Dalam sekumpulan pengguna yang banyak dan pengganggu, hal ini memperparah situasi yang buruk dimana sinyal-sinyal tersebut yang tidak menemukan pengguna
yang dimaksudkan menjadi gangguan untuk pengguna lain yang berada di sel yang sama atau berdampingan. Dalam aplikasi uplink pengguna ke base station, antena
omnidirectional menawarkan tidak ada gain istimewa untuk sinyal-sinyal dari pengguna-pengguna yang dilayani. Dengan kata lain, pengguna harus memancarkan
energi sinyal yang mampu bersaing. Juga, pendekatan elemen tunggal ini tidak dapat menolak secara selektif sinyal-sinyal gangguan dari sinyal-sinyal pengguna yang
dilayani dan tidak mempunyai peringanan multipath ruang atau kemampuan penyeimbang. Oleh karena itu, strategi omnidirectional secara langsung dan
berlawanan dengan efisiensi spectral, membatasi penggunaan kembali frekuensi. Batasan-batasan dari teknologi antena penyiaran ini yang berkenaan dengan kualitas,
kapasitas, dan cakupan geografis dari sistem wireless mendesak sebuah evolusi dalam desain fundamental dan peran dari antena dalam sistem wireless.
3.2.2 Antena Directional dan Sistem Tersektor
Sebuah antena dapat juga dibangun untuk memiliki arah-arah pengiriman dan penerimaan tertentu yang telah ditetapkan. Sistem antena tersektor mengambil area
selular tradisional dan membaginya kedalam sektor-sektor yang dicakup dengan menggunakan antena directional yang ditinjau dari lokasi base station yang sama,
seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3.3. Secara operasional, masing-masing sektor diperlakukan seperti sebuah sel yang berbeda dalam suatu sistem, dimana daerah
jangkauannya dapat lebih besar daripada seperti pada kasus omnidirectional, karena daya dapat difokuskan ke area yang lebih sempit. Ini biasanya ditunjukkan sebagai
Universitas Sumatera Utara
gain elemen antena. Tambahan, sistem antena tersektor meningkatkan kemungkinan penggunaan ulang dari sebuah kanal frekuensi dalam suatu sistem selular dengan
mengurangi gangguan yang berpotensial melewati sel asal. Akan tetapi, karena masing-masing sektor menggunakan frekuensi yang berbeda untuk mengurangi
gangguan co-channel, handoff handover antara sektor diperlukan. Sektor yang lebih sempit memberikan performa yang lebih baik dari sistem tersebut, namun hal
ini akan menghasilkan handoff yang banyak. Sementara sistem antena tersektor memperbanyak penggunaan dari kanal-
kanal, mereka tidak mengatasi kerugian utama dari standar antena omnidirectional seperti penyaringan dari sinyal-sinyal ganggunan yang tidak diinginkan dari sel-sel
berdampingan [10].
Gambar 3.3 Sistem Antena Tersektor dan Bentuk Cakupan
3.2.3 Sistem Diversitas
Sistem komunikasi wireless dibatasi dalam performa dan kapasitas oleh tiga kelemahan utama seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3.4. Yang pertama adalah
multipath fading, yang disebabkan oleh lintasan yang banyak yang ditempuh oleh sinyal yang dipancarkan untuk mencapai antena penerima. Sinyal-sinyal dari lintasan
Universitas Sumatera Utara
ini ditambah dengan phasa yang berbeda, menghasilkan amplituda dan phasa sinyal yang diterima berubah berbeda dengan lokasi, arah, dan polarisasi antena juga
dengan waktu dengan pergerakan dalam lingkungan [9].
Gambar 3.4 Kelemahan-kelemahan Sistem Wireless
Kelemahan yang kedua adalah delay spread, dimana perbedaannya adalah penundaan propagasi diantara lintasan yang banyak. Ketika lebarnya penundaan
melebihi kira-kira 10 persen dari durasi simbol, gangguan intersimbol yang signifikan dapat terjadi, yang membatasi kecepatan data maksimum. Kelemahan
yang ketiga adalah co-channel interference. Sistem selular membagi kanal-kanal
Universitas Sumatera Utara
frekuensi yang tersedia kedalam kumpulan-kumpulan kanal, menggunakan satu kumpulan kanal tiap sel, dengan penggunaan ulang frekuensi. Inilah yang
menyebabkan co-channel interference. Untuk level gangguan co-channel yang ditentukan, kapasitas dapat dinaikkan dengan menyusutkan ukuran sel, tetapi dengan
penambahan base station. Ada tiga cara untuk menyediakan gain diversitas, yaitu: i ruang spatial,
ii polarisasi, dan iii sudut diversitas. i Untuk diversitas ruang, antena-antena dipisahkan cukup jauh untuk korelasi
fading yang rendah. Pemisahan yang diperlukan tergantung pada lebar sudutnya, yang mana adalah sudut dimana sinyal sampai pada antena penerima. Dengan
handset, yang biasanya dikelilingi dengan objek-objek yang lain, lebar sudutnya tipikal 360
, dan jarak pisah seperempat panjang gelombang dari antena sudah cukup. Ini juga berlaku untuk antena-antena base station dalam sistem indoor. Untuk sistem
oudoor dengan antena-antena base station yang tinggi, lebar sudutnya mungkin hanya beberapa derajat saja walaupun dapat jauh lebih tinggi dalam area urban, dan
pemisahan horizontal sebesar 10-20 panjang gelombang diperlukan, dan hal ini yang membuat ukuran dari susunan antena menjadi sebuah persoalan.
