18 - AVAILABILITY

Availability atau yang biasa disebut ketersediaan adalah ukuran kemampuan suatu sistem atau komponen untuk beroperasi dengan benar selama periode tertentu. Secara umum, availability sering diartikan sebagai persentase waktu sistem dapat beroperasi secara normal dalam periode waktu tertentu. Misalkan salah satu contoh, jika sebuah layanan online beroperasi penuh 364 hari dalam satu tahun, maka availabilitasnya sekitar 99,7%. Dalam konteks teknik dan rekayasa sistem, availability mencakup pengaruh keandalan (reliability) dan kemampuan pemeliharaan (maintainability). Keandalan mengukur kemungkinan sistem berfungsi tanpa kegagalan untuk jangka waktu tertentu, sedangkan maintainability mengukur kemampuan sistem untuk segera kembali pulih setelah kegagalan. Karena itu, availability merupakan ukuran hasil kerja sistem yang mencerminkan efek gabungan dari keandalan dan pemeliharaan. Dengan kata lain, availability menilai seberapa sering sistem memenuhi fungsinya sesuai kebutuhan meski terjadi gangguan atau kerusakan, dengan mempertimbangkan waktu perbaikan komponen. Pentingnya Availability dalam Berbagai Sektor Availability (ketersediaan) sangat penting dalam beragam sektor industri karena berdampak langsung pada keandalan layanan dan kepuasan pengguna. Misal contoh, dalam telekomunikasi dan sistem komunikasi radio, availability harus sangat tinggi agar layanan dapat diandalkan oleh pengguna. Link microwave atau radio point-to-point sering dituntut memiliki tingkat availabilitas melebihi 99,99% untuk memastikan gangguan layanan yang sangat jarang. Sektor lain seperti pembangkit listrik, pabrik kimia, dan transportasi udara juga mengandalkan availability tinggi untuk mencegah kerugian besar apabila sistem terganggu. Dalam contoh yang sederhana, jika sebuah sistem bergantung pada dua komponen independen masing-masing dengan availabilitas 99,99%, maka availabilitas gabungannya turun menjadi sekitar 99,97%. Ini menekankan betapa pentingnya redundan serta toleransi kegagalan. Teknik Peningkatan Availability Beberapa teknik yang umum digunakan untuk meningkatkan ketersediaan sistem komunikasi radio: 

• System Redundancy (Redundansi Sistem): Menyediakan peralatan cadangan (redundan) agar kegagalan suatu komponen tidak memutus layanan. Misalnya, penggunaan ring self-healing dalam jaringan microwave memastikan jika satu titik gagal, jalur alternatif segera aktif. Redundansi juga dapat berupa cadangan atau salinan dari perangkat keras, router ganda, atau power supply cadangan. 

• Fade Margin (Cadangan Daya): Menambah power budget melebihi kebutuhan minimum untuk mengkompensasi ketidakstabilan sinyal. Fade margin adalah level daya penerima di atas ambang minimum kebutuhan sistem. Fade margin yang memadai akan mengurangi peluang sinyal berada di bawah ambang selama fading sementara, sehingga meningkatkan path availability. Sebagai contoh, jika perhitungan link menunjukkan penerima memerlukan -80 dBm untuk performa minimum, dan link budget mememenuhi -50 dBm pada kondisi rata-rata, maka fade margin sebesar 30 dB memberikan jaminan margin keamanan terhadap fading tak terduga. 

• Adaptive Equalizer: Dalam sistem komunikasi digital, equalizer adaptif pada penerima digunakan untuk mengkompensasi intersymbol interference akibat multipath (fading selektif). Dengan penyesuaian parameter kanal secara real-time, equalizer memperbaiki sinyal teredam dan mempertahankan kinerja link di bawah kondisi fading selektif, sehingga meningkatkan path availability. 

• Technique Diversity: Penggunaan technique diversity (teknik diversitas) sinyal secara simultan adalah cara efektif untuk meningkatkan kedua tipe availability. Diversitas melibatkan pengiriman dan atau penerimaan beberapa saluran yang terpisah dan tidak bergantung satu sama lain secara paralel, sehingga peluang semua saluran terjatuh simultan sangat kecil. Teknik diversitas secara otomatis memberikan redundansi pada jalur propagasi dan peralatan penerima. 

