5G: Indoor Network

Sumber: https://www.ericsson.com/en/reports-and-papers/white-papers/bringing-5g-networks-indoors

Dengan jaringan 5G yang sekarang mengudara dari operator Tier Satu di seluruh dunia, ada semangat yang luar biasa dengan teknologi baru ini dan apa artinya bagi masa depan. Optimisme seputar 5G ini dibenarkan dan diharapkan mengingat berbagai kemampuan baru dan lebih baik termasuk peningkatan besar-besaran dalam kecepatan broadband, latensi sangat rendah, dukungan perangkat IoT dalam jumlah besar dan kasus penggunaan penting yang memerlukan tingkat keandalan dan keamanan tertinggi. Beberapa keuntungan ini dapat dicapai dengan peningkatan perangkat lunak dari sistem LTE yang ada, sementara yang lain terkait langsung dengan spektrum baru, teknologi radio, dan arsitektur penyebaran.

Untuk jaringan Indoor (dalam ruangan), 5G akan memberikan pengalaman baru bagi konsumen, kemungkinan baru untuk efisiensi operasional dengan IoT, otomasi industri, dan layanan komunikasi baru. Namun ada banyak pertanyaan di industri seputar tantangan dan peluang unik dalam menghadirkan 5G indoor.

5G memperkenalkan perubahan evolusioner dan revolusioner dibandingkan dengan generasi sebelumnya. Hal ini menimbulkan menimbulkan pertanyaan terkait cara terbaik untuk menghadirkan kemampuan baru ini ke ruang indoor, seperti,

• Apa penggunaan (use case) 5G untuk aplikasi indoor?
• Spektrum / frekuensi yang sebaiknya digunakan?

5G indoor use case

Pengenalan 4G LTE telah merevolusi jaringan broadband seluler. Perubahan radikal dalam masyarakat konsumen telah dimungkinkan oleh peningkatan besar-besaran dalam throughput dan kapasitas, memungkinkan seluruh ekosistem baru di sekitar aplikasi smartphone yang bermanfaat / berdampak ekonomis. Dengan cara yang sama bahwa mustahil untuk memprediksi transformasi yang dimungkinkan oleh 4G, industri berada di ambang transformasi yang lebih mendasar dengan 5G. Selain kemajuan dalam broadband seluler multi-Gbps, 5G akan memperkenalkan arsitektur fundamental baru untuk mendukung aplikasi Massive IoT dan Critical Realtime IoT. Berikut adalah use case 5G yang terbagi dalam tiga kategori utama, hanya sebagian yang relevan untuk menggunaan indoor.

Figure 1 - 5G offers a variety of use cases – the use cases that are relevant indoors are filled in with color

Enhanced mobile broadband

Enhanced mobile broadband adalah langkah perubahan bandwidth yang berasal dari 5G yang akan memungkinkan user experience lebih baik dengan memanfaatkan peningkatan. Sementara 4G LTE berkembang dan menawarkan kecepatan lebih dari 1Gbps dengan kemajuan seperti License Assisted Access (LAA) dan Massive MIMO, 5G akan memungkinkan bandwidth hingga 10 dan 20 Gbps tergantung pada spektrum yang tersedia. Di gedung (indoor), ini akan memungkinkan aplikasi Augmented Reality, Virtual Reality, dan Mixed Reality baru dikirimkan ke perangkat nirkabel yang memiliki aplikasi di bidang manufaktur dan hiburan. 5G juga akan mengaktifkan kamera streaming nirkabel dengan resolusi 4K dan bahkan 8K. Ini dapat mengaktifkan wireless security camera, streaming video beresolusi tinggi untuk pelatihan atau pendidikan, atau di lebih banyak ruang publik, mengunggah video ke media sosial. Kasus penggunaan ini semuanya relevan di lingkungan dalam ruangan.

Peak data rate dan kapasitas untuk broadband seluler dibatasi oleh jumlah spektrum RF yang tersedia – meskipun 5G dapat menggunakan spektrum yang ada secara lebih efisien daripada LTE dalam beberapa kasus, peningkatan kecepatan broadband seluler akan dibatasi oleh spektrum yang tersedia. Hal ini merupakan tantangan untuk KOMINFO yang mengatur kebutuhan ini.

Aplikasi Enhanced mobile broadband menjadi menarik untuk di aplikasi indoor 5G di Indonesia. Terutama di tempat berkumpulnya massa / komunitas seperti kompleks perkantoran, Mall bahkan mungkin di taman kota. Hal ini menjadi menarik jika bisa di operasikan oleh pemerintah kota untuk akses informasi masyarakat.

Massive IoT

Massive IoT adalah rangkaian kasus penggunaan yang mengandalkan cakupan luas dan berbiaya rendah untuk membawa message data yang sangat kecil (pendek) dari ribuan perangkat. Ini bukan pesan kritis waktu tetapi agak tidak peka terhadap delay yang kecil, melainkan memprioritaskan biaya dan masa pakai batere.

Contoh utama dari Massive IoT adalah untuk smart meter, sensor network, dan tracking. Ketiga kasus penggunaan ini dapat diterapkan di indoor. Beberapa kasus penggunaan diidentifikasi di bawah ini:

• Teknologi smart building untuk melacak dan mengelola lingkungan dalam ruangan - sensor suhu, sensor gerak, sensor cahaya yang semuanya terkait dengan unit HVAC, shading jendela otomatis, dan sistem lampu.
• Tracking objek – rumah sakit, misalnya, melacak tempat tidur, troli peralatan, mesin portabel individu. Dalam sebuah stadion olah raga kita dapat melacak antrean di pintu masuk, antrian di toilet dll. Sementara di Bandara, kita dapat melacak penggunaan kursi roda, troli bagasi, bus / mobil listrik pembawa penumpang, mobil tanki bensin pesawat dll.
• Tracking scanner, berbagai gadget / perangkat, serta aplikasi logistik di lingkungan indoor seperti pabrik atau pusat distribusi

Massive IoT applications are beginning to be deployed today with 4G LTE technology. The LTE standard contains specific techniques to enable low-bandwidth, very low power devices to coexist in the same network as high-performance smartphones. 5G builds on these LTE capabilities, enabling even higher scalability of device density.

Aplikasi IoT besar-besaran mulai digunakan hari ini dengan teknologi 4G LTE. Standar LTE berisi teknik khusus untuk mengaktifkan bandwidth rendah, perangkat berdaya sangat rendah untuk hidup berdampingan di jaringan yang sama dengan ponsel cerdas