Perkembangan jaringan nirkabel menuju generasi keenam atau 6G menuntut sistem komunikasi yang lebih cepat, berkapasitas besar, hemat energi, dan memiliki latensi sangat rendah. Kebutuhan ini semakin mendesak karena jumlah perangkat Internet of Things atau IoT terus meningkat. Perangkat IoT tidak hanya digunakan pada lingkungan rumah pintar, tetapi juga pada kota pintar, transportasi cerdas, kesehatan digital, industri, hingga sistem pemantauan lingkungan. Namun, peningkatan jumlah perangkat ini menimbulkan tantangan besar bagi jaringan 5G, terutama dalam hal efisiensi spektrum, kepadatan jaringan, biaya infrastruktur, dan kualitas cakupan sinyal. Artikel penelitian karya Chen, Widodo, Lin, dan Weng membahas solusi berbasis Reconfigurable Intelligent Surface atau RIS yang dikombinasikan dengan Non-Orthogonal Multiple Access atau NOMA untuk meningkatkan performa sistem IoT menuju 6G.

NOMA merupakan teknik akses jamak yang memungkinkan beberapa pengguna memakai sumber daya frekuensi dan waktu yang sama, tetapi dibedakan berdasarkan alokasi daya. Dalam konsep ini, pengguna yang berada jauh dari base station biasanya memperoleh alokasi daya lebih besar, sedangkan pengguna yang lebih dekat memperoleh daya lebih kecil. Teknik ini dianggap menjanjikan karena mampu meningkatkan efisiensi spektrum dan mendukung konektivitas masif. Akan tetapi, NOMA masih menghadapi kendala, terutama ketika sinyal mengalami hambatan akibat gedung, pohon, terowongan, atau objek lain yang menghalangi jalur komunikasi langsung. Kondisi ini sangat relevan pada jaringan 5G dan 6G yang menggunakan frekuensi tinggi, karena sinyal pada frekuensi tersebut lebih mudah melemah dan lebih rentan terhadap hambatan fisik.

Untuk mengatasi masalah tersebut, penelitian ini mengusulkan penggunaan RIS sebagai permukaan reflektif cerdas yang dapat mengatur arah pantulan gelombang elektromagnetik. RIS terdiri dari banyak elemen pasif yang dapat dikendalikan untuk mengubah fase sinyal. Dengan begitu, sinyal dari base station dapat dipantulkan ke pengguna meskipun jalur langsung tidak tersedia. Keunggulan RIS adalah konsumsi dayanya rendah, biaya perangkat keras relatif lebih kecil dibandingkan relai aktif, dan dapat membantu memperluas cakupan jaringan. Dalam studi ini, RIS dipasang untuk membantu komunikasi downlink pada jaringan NOMA kooperatif dengan dua pengguna, yaitu pengguna dekat dan pengguna jauh. Pengguna dekat diasumsikan sebagai perangkat small-cell 5G, sedangkan pengguna jauh diasumsikan sebagai perangkat IoT berbasis 6G dengan kemampuan daya rendah.

Penelitian ini menggunakan model kanal Nakagami-m fading, yaitu model kanal yang sering digunakan untuk menggambarkan variasi kualitas sinyal pada lingkungan komunikasi nirkabel. Selain itu, penelitian ini mempertimbangkan perfect channel statistical information atau p-CSI, yaitu informasi statistik kanal yang digunakan untuk menganalisis performa sistem. Fokus utama penelitian adalah dua parameter penting, yaitu outage probability dan ergodic capacity. Outage probability menunjukkan kemungkinan kegagalan komunikasi ketika kualitas sinyal tidak mencapai ambang batas tertentu. Sementara itu, ergodic capacity menggambarkan kapasitas rata-rata kanal dalam jangka panjang.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa RIS-aided NOMA memiliki performa lebih baik dibandingkan NOMA konvensional. Pada pengguna dekat maupun pengguna jauh, probabilitas outage menjadi lebih rendah ketika RIS digunakan. Artinya, kemungkinan kegagalan komunikasi dapat ditekan secara signifikan. Selain itu, semakin banyak jumlah elemen RIS yang digunakan, semakin rendah nilai outage probability. Hal ini menunjukkan bahwa jumlah elemen reflektif pada RIS berperan penting dalam memperbaiki kualitas cakupan jaringan. Simulasi Monte Carlo yang dilakukan dalam penelitian juga menunjukkan kesesuaian dengan rumus matematis tertutup yang diturunkan oleh peneliti. Dengan kata lain, model analitis yang dibuat dapat menjelaskan perilaku sistem secara konsisten.

Menariknya, penelitian ini menemukan bahwa pengguna jauh dapat memperoleh performa cakupan yang lebih baik dibandingkan pengguna dekat dalam skenario tertentu. Hal ini terjadi karena pengguna jauh menerima sinyal gabungan, yaitu sinyal yang dipantulkan melalui RIS serta sinyal relai yang telah didekode oleh pengguna dekat. Mekanisme ini memperkuat sinyal yang diterima oleh pengguna jauh. Dalam konteks IoT berbasis 6G, temuan ini penting karena banyak perangkat IoT biasanya memiliki keterbatasan daya dan berada pada lokasi yang sulit dijangkau sinyal langsung.

Dari sisi kapasitas kanal, penelitian ini juga menunjukkan bahwa ergodic capacity pengguna jauh lebih tinggi dibandingkan pengguna dekat, baik pada kondisi pergeseran fase acak maupun optimal. Namun, peningkatan kapasitas tidak selalu tampak besar ketika jumlah elemen RIS bertambah, terutama pada kondisi tertentu. Hal ini disebabkan oleh pengaruh interferensi, redaman akibat jarak, serta karakteristik perhitungan kapasitas kanal. Meski demikian, penggunaan RIS tetap memberikan keuntungan karena mampu meningkatkan efisiensi sistem tanpa membutuhkan relai aktif yang lebih boros energi.

Secara keseluruhan, RIS-aided cooperative NOMA dapat menjadi pendekatan penting untuk mendukung jaringan IoT berbasis 6G. Teknologi ini menawarkan beberapa kelebihan, seperti cakupan sinyal yang lebih luas, penurunan probabilitas outage, peningkatan kapasitas kanal, efisiensi energi, serta pengurangan kebutuhan infrastruktur aktif. Dengan kemampuan mengarahkan sinyal secara cerdas, RIS dapat membantu mengatasi keterbatasan jaringan 5G dan membuka jalan bagi sistem komunikasi 6G yang lebih adaptif. Namun, penelitian lanjutan masih diperlukan, terutama untuk menganalisis kondisi kanal yang tidak sempurna, interferensi loop, mobilitas pengguna, dan skenario jaringan yang lebih kompleks. Dengan pengembangan lebih lanjut, kombinasi RIS dan NOMA berpotensi menjadi salah satu fondasi utama dalam membangun ekosistem IoT masa depan.

Referensi Penelitian

Chen, H.-C., Widodo, A. M., Lin, J. C.-W., & Weng, C.-E. (2022). Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Cooperative NOMA with p-CSI Fading Channel toward 6G-Based IoT System. Sensors, 22(19), 7664. https://www.scopus.com/pages/publications/85139888201?origin=resultslist

(MHN)