu jalur karena adanya pantulan, pembelokan, atau hamburan pada sepanjang lintasan. Fading menyebabkan bertambahnya redaman terhadap sinyal yang diterima pada beberapa macam kondisi yang dilaluinya, fading juga mempengaruhi kualitas sinyal yang akan sampai pada penerima. Saat sinyal menabrak penghalang pada jalur yang akan dilewati sinyal tersebut, antara lain:
1. Refraksi
Refraksi terjadi ketika sinyal berbelok karena perubahan karakteristik atmosfer, seperti terjadinya perubahan temperatur, kerapatan, dan kelembaban yang dapat mempengaruhi gelombang radio.
2. Refleksi
Refleksi adalah sinyal memantul saat menemui permukaan benda yang lebih besar dibanding panjang gelombang seperti ketika melalui permukaan bumi, bangunan, dan permukaan dinding. Refleksi mengakibatkan sinyal mengalami redaman yang dipengaruhi oleh frekuensi radio, sudut sinyal, sifat material dan ketebalan bidang permukaan.
3. Difraksi
Difraksi terjadi karena sinyal berbelok tajam pada saat sinyal merambat diantara transmitter dan receiver yang dihalangi oleh sisi permuakaan tajam, sudut -sudut atau suatu permukaan batas gelombang, seperti bukit atau gedung.
4. Scattering
Scattering terjadi ketika sinyal mengenai benda benda kecil atau objek kecil yang menyebabkan sinyal menyebar ke berbagai arah. Benda benda penghambur dapat berupa pepohonan, tiang lampu, dedaunan, kendaraan, debu, rambu lalu lintas, dan lain lain, akibatnya sinyal melemah atau menyimpang dari arah penerima. Jika objek penghambur bergerak, seperti kendaraan yang melintas atau dedaunan yang tertiup angin, maka kekuatan sinyal berubah secara tidak teratur terjadi dengan cepat, namun tidak berdampak besar kecuali terjadi refleksi dari permukaan besar seperti dinding atau kendaraan besar. Apabila tidak dalam kondisi LOS langsung seperti dalam lingkungan di jalan jalan, maka difraksi dan scattering adalah cara utama penerimaan sinyal.
5. Atenuasi
Atenuasi adalah redaman sinyal yang terjadi saat gelombang elektromagnetik merambat antara pemancar dan penerima yang membuat sinyal menjadi lemah. Tingkat atenuasi bergantung pada jarak yang harus ditempuh dan jenis medium yang dilaluinya.
6. Ducting
Ducting adalah fenomena dimana sinyal gelombang mikro terjebak dalam saluran atmosfer dan memantul antara dua lapisan udara, yang mengakibatkan sinyal terganggu mendadak karena interferensi.
Konsep Teknik Diversity
Diversity adalah penggabungan metode untuk meningkatkan kehandalan (availability) sistem komunikasi dengan cara menggunakan lebih dari satu jalur, frekuensi, waktu, atau metode penerimaan sinyal. Metode ini berguna untuk mengatasi gangguan sinyal seperti fading agar sistem dan sinyal tetap stabil dalam transmisi maupun ketika telah sampai pada penerima. Dengan menerapkan metode diversity, kemungkinan kehilangan banyak sinyal bisa diredam. Metode diversity dapat menjadi solusi untuk menghadapi perubahan kekuatan sinyal yang diterima oleh perangkat penerima secara tidak stabil dalam waktu singkat (fluktuasi sinyal), fluktuasi sinyal dapat menungkatkan Bit Error Rate (BER), kualitas komunikasi menurun, atau sinyal hilang sesaat. Fluktuasi ini sering terjadi saat transmisi terjadi. Oleh karena itu, penerapan teknik diversity menjadi penting menjaga kestabilan sinyal saat sinyal diterima oleh perangkat penerima. Dengan mengandalakan beberapa jalur atau sumber sinyal, sistem dapat bekerja dengan baik meskipun salah satu jalur mengalamai penurunan kualitas. Ada beberapa macam jenis diversity, antara lain frequency diversity, time diversity, space diversity, angle diversity, dan polarization diversity. Jenis yang umum digunakan pada sistem komunikasi radio adalah frequency diversity dan space diversity.
