Teknologi 5G yang sangat mencengangkan

Mau tau tentang perkembang Jaringan 5G? Yuk, baca tentang 5G ini :D

Apa itu 5G? 

5G adalah generasi berikutnya dalam standar telekomunikasi over-the-air. Dibandingkan dengan 4G, 5G menawarkan kecepatan data yang sangat meningkat dan secara signifikan menurunkan latensi ke perangkat seluler. Tetapi manfaat 5G mencakup lebih dari sekadar telekomunikasi; itu dirancang sebagai jaringan pemersatu yang dapat membantu mewujudkan potensi sebenarnya dari Internet of Things.

Transisi ke era jaringan baru membutuhkan tumpukan teknologi yang lebih maju. Untuk 5G, koleksi teknologi berkumpul di bawah spanduk yang dikenal sebagai 5G New Radio (5G NR) dan 5G Core network (5GC ).

Pengenalan 1G ke 5G secara singkat:

Standar nirkabel generasi pertama (1G) didirikan pada 1980-an. Hanya dalam waktu 40 tahun, komunikasi nirkabel telah berubah menjadi komponen yang sangat penting dari infrastruktur modern.

1G: Sinyal analog primitif over-the-air untuk suara.

2G: Sinyal digital dengan area layanan dan kualitas suara yang lebih baik, memperkenalkan internet seluler dasar, pesan teks dan MMS.

3G: Peningkatan kecepatan internet, layanan internet yang lebih kuat.

4G: Peningkatan kecepatan layanan yang membawa internet seluler ke massa sehingga meningkatkan penggunaan ponsel cerdas. Telepon berbasis IP.

5G: MIMO, Beamforming, Efisiensi spektral lebih tinggi, mmWave, OFDM, dan Latensi lebih rendah

MIMO :

MIMO adalah kependekan dari Multiple Input, Multiple Output dan berfungsi persis seperti namanya. Berbeda dengan mengirim aliran data tunggal, MIMO memecah data dan mengirimkannya melalui beberapa aliran data yang disebut lapisan, sehingga meningkatkan paralelisme dan meningkatkan throughput.

Aliran data dari radio MIMO diatur sedemikian rupa sehingga sempurna saat mencapai perangkat, atau tandai setiap aliran dengan spidol khusus sehingga perangkat akan tahu cara memasang kembali. Perangkat penerima kemudian akan mengumpulkan aliran data terpisah ke dalam pesan aslinya.
MIMO juga dapat mencakup multipathing di mana stasiun pangkalan mengirimkan banyak salinan dari sinyal yang sama ke berbagai arah untuk meningkatkan redundansi. Dengan cara ini, bahkan jika satu sinyal hilang, yang lain masih dapat mencapai tujuan.
Perubahan mendasar untuk infrastruktur jaringan 5G adalah susunan antena. Idenya adalah memiliki lebih banyak antena yang melayani lebih sedikit klien. Memasang lebih banyak antena per menara sel, dikombinasikan dengan kepadatan sel yang lebih tinggi, sangat membantu dalam meningkatkan bandwidth nirkabel. Sementara peluncuran 5G awal akan menggunakan menara sel yang ada, infrastruktur jaringan 5G yang berdedikasi akan memiliki peningkatan jumlah elemen antena per menara - masing-masingnya dapat dikontrol secara terpisah - di dalam masing-masing antena.

Beamforming :

adalah konsep lama dalam bidang telekomunikasi. Berlawanan dengan menyiarkan sinyal ke segala arah, beamforming mengarahkan sinyal ke penerima, meminimalkan gangguan sekaligus meningkatkan kecepatan data. Sudah ada beberapa teknik beamforming yang populer, tetapi salah satu yang paling banyak diadopsi adalah mengubah fase sinyal yang dipancarkan dari antena array.

Untuk melakukan ini, emitor perlu memiliki beberapa antena dan pengontrol. Pertama, perangkat pengguna - baik itu smartphone atau perangkat IoT - akan mengirimkan sinyal referensi yang dikenal. Stasiun pangkalan menangkap sinyal ini, membandingkan karakteristiknya dengan referensi, dan menyesuaikan amplitudo dan fase sinyal untuk perangkat itu. Pertukaran terjadi beberapa kali hingga mencapai kualitas optimal.