Konsep Diversity dalam Komunikasi Radio 

Diversitas adalah teknik untuk menangani fading dengan menggunakan lebih dari satu saluran independen. Secara sederhana, jika satu saluran mengalami fading yang sangat parah, saluran lainnya diharapkan tetap kuat. Dengan memilih atau menggabungkan beberapa saluran, keandalan link meningkat. Dalam sistem komunikasi radio modern, hampir semua link jauh mengaplikasikan diversitas. Berbagai bentuk diversitas yang umum antara lain: 

• Diversitas Ruang (Space Diversity): Menggunakan dua atau lebih antena penerima (atau pemancar) yang terpisah secara fisik pada jarak tertentu. Karena gelombang multipath menghasilkan variasi ruang, antena-antena terpisah tersebut mengalami kondisi kanal berbeda (phase atau amplitude yang berbeda). Strategi umumnya adalah selection diversity, di mana penerima memilih sinyal yang paling kuat dari sekumpulan antena. Dengan demikian rata-rata output sinyal akan meningkat dibanding hanya satu antena. Sebagai contoh, pada praktikum komunikasi, penggunaan dua antena vertikal pada 11 m dan 17 m dari reflektor menghasilkan variasi sinyal yang saling melengkapi. Saat satu antena melewati deep fade, antena lain dapat berada pada puncak, sehingga setelah pemilihan terkuat rata-rata output sinyal lebih tinggi. Alternatif lain adalah combining (pembobotan dan penjumlahan sinyal dari semua antena) untuk meningkatkan Signal noice ratio (SNR) lebih lanjut. 

Gambar 1. Skema Space Diversity (Diversitas Ruang) 

Gambar 2. Skema Space Diversity (Diversitas Ruang) dengan Hot Standby Transmitter 

• Diversitas Frekuensi (Frequency Diversity): Mengirimkan sinyal informasi yang sama pada dua atau lebih frekuensi carrier yang berbeda. Karena tiap frekuensi mengalami fading yang tidak sepenuhnya sama, kemungkinanya tinggi bahwa tidak semua saluran akan mengalami fade secara bersamaan. Pemancar menyiarkan salinan data pada frekuensi yang berbeda (biasanya dipisahkan cukup jauh, misalnya lebih besar dari 2–5% dari frekuensi pusat) dan penerima memilih atau menggabungkan sinyal terbaik. Misalnya, pada transmisi satelit atau seluler, pengiriman dual-band (misalnya pada band A dan B) dapat meningkatkan kemungkinan sinyal diterima dengan baik dibandingkan jika hanya menggunakan satu band saja. Frequency diversity sering diimplementasikan melalui teknik frequency hopping atau spread spectrum untuk mendapatkan efektivitas yang serupa. 

Gambar 3. Skema Frequency Diversity (Diversitas Frekuensi) 

• Diversitas Sudut (Angle Diversity): Mengirim atau menerima sinyal pada dua atau lebih sudut dari arah antena yang berbeda. Teknik ini terutama digunakan pada sistem penyiaran troposferik atau mikro yang melibatkan reflektor dari lingkungan. Dengan memancarkan beberapa gelombang pada sudut berbeda, jalur propagasi yang dihasilkan juga berbeda (berbeda lintasan dan hamburan), sehingga peluang semua gelombang mengalami fade bersama menjadi kecil. Pada praktiknya, ini diimplementasikan dengan antena pemindai (steerable beam) atau beberapa antena arah yang diarahkan ke sumber multipath berbeda. 

• Diversitas Waktu (Time Diversity): Memanfaatkan pengiriman ulang sinyal yang sama pada waktu yang berbeda. Misalnya, dalam komunikasi digital dapat digunakan interleaving dan pengkodean ulang, atau repetition coding, di mana tiap simbol atau frame ditransmisikan beberapa kali (biasanya dengan jeda waktu yang kurang dari waktu kestabilan kanal). Dengan demikian, jika satu transmisi kebetulan terjadi pada saat fading, transmisi berikutnya mungkin terjadi saat kondisi lebih baik. Ini meningkatkan peluang sinyal diterima minimal satu kali dengan baik. 