1. Frequency Diversity
(Gambar 3. Frequency Diversity)
Frequency Diversity adalah teknik yang membedakan frekuensi gelombang mikro saat pengiriman sinyal. Pengirim mengirimkan sinyal informasi secara bersamaan melalui dua frekuensi carrier yang berbeda. Pada sisi penerima, kedua sinyal ini akan diterima dan kemudian digabungkan menggunakan teknik yang disebut combining, untuk mengahsilkan sinyal keluaran terbaik. Terdapat beberapa klasifikasi combining yaitu Selection Combining, Equal Gain Combining, Maximal Ratio Combing, Scanning/Switching Combining. Metode combining yang cocok digunakan pada teknik Frequency Diversity, seperti Selection Combining (SC) yang memilih sinyal terbaik, atau Maximal Ratio Combining (MRC) yang menggabungkan sinyal dengan bobot tertentu berdasarkan kulitasnya, selain itu setiap sinyal dikalikan dengan konjengsi koefisien kanal mamsing masing sinyal. Teknik Maximal Ratio Combining ini merupakan teknik yang terbaik dari ketiga teknik combining lainnya.
Teknik Frequency Diversity memberikan perlindungan terhadap gangguan pada lintasan transmisi, agar di sepanjang lintasan yang terdapat gangguan hanya berpengaruh pada salah satu frekuensi saja. Pemakaian teknik Frequency Diversity ini, memiliki konsekuensi bahwa diperlukan dua buah stage RF di penerima dan dua buah stage RF di pemancar. Perbedaan frekuensi carrier untuk setiap sinyal yang dikirim harus lebih besar daripada bandwith kanalnya untuk memastikan bahwa agar antar kanal memiliki kondisi yang saling bebas.
2. Space Diversity
(Gambar 4. Space Diversity)
Space Diveristy atau biasa yang disebut dengan istilah antenna diversity, karena pada penerima sinyal melalui dua buah antena dan menggabungkan kedua sinyal tersebut secara optimal. Pada space diversity, antena penerima (far end) dipasang dengan jarak terpisah sekitar 10 kali panjang gelombang (). Satu antena berfungsi sebagai pemancar sekaligus penerima, sementara antena lainnya khusus untuk menerima sinyal. Setelah sinyal diterima oleh masing masing antena kemudian secara simultan akan dihubungkan ke diversity combiner. Karena penerima (far end) memiliki lebih dari satu antena, maka bila salah satu antena menerima sinyal informasi dengan level daya yang rendah, diharapkan pada bagian far end ini masih dapat mendeteksi sinyal tersebut dengan baik. Hal ini karena masih terdapat kemungkinan bahwa sinyal yang diterima oleh antena yang lain menerima sinyal dengan level daya yang lebih tinggi. Teknik space diversity ini diperlukan dua atau lebih antena penerima dan dua atau lebih RF Stage di penerima.
Penerapan Metode Diversity untuk Meningkatkan Availbilty
Availability atau kehandalan adalah parameter untuk mengetahui kehandalan sistem pada komunikasi gelombang mikro. Dengan melihat nilai availability nya, maka dapat diketahui suatu sistem dalam kondisi yang optimal atau tidak. Teknik diversity dapat digunakan sebagai salah satu mekanisme untuk menjamin tercapainya availability, seperti equipment availability maupun path availability,
1. Equipment Availability
Equipment Availability adalah tingkat kesiapan komponen perangkat keras sistem komunikasi yang digunakan, seperti transmitter (pemancar), reciever (penerima), antena, kabel, Power Supply, UPS, Genset, dan sebagainya, agar tetap bisa beroperasi tanpa gangguan. Hal yang harus diperhatikan adalah kualitas perangkat, umur pemaikaian alat, perawatan dan pemeliharaan rutin, dan sebagainya. Tujuannya untuk menjamin kandalan sinyal meskipun ada kerusakan pada satu perangkat, sistem tetap dapat bekerja karena ada perangkat pengganti atau sistem cadangan