Sementara teknologi penting untuk router Wi-Fi dan sejenisnya, beamforming adalah komponen penting dari 5G. Seperti dibahas sebelumnya, topologi 5G menyerukan peningkatan kepadatan stasiun pangkalan dan karenanya lalu lintas yang lebih tinggi di area tertentu. Tanpa beamforming yang tepat, sinyal akan saling mengganggu.

Teknik 5G's beamforming juga menghitung posisi perangkat dengan memeriksa sinyal yang memantul dari dinding dan benda-benda lingkungan. Selain itu, karena frekuensi sinyal pada 5GHz ke atas hampir tidak memiliki kemampuan penetrasi, mereka memerlukan beamforming - khususnya digital beamforming - untuk dapat secara efektif mencapai target mereka.

Tapi tunggu, masih ada lagi. FD-MIMO dalam spesifikasi 3GPP 5G juga mendukung beamforming baik secara horizontal (disebut Azimuth beamforming) dan vertikal (disebut Elevation beamforming), jauh lebih unggul daripada beamforming Azimuth yang ketat pada 4G. Ini memungkinkan stasiun pangkalan untuk mengarahkan wavefront mereka ke gedung-gedung tinggi, melewati rintangan, dan dipasang di area terbatas tanpa pelemahan.

mmWave :

Setiap generasi komunikasi over-the-air sebelum 5G telah terjadi antara pita frekuensi 300MHz hingga 5.2GHz. Dari Wi-Fi hingga kontrol lalu lintas udara, semua komunikasi nirkabel konsumen dialokasikan secara halus pada spektrum ini. Seiring waktu, ruang ini telah tumbuh sangat ramai dan tidak lagi dapat mendukung kebutuhan bandwidth 5G yang menuntut.

Berbeda dengan ruang sub-5GHz, frekuensi 6GHz dan seterusnya sebagian besar tidak tersentuh oleh telekomunikasi. Dengan demikian, 5G menggunakan frekuensi di mana saja antara 1GHz hingga 300GHz dibagi menjadi tiga rentang frekuensi utama: sub-1GHz, 1GHz hingga 6GHz, dan di atas 6GHz. Bandwidth berkorelasi langsung dengan frekuensi sinyal pembawa dan merupakan sarana utama dimana 5G dapat mengirimkan gigabytes data ke banyak pengguna sekaligus.

Efisiensi spektral lebih tinggi :

Menggunakan frekuensi yang lebih tinggi untuk meningkatkan bandwidth tidak cukup, untuk meningkatkan efisiensi spektral lebih jauh, 5G menggunakan skema penyandian yang ditingkatkan yang disebut OFDM.

Selain itu, agregasi operator 5G berkali-kali lebih unggul dari 4G. Agregasi operator adalah metode untuk meningkatkan bandwidth dengan menggabungkan beberapa subcarrier. Standar 4G dapat mengumpulkan hingga lima sinyal pembawa, masing-masing dengan bandwidth 20MHz. Pada kenyataannya, bagaimanapun, sangat jarang untuk menggabungkan bahkan empat sinyal secara bersamaan. 5G-NR, di sisi lain, dapat mengumpulkan hingga 16 saluran, masing-masing berkisar dari 20MHz hingga 400MHz tergantung pada frekuensi pembawa. Beroperasi menggunakan bandwidth yang lebih lebar secara teoritis akan memungkinkan kecepatan transfer 20Gbps - itu 2,5GB per detik!

Jika 2.5GB per detik terdengar seperti mimpi pipa, itu karena - setidaknya dalam spektrum nirkabel saat ini. Ruang sub-6GHz menjadi sangat ramai dan tidak dapat mendukung kebutuhan bandwidth 5G yang menuntut. Untuk mencapai hal ini, para insinyur harus menjelajah ke spektrum frekuensi yang lebih tinggi.