• Diversitas Polarisasi (Polarization Diversity): Memanfaatkan gelombang dengan dua polarisasi berbeda (misalnya horizontal dan vertikal) untuk jalur terpisah. Fading dapat berbeda tergantung pada orientasi medan listrik gelombang. Dengan memancarkan atau menerima sinyal menggunakan dua antena yang polarisasinya ortoghonal, maka kedua saluran bisa dianggap tidak terlalu berpengaruh oleh kondisi atau kualitas sinyal di saluran lainnya. Contohnya, suatu sinyal dapat dipancarkan dengan polarisasi horizontal dan vertikal secara terpisah. Di sisi penerima (biasanya sisi basis seluler atau satelit), antena ganda cross-polarized menerima masing masing polarisasi. Keuntungan utama dari polarisasi diversity adalah efisiensi penggunaan lahan (dua jalur lewat satu antena berbasis diverter polarisasi) dan efektivitas dalam kondisi gerakan. Namun, polarisasi diversity hanya menyediakan dua kanal dan seringkali tingkat independensi kanalnya lebih rendah daripada diversitas ruang atau frekuensi. Meski begitu, karena implementasinya relatif sederhana, teknik ini banyak digunakan di stasiun pangkalan seluler. Dengan menerapkan diversitas ini, keandalan koneksi radio meningkat signifikan. Misalnya, diversitas ruang dua cabang saja dapat mengurangi kebutuhan fade margin dan meningkatkan rata-rata SNR tautan. Diversitas tambahan (tiga atau empat cabang) dapat lebih lanjut mengurangi resiko kegagalan komunikasi (outage). Teknik diversitas adalah bentuk redundansi jalur komunikasi yang sangat efektif karena tidak memerlukan daya pemancar atau bandwidth ekstra (hanya memanfaatkan saluran independen). 

Penerapan pada Sistem Radio Line-of-Sight 

Dalam sistem komunikasi gelombang mikro dengan jalur langsung (Line-ofSight/LOS), ketersediaan (availability) menjadi faktor yang sangat penting. Untuk memahami penerapannya, berikut ilustrasi sederhananya: Contoh Kasus: Dua terminal radio gelombang mikro Line Of Sight (LOS) berjarak tertentu (misalnya 10 km) menggunakan antena dish berkeuntungan tinggi (misalnya 40,30 dBi) di lingkungan datar dan iklim panas. Dari perhitungan link budget diperoleh fade margin sebesar 30,95 dB. Pertanyaan: berapakah nilai path availability tanpa diversitas? Kemudian, jika dipasang antena diversitas di kedua ujung (misal dua antena dengan ketinggian sedikit berbeda), berapa faktor peningkatan diversitas ruang? Berapa path availability hasil diversitas tersebut? Untuk menghitung path availability, diperlukan informasi statistik fading, seperti model Rayleigh atau rekomendasi ITU-R. Misalnya, jika kemungkinan sinyal mengalami pelemahan melebihi fade margin 30,95 dB pada bulan terburuk adalah 10−6 , maka ketersediaan jalur bulan tersebut adalah: 𝑅 = 1 − 10−6 ≈ 99,9999% Dengan penerapan diversitas ruang (Space Diversity), misalnya dua antena dengan ketinggian berbeda, probabilitas outage dapat ditekan. Diversitas ruang dua cabang mampu menambah rata-rata SNRhingga sekitar 2,08 kali lipat atau sekitar 3,17 dB. Berarti peningkatan signifikan pada path availability. Setelah perhitungan manual, dilakukan validasi melalui simulasi software seperti Pathloss. Hasil simulasi umumnya mendekati hasil teoritis dan melengkapi informasi link budget. 

Sebagai tambahan, pada sistem Line Of Sight (LOS), teknik diversitas juga dapat digunakan di sisi penerima. Misalnya dengan Selection Combining (SC), yaitu memilih sinyal dari antena dengan SNR tertinggi. Dalam konfigurasi 4 antena dengan rata-rata SNR 20 dB dan ambang deteksi 10 dB, probabilitas terjadinya sinyal di bawah ambang bisa dihitung menggunakan distribusi Rayleigh: 

𝑃𝑜𝑢𝑡𝑎𝑔𝑒 = (1 − 𝑒 −𝛾𝑆 /𝛤 ) 𝑀 

Dengan Γ = 100 (20 dB), 𝛾𝑆 = 10, dan M = 4, maka 𝑃𝑜𝑢𝑡𝑎𝑔𝑒 ≈ 8,2 × 10−5 atau sekitar 0,0082%. Artinya, kemungkinan semua cabang mengalami fading bersamaan sangat kecil, sehingga availability meningkat secara nyata. 