ii Untuk diversitas polarisasi, dua polarisasi orthogonal digunakan yang sering adalah ± 45
. Polarisasi-polarisasi orthogonal ini memiliki korelasi yang rendah, dan antena dapat memiliki profil yang kecil. Akan tetapi, diversitas polarisasi hanya
dapat menggandakan diversitas, dan untuk antena base station yang tinggi, polarisasi horizontal menjadi 6-10 dB lebih lemah daripada polarisasi vertikal, yang
mengurangi gain diversitas.
Universitas Sumatera Utara
iii Untuk diversitas sudut, beam-beam sempit yang berdekatan yang digunakan. Profil antenanya adalah kecil, dan beam-beam yang berdekatan biasanya memiliki
korelasi fading yang rendah. Akan tetapi, dengan lebar sudut yang kecil, ketika sinyal yang diterima sebagian besar sampai pada satu beam, beam-beam yang
berdekatan memiliki level sinyal yang diterima lebih dari 10 dB lebih lemah daripada beam yang terkuat, menghasilkan gain diversitas yang kecil.
Gambar 3.5 menunjukkan tiga pilihan diversitas antena dengan empat elemen antena untuk sebuah sistem tersektor 120
. Gambar 3.5 a menunjukkan diversitas ruang dengan jarak kira-
kira tujuh panjang gelombang 7λ antara elemen-elemen 3,3 m pada 1900 MHz. Sebuah elemen antena khas memiliki gain 18 dBi dengan
65 beamwidth horizontal dan 8
beamwidth vertikal. Gambar 3.5 b menunjukkan dua antena polarisasi rangkap dua, dimana antena-antena tersebut dapat berjarak
se mpit λ2 untuk menyediakan kedua diversitas sudut dan polarisasi di dalam profil
yang kecil, atau berjarak lebar 7λ untuk menyediakan kedua diversitas ruang dan polarisasi. Elemen-elemen antena yang ditunjukkan adalah antena-antena polarisasi
dengan kemiringan 45 , yang juga biasa digunakan, daripada antena terpolarisasi
vertikal dan horizontal. Akhirnya, Gambar 3.5 c menunjukkan susunan terpolarisasi vertikal berjarak sempit λ2, yang menyediakan diversitas sudut dalam sebuah
profil yang kecil.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.5 Pilihan diversitas antena dengan empat elemen: a diversitas ruang
b diversitas polarisasi dengan diversitas sudut dan ruang c diversitas sudut
Diversitas menawarkan perbaikan dalam kekuatan sinyal diterima yang efektif dengan menggunakan salah satu dari dua metode berikut ini [11]:
• Switched diversity. Anggap bahwa paling sedikit satu antena akan berada
dalam suatu lokasi yang baik tepat pada suatu waktu, sistem ini secara berkesinambungan berganti diantara antena-antena menghubungkan masing-
masing kanal penerimaan ke antena pelayanan yang terbaik sehingga selalu menggunakan elemen dengan daya sinyal yang paling tinggi.
• Diversity combining. Pendekatan ini memperbaiki phasa yang salah dalam
dua sinyal multipath dan secara efektif menggabungkan daya dari kedua sinyal untuk menghasilkan gain.
Gambar 3.6 menunjukkan kedua metode di atas.
Universitas Sumatera Utara
a
b
Gambar 3.6 Metode Perbaikan Diversitas: a Switched Diversity
b Combined Diversity
Antena-antena diversitas bergantian beroperasi dari satu elemen yang bekerja ke elemen yang lain. Walaupun pendekatan ini mengurangi besar multipath fading,
manfaatnya dari satu elemen pada satu waktu tidak menawarkan peningkatan uplink gain lebih dari pendekatan elemen tunggal yang lain. Sistem diversitas dapat berguna
pada lingkungan-lingkungan dimana fading adalah mekanisme yang dominan untuk
Universitas Sumatera Utara
penurunan siyal. Dalam lingkungan dengan interferensi yang signifikan, bagaimanapun, strategi sederhana dari penguncian sinyal terkuat atau penyulingan
daya sinyal maksimum dari antena jelas tidak tepat dan dapat menghasilkan penerimaan bersih dari sebuah pengganggu dengan mengorbankan sinyal yang
diinginkan. Kebutuhan untuk memancarkan ke banyak pengguna lebih efisien tanpa penggabungan permasalahan interferensi menuntun kepada tahap selanjutnya dari
evolusi sistem antena yang secara cerdas mengintegrasikan operasi bersama dari elemen-elemen antena diversitas.
3.3 Smart Antenna