CP-OFDM :

Multiplexing menjelaskan pengiriman beberapa aliran data pada satu saluran. Penawaran telekomunikasi over-the-air dengan sinyal analog terdiri dari gelombang sinus, dan dengan demikian, secara luas menggunakan teknik yang disebut frequency division multiplexing (FDM). FDM beroperasi dengan membagi saluran menjadi subcarrier berdedikasi, non-tumpang tindih (juga dikenal sebagai subcarrier) dengan band batal kecil di antara mereka, yang disebut band penjaga, untuk menghindari gangguan.

OFDM, atau multiplexing domain frekuensi orthogonal, meningkatkan FDM tradisional dengan memperkenalkan subcarrier yang tumpang tindih. Dalam matematika, ortogonal berarti dua garis yang saling tegak lurus. Ketika konsep dimigrasikan ke komunikasi nirkabel, itu berarti bahwa ketika gelombang satu subcarrier berada pada puncaknya, saluran lainnya berada di nol. Ini sepenuhnya menghilangkan gangguan antara subcarrier tanpa pita pengaman di antara pembawa, sehingga memungkinkan untuk lebih banyak subcarrier dan single carrier

OFDM telah digunakan untuk Wi-Fi, 4G, dan WiMAX selama bertahun-tahun sekarang. Untuk 5G, perlu mengatasi bandwidth subcarrier yang lebih luas, dan menyingkat lebih banyak saluran ke dalam rentang mmWave. 3GPP telah memilih CP-OFDM , variasi OFDM, untuk menyelesaikan semua masalah ini.

Latensi lebih rendah :

Latency selalu menghadirkan hambatan besar untuk tidak hanya pengalaman pengguna, tetapi untuk pertumbuhan IoT dan perangkat pintar. Ketika sektor-sektor publik yang kritis seperti layanan darurat pada akhirnya mengintegrasikan 5G ke dalam infrastruktur mereka, tanggapan harus dilakukan secara instan.

4G saat ini memiliki waktu bolak-balik minimum antara 10ms hingga 100ms. 5G akan menurunkannya menjadi hanya 1 ms. Mencapai tonggak ini sangat menantang dan membutuhkan seluruh tumpukan transmisi untuk dikerjakan ulang.

Duplex :

Duplex adalah mode transmisi yang dapat secara bersamaan mengirim dan menerima sinyal. Jenis lainnya disebut simpleks, di mana hanya satu pihak yang dapat mentransmisikan sekaligus.

5G beralih ke dupleks pembagian waktu (TDD) dari dupleks pembagian frekuensi (FDD) 4G. Dalam FDD, pemancar dan penerima beroperasi pada frekuensi pembawa yang berbeda. Keuntungan utamanya termasuk operasi yang sepenuhnya terisolasi, aliran data yang lebih stabil, dan jangkauan yang lebih baik. Dalam TDD, komunikasi dengan cepat bergantian antara pengiriman dan penerimaan, dengan masing-masing menyediakan waktu yang lama untuk beroperasi. TDD dapat mengirim dan menerima sinyal pada frekuensi pembawa yang sama, tetapi lebih rendah dalam latensi dan cukup membagi waktu antara uplink dan downlink.

Jadi mengapa TDD jika FDD sudah berfungsi dengan baik? Pertama, efisiensi spektral adalah yang terpenting, dan walaupun frekuensi terisolasi FDD memiliki banyak keuntungan, mereka membutuhkan pita total yang lebih luas. Kedua adalah bahwa manajemen slot waktu FDD telah meningkat sedemikian rupa sehingga kedua masalah pada dasarnya adalah nol.

Dengan demikian, FDD masih diperlukan, terutama dalam skenario di mana cakupan dan penetrasi diutamakan. Semua modem 5G akan mendukung TDD serta FDD ketika jatuh kembali ke 4G.

Konsumsi daya

Salah satu keunggulan utama 5G adalah bahwa jaringannya dapat divirtualisasi, dan itu penting untuk penghematan daya bagi operator.

Pada generasi jaringan sebelumnya, kabel berjalan dari antena ke unit pemrosesan di dasar perangkat. Di bawah beban, prosesor ini bisa menjadi sangat panas, dan membutuhkan tujuh hingga delapan unit pendingin udara agar tetap beroperasi. Seperti yang dapat dibayangkan, mendinginkan ratusan ribu prosesor ini bisa sangat mahal dan tidak efisien.