Teknik lain seperti Equal-Gain Combining (EGC) dan Maximal-Ratio Combining (MRC) menggabungkan sinyal dari semua antena, bukan hanya memilih satu. EGC menyamakan fase tiap sinyal lalu menjumlahkannya, sementara MRC memberikan bobot sesuai kualitas kanal. MRC secara teoritis memberikan SNR paling tinggi dan paling optimal saat mengalami fading. 

Teknik Combining (Selection, EGC, MRC) 

Dalam sistem komunikasi radio yang menerapkan teknik diversitas, langkah penting berikutnya adalah proses penggabungan sinyal di sisi penerima, yang dikenal dengan istilah combining. 

Gambar 4. Bentuk Umum Teknik Kombinasi 

Teknik ini bertujuan untuk mengoptimalkan kualitas sinyal output dengan memanfaatkan semua cabang sinyal yang tersedia dari teknik diversitas seperti space diversity, frequency diversity, atau polarization diversity. Ada beberapa teknik combining yang umum digunakan, yaitu: 

Selection Combining (SC) 

Selection Combining merupakan metode paling sederhana dalam penggabungan sinyal. Dalam teknik ini, perangkat penerima hanya memilih satu sinyal terbaik dari sekumpulan sinyal yang diterima oleh beberapa antena. Sinyal terbaik ditentukan berdasarkan kualitasnya, seperti tingkat kekuatan sinyal atau rasio antara sinyal dan gangguan, sedangkan sinyal yang tidak terpilih tidak digunakan dalam proses pengolahan data. 

Kelebihan utama dari teknik ini adalah kemudahan dalam implementasi, baik dari sisi perangkat keras maupun perangkat lunak. Sistem hanya perlu satu rangkaian penerima aktif karena hanya satu sinyal yang digunakan. Teknik ini sangat cocok untuk perangkat dengan keterbatasan sumber daya, seperti sistem komunikasi bergerak atau perangkat hemat energi. 

Namun, kekurangannya adalah bahwa sinyal-sinyal lain yang mungkin mengandung informasi tambahan tidak dapat dimanfaatkan. Ini bisa menjadi kerugian, terutama ketika beberapa sinyal memiliki kualitas hampir setara dan dapat memberikan hasil gabungan yang lebih baik jika digunakan bersama. Meskipun demikian, selection combining masih memberikan peningkatan keandalan yang signifikan dibandingkan sistem tanpa diversitas. 

Gambar 5. Skema Selection Combining 

Equal Gain Combining (EGC) 

Equal Gain Combining adalah teknik kombinasi yang sedikit lebih kompleks daripada selection combining. Dalam metode ini, semua sinyal yang diterima dari berbagai antena digunakan secara bersamaan. Namun, semua sinyal diberi perlakuan yang sama dari segi penguatan, sehingga masing-masing sinyal tidak dibedakan berdasarkan kekuatannya. 

Yang menjadi fokus utama dalam teknik ini adalah penyamaan fase atau arah gelombang dari semua sinyal, agar saat digabungkan menghasilkan peningkatan daya sinyal secara selaras. Dengan menyelaraskan fase antar sinyal, sistem dapat mengurangi kemungkinan terjadinya interferensi destruktif akibat perbedaan waktu tempuh atau sudut datang gelombang. 

Kelebihan dari equal gain combining adalah kemampuannya menggunakan seluruh sumber daya yang tersedia, yaitu semua sinyal dari berbagai cabang. Ini membuat sistem menjadi lebih andal dibandingkan selection combining. Di sisi lain, karena tidak membedakan sinyal berdasarkan kualitasnya, equal gain combining tidak seefisien teknik maksimal seperti Maximal-Ratio Combining (MRC) dalam meningkatkan rasio sinyal terhadap gangguan. 