2. Path Availability
Path Availability adalah jalur transmisi sinyal (antara pemancar dan penerima) untuk mengirim sinyal secara optimal, tanpa terganggu oleh gangguan propagasi seperti fading, refleksi, LOS (Line of Sight) terganggu, ineterferensi, atau cuaca yang ekstrem. Cara meningkatkannya dengan menambah cadangan daya sinyal, menggunakan teknik diversity, dan mengoptimalkan desain jalur LOS (Line of Sight). Penerapan metode diversity akan mempengaruhi besarnya cadangan daya (fading margin). Dengan menerapkan teknik space diversity, maka akan terdapat penambahan antenna diversity yang fungsinya untuk menangkap pencaran sinyal dari sisi penerima transmitter, sehingga daya sinyal yang diterima akan lebih besar. Semakin besar daya sinyal yang diterima, maka availability akan meningkat, dengan nilai availability diatas 99,99%, yang artinya sistem hanya gagal sebesar 0,005% dari total waktu operasi. Fading menyebabkan penurunan RSL (Received Signal Level), yaitu kekuatan sinyal yang diterima oleh perangkat penerima. Semakin tinggi RSL (Received Signal Level), sinyal menjadi semakin kuat. Semakin rendah RSL (Received Signal Level), sinyal menajdi semakin lemah dan rentan terhadap error. Saat fading terjadi, RSL (Received Signal to Level) bisa turun secara tiba tiba yang menyebabkan sinyal tidak terbaca dengan jelas oleh penerima. Teknik diversity bisa menjaga RSL (Received Signal to Level) tetap stabil, karena sinyal dari jalur alternatif bisa menggantikan sinyal yang lemah. RSL (Received Signal to Level) juga dapat mempengaruhi SNR (Signal to Noise Ratio).
SNR (Signal to Noise Ratio) adalah perbandingan antara kekuatan sinyal dengan kekuatan noise. Fading dapat menurunkan SNR (Signal to Noise Ratio), karena sinyal semakin lemah sementara noise tetap, dengan teknik combining dalam diversity membantu menaikkan SNR (Signal to Noise Ratio) kembali. Semakin besar SNR (Signal to Noise Ratio), kualitas sinyal semakin baik. Semakin kecil SNR (Signal to Noise Ratio), tingkat error semakin naik, sehingga sinyal sulit dibedakan dari noise. Jika SNR (Signal to Noise Ratio) menurun, maka sistem komunikasi akan mengalami pengingkatan BER (Bit Error Rate).
BER (Bit Error Rate) adalah jumlah bit diterima salah, dan bit yang diterima tidak sesuai dengan bit yang dikirim. BER (Bit Error Rate) dipengaruhi oleh SNR (Signal to Noise Ratio), dan RSL (Received Signal Level). Semakin kecil BER (Bit Error Rate), semakin aandal sistem komunikasi. Pada sistem komunikasi gelombang mikro, nilai BER (Bit Error Rate) yang bagus ialah nilai BER (Bit Error Rate) yang rendah. Unavailability adalah kebalikan dari availability, yaitu kondisi ketika sistem komunikasi tidak dapat berfungsi dengan baik, karena sinyal tidak sampai atau tidak dapat diterima dengan benar. Penyebabnya bisa bermacam macam, seperti BER (Bit Error Rate) terlalu tinggi, RSL (Riceived Signal Level) terlalu rendah, noise atau interferensi yang terlalu berat, gangguan perangkat. Space Diversity dapat mengurangi pengaruh multipath fading pada komunikasi radio Line of Sight (LOS), dan mampu meningkatkan availability hingga 99,995%. Availability dan Unavailibility dapat dihitung secara matematis ketika menggunakan metode diversity dan tanpa metode diversity dengan beberapa rumus untuk menunjukkan perbedaan nilai Availability dan Unavailability
1. Perhitungan tanpa metode diversity
a) Unavailability tanpa metode diversity
ππ (%) = 6 × 10−5 ⋅ π ⋅ π ⋅ π ⋅ π 3 ⋅ 10− πΉ / 10
Dimana:
• π = factor kekasaran tanah
