SPACE DIVERSITY

Bagi perencana sistem komunikasi radio, pengaruh kondisi lingkungan di sekitar lintasan radio terhadap kualitas penerimaan sinyal merupakan pertimbangan utama dalam desain. Sebagai contoh, pada komunikasi ponsel di lingkungan dengan gedung-gedung tinggi seperti yang banyak dijumpai di pusat kota besar, gelombang radio dari base station bisa merambat sampai ke ponsel melalui berbagai lintasan. Salah satu dari lintasan tersebut, umpamanya, berupa garis lurus fiktif yang menghubungkan langsung antena pemancar dan penerima. Besarnya energi yang sampai ke penerima melalui lintasan langsung ini bergantung pada jarak antara pemancar dan penerima, serta ada-tidaknya benda penghalang seperti gunung, gedung, atau obyek lainnya di antara kedua pihak. Makin jauh jarak antara kedua pihak, apalagi jika pandangan langsung antara keduanya terhalang oleh suatu obyek, makin kecil pula energi yang tersisa yang sampai pada penerima melalui lintasan langsung ini. Namun masih terdapat lintasan-lintasan perambatan lainnya, seperti lintasan yang disebabkan oleh proses pemantulan atau hamburan oleh permukaan tanah maupun dinding-dinding gedung, serta proses difraksi di mana arah lintasan gelombang radio seolah menikung pada sudut gedung.

Gelombang-gelombang yang merambat melalui berbagai lintasan ini akan terdeteksi bersama-sama sebagai satu sinyal oleh penerima. Apabila gelombang-gelombang yang datang ini memiliki fase yang sama, maka akan dideteksi daya sinyal yang besar hasil jumlahan daya setiap komponen sinyal yang datang. Namun, sering pula terjadi bahwa daya sinyal yang diterima menjadi sangat kecil karena sinyal-sinyal yang datang memiliki fase yang berbeda atau bahkan berlawanan sama sekali. Fenomena variasi daya karena penjumlahan sinyal ini biasa disebut multipath fading. Pada sistem ponsel, di mana perangkat pemancar dan penerima bergerak bersama si pelanggan yang membawanya, daya sinyal yang diterima akan berfluktuasi dengan penurunan daya yang bisa melebihi ambang batas yang ditoleransi oleh perangkat penerima.

Untunglah bahwa jika pada penerima digunakan dua antena atau lebih dengan jarak spasi yang cukup berjauhan, space diversity, maka fenomena multipath fading ini dapat diantisipasi. Teknik ini bekerja berdasarkan anggapan bahwa pada dua antena yang berbeda dan terpisah oleh spasi yang cukup besar, fading yang terjadi tidak berkorelasi. Artinya, jika salah satu antena mengalami pelemahan sinyal karena multipath fading, maka antena yang lain belum tentu mengalami hal yang sama. Oleh karena itu, semakin banyak antena yang digunakan, semakin efektif pula sistem ini bekerja melawan fading. Suatu unit penggabung (combiner) kemudian bertugas menggabungkan sinyal dari berbagai antena tersebut dengan kriteria tertentu.

Beberapa teknik penggabungan yang sederhana biasanya hanya akan memilih sinyal dengan daya tertinggi, biasa disebut penggabung selektif (selective combiner), atau menjumlahkan sinyal dari semua antena dengan sama rata, biasa disebut penggabung berbobot sama (equal gain combiner). Namun, penggabung yang optimal bekerja dengan prinsip yang lebih canggih: sebelum dijumlahkan, sinyal dari antena dengan daya atau S/N yang besar dikalikan dengan faktor pengali yang besar, sebaliknya sinyal yang lemah atau S/N kecil dikalikan dengan faktor yang kecil pula, suatu teknik yang disebut maximal-ratio combining. Dengan demikian, diterapkan konsep bahwa sinyal yang terkumpul dari semua cabang antena akan seluruhnya dimanfaatkan, namun sinyal dengan kualitas yang lebih baik akan diberi pembobot yang lebih besar, demikian pula sebaliknya. Tujuan akhirnya adalah untuk memperoleh sinyal keluaran dengan rasio S/N yang maksimal.

Melawan fading bukanlah satu-satunya hal yang bisa dikerjakan oleh sistem penerima yang memiliki lebih dari satu antena. Sistem yang tersusun dari sejumlah antena ini, atau yang biasa disebut sebagai antena larik atau array, bisa pula digunakan untuk menekan interferensi dari pemancar yang tidak dikehendaki yang beroperasi pada frekuensi yang sama, seperti yang lumrah terjadi pada sistem telepon bergerak seluler terutama yang berbasis CDMA. Malahan sistem array seperti ini, jika dilengkapi dengan kemampuan beradaptasi, akan mampu dengan pintar mencari, memilih, dan mengikuti pemancar yang dia inginkan, serta menekan sinyal-sinyal dari pemancar lain yang tidak diinginkan. Sistem antena cerdas (smart antenna) seperti ini bisa terwujud jika keluaran dari setiap terminal antena larik pada base station dibaca secara periodik dan diolah oleh sebuah unit pengolah sinyal, sedemikian hingga array selalu bisa mengatur pola radiasi dengan sorotan maksimum ditujukan ke lokasi pelanggan yang diinginkan dan minimum ditujukan ke pelanggan-pelanggan lainnya. Jika teknik begini digabungkan dengan sistem akses CDMA-di mana setiap ponsel yang dilayani oleh base station yang sama memang menggunakan pita frekuensi yang sama sehingga base station akan menerima sinyal yang tumpang tindih dari para pelanggan-maka akan diperoleh kombinasi teknik akses yang disebut CDMA/SDMA (yang terakhir ini kepanjangan dari space division multiple access). Akibatnya sudah jelas, jumlah ponsel yang bisa terlayani oleh sebuah base station yang mencakup area sel yang sama akan meningkat tajam, bahkan menurut prediksi untuk kondisi ideal bisa mencapai lebih dari dua kali lipat.

Elemen kecerdasan yang dimiliki sebuah antena array tidak muncul dengan sendirinya, namun dikendalikan oleh sebuah unit pengolah sinyal yang menerima dan mengolah sinyal dari semua antena yang menjadi elemen array sedemikian hingga diperoleh satu sinyal keluaran dengan kondisi yang diinginkan. Unit ini melaksanakan pengolahan sinyal dalam dua dimensi, yaitu dimensi ruang dan dimensi waktu. Pemanfaatan dimensi ruang diwujudkan dengan menggunakan sinyal-sinyal yang diterima oleh sejumlah antena untuk menekan interferensi antarpemancar yang berbeda. Sementara dalam dimensi waktu, sederetan simbol yang diterima secara beruntun dapat dimanfaatkan dalam proses penekanan interferensi antarsimbol yang berurutan.

Nantinya, dengan kemajuan pesat di bidang teknologi chip kecepatan tinggi yang programmable, perangkat pemancar atau penerima dengan kemampuan seperti ini dapat dikonfigurasi atau malah diprogram ulang dengan cepat dan mudah, mulai dari tahap awal berupa digitasi dan pengodean sinyal informasi, sampai pada sistem antenanya, cukup dengan memprogram rantai pengolahan sinyalnya dalam sebuah chip. Ini yang kelak akan menuju terwujudnya teknologi radio berbasis perangkat lunak, atau yang lazim disebut sebagai software radio. Perkembangan menuju teknologi radio perangkat lunak ini termasuk salah satu faktor yang memicu dan memacu perkembangan teknologi perangkat komunikasi nirkabel, lengkap dengan sistem antena cerdasnya.