Gambar 6. Skema Equal Gain Combining 

Maximal-Ratio Combining 

Maximal-Ratio Combining (MRC) merupakan teknik paling efektif dan efisien dalam meningkatkan kualitas sinyal hasil penggabungan. Berbeda dengan dua teknik sebelumnya, MRC tidak hanya menyamakan fase sinyal, tetapi juga memberikan bobot yang berbeda pada setiap sinyal tergantung seberapa baik kualitasnya. Sinyal dengan kekuatan lebih tinggi atau gangguan lebih rendah akan diberikan bobot lebih besar, sedangkan sinyal berkualitas rendah akan dikurangi kontribusinya. 

Dengan metode ini, semua sinyal dari cabang-cabang diversitas digunakan sepenuhnya. Teknik ini dapat digunakan untuk meningkatkan daya tahan sistem terhadap efek buruk fading dan interferensi. Oleh karena itu, MRC dianggap sebagai metode paling ideal dalam penggabungan sinyal, khususnya untuk sistem komunikasi yang membutuhkan tingkat reliabilitas tinggi. 

Namun, kompleksitas sistem MRC lebih tinggi dibandingkan teknik lainnya. Diperlukan pengukuran kualitas sinyal di masing-masing cabang serta sistem pemrosesan digital yang mampu menyesuaikan bobot secara dinamis. Ini berarti bahwa MRC lebih cocok digunakan pada sistem komunikasi modern seperti jaringan seluler generasi keempat dan kelima (4G dan 5G), atau pada sistem transmisi stasiun tetap yang memiliki sumber daya pengolahan besar. 

Gambar 7. Skema Maximal Ratio Combining 

Kesimpulan 

Availability adalah parameter penting dalam sistem komunikasi radio yang menunjukkan sejauh mana suatu sistem mampu menyediakan layanan secara konsisten tanpa gangguan. Untuk mencapai availability diperlukan perancangan menyeluruh yang mencakup keandalan perangkat, keandalan jalur transmisi, serta penerapan teknik peningkatan seperti redundansi, fade margin, diversitas, dan combining. Teknik-teknik tersebut membantu mengatasi gangguan seperti fading dan interferensi, sehingga sistem tetap berfungsi secara optimal. Dengan memahami dan menerapkan konsep availability secara tepat, sistem komunikasi dapat mencapai performa maksimal dan memberikan layanan yang andal dalam berbagai kondisi. 

DAFTAR PUSTAKA 

Amazon Web Services. (n.d.). Ketersediaan – Pilar Keandalan. Diakses dari https://docs.aws.amazon.com/id_id/wellarchitected/latest/reliabilitypillar/availability.html Campbell Scientific. (n.d.). Link Budget and Fade Margin. Diakses dari https://s.campbellsci.com/documents/us/technical-papers/link-budget.pdf EE Times. (n.d.). RF Basics: Diversity Techniques. Diakses dari https://www.eetimes.com/rf-basics-diversity-techniques/ Freeman, R. L. (2007). Radio System Design for Telecommunications. WileyInterscience. GaussianWaves. (2019). Receiver Diversity: Selection Combining. Diakses dari https://www.gaussianwaves.com/2019/12/receiver-diversity-selectioncombining/ GeeksforGeeks. (n.d.). Diversity and Its Types. Diakses dari https://www.geeksforgeeks.org/diversity-and-its-types/ Hudiono. (2019). Sistem komunikasi radio dan laboratorium: Diploma 3 Politeknik. Malang: Polinema Press. ITU-R. (2017). Propagation data and prediction methods required for the design of terrestrial line-of-sight systems. International Telecommunication Union, 4–7. McGill University. (n.d.). Radio Propagation & LOS Communication Notes. Diakses dari https://www.info413.ece.mcgill.ca/lecture%20note/B1%20Radio%20Propa gation%20&%20LOS%20Comm%20%5BCompatibility%20Mode%5D.pdf Pluralsight. (2022). Uptime vs. Availability: How to Measure and Improve Reliability. Diakses dari https://www.pluralsight.com/resources/blog/techoperations/uptime-availability-metrics-app-reliability UIN Sunan Gunung Djati. (n.d.). Availability dan Reliability. Diakses dari https://digilib.uinsgd.ac.id/4365/4/4_bab1.pdf UrgentComm. (n.d.). Designing Microwave Radio Links. Diakses dari https://urgentcomm.com/land-mobile-radio/designing-microwave-radiolinks/