• π = factor iklim
• π = frekuensi dalam GHz
• π = Panjang lintasan dalam km
• πΉ = fading margin (dB) b) Availability tanpa metode diversity
π΄π£ππππππππππ‘π¦ = 100% − ππ(100%)
2. Dengan metode diversity
Unavailability berkurang dengan adanya improvement factor
ππππ£πππππππππ‘π¦ππππππ πππ£πππ ππ‘π¦ = ππππ£πππππππ‘π¦π‘ππππ πππ£πππ ππ‘π¦ / πΌπ
Dimana:
• Is: Improvement factor
Contoh penerapan rumus - rumus diatas:
Diketahui:
▪ Frekuensi = 7,5 GHz
▪ Panjang lintasan = 45,83 km
▪ Fading margin = 30,95 dB
▪ Tanah = halus (a = 4)
▪ Iklim = panas (b = 0,5)
▪ Is = 10
Ditanya: Hitung availability dan unavailability ketika menggunakan metode diversity dan tanpa metode diversity pada teknik space diversity
Jawaban: a) Tanpa Space Diversity
ππ = 6 ⋅ 10−5 ⋅ 4 ⋅ 0,5 ⋅ 7,5 ⋅ (45,83) 3 ⋅ 10 −30,95 / 10 = 0,00025%
ππππ£πππππππππ‘π¦ = 0,00025%
π΄π£πππππππππ‘π¦ = 100% − 0,00025% = 99,99975%
b) Dengan Space Diversity
ππππ£πππππππππ‘π¦ = 0,00025% / 2,5 = 0,0001%
π΄π£πππππππππ‘π¦ = 100% − 0,0001% = 99,99990%
Hasil dari perhitungan diatas, kehandalan tanpa diversity lebih rendah daripada dengan diversity, meskipun hanya selisih 0,00015% tetapi teknik space diversity dapat meningaktkan RSL (Received Signal Level) dan menurunkan unavailability Untuk membuktikan bahwa diversity berpengaruh lebih besar, bisa dibandingkan dengan kondisi fading yang lebih parah seperti jalur yang lebih panjang, frekuensi yang lebih rendah, iklim yang lebih ekstrem, dan sebagainya. Kesimpulan Metode diversity menjadi solusi penting untuk mengatasi fading dalam sistem komunikasi gelombang mikro, baik pada kondisi lintasan LOS (Light of Sight maupun tanpa lintasan LOS (Light of Sight). Dengan menggunakan lebih dari satu jalur atau lebih dari satu teknik penerimaan sinyal dan menambahkan perangkat combiner pada sisi penerima pada teknik space diversity untuk menghasilkan sinyal terbaik dan sinyal yang berkualitas. Metode diversity membantu menjaga kestabilan RSL (Received Signal Level), menurunkan BER (Bit Error Rate), dan meningkatkan sistem availability dan menurunkan nilai unavailability. Dengan perhitungan matematis yang sudah telah dicoba menggunakan rumus rumus diatas, membuktikan bahwa metode diversity dengan teknik space diversiy dapat menurunkan nilai Unavailability, meskipun hanya menurunkan 0,00015%. Dengan penerapan metode dengan tepat, sistem komunikasi dapat mencapai kinerja optimal dan tetap handal meskipun dihadapkan pada gangguan propagasi maupun lingkungan.
Referensi
xxxxDaftar Bab 5xxx.pdf
xxxxDaftar Bab 2xxx.pdf - Google Drive
xxxxDaftar Bab 5xxx.pdf - Google Drive
SISTEM KOMUNIKASI RADIO GELOMBANG RADIO
Pengaruh+Space+Diversity+Terhadap+Peningkatan+Availability+pada+Jari ngan+Microwave+Lintas+Laut+dan+Lintas+Pegunungan.pdf
kasafa,+Journal+manager,+05.Naskah+6+-+Ahmad+Ahasyim.pdf
2852200381-Undergraduate_Thesis.pdf
https://journal.unnes.ac.id/nju/index.php/jte/article/viewFile/1559/1735
IT: device to device communication: 2.8 Attenuation and distortion | OpenLearn - Open University
Gambar 1. Tutorial: What is line of sight and how to verify it?
Gambar 2. Gambar 2. Multipath Fading pada link microwave (Freeman, 2007) | Download Scientific Diagram
Gambar 3. Polarization, if we don’t transmit a polarized wave, we will waste signal power
Gambar 4. Block diagram of a wide-band frequency-diversity receiver system, using... | Download Scientific Diagram
BIODATA
Nama : Ocha Meilyna Rochim
NIM : 244101060017
Institusi : Politeknik Negeri Malang
Jurusan : Teknik Elektro
Program Studi : Jaringan Telekomunikasi Digital
Kelas : 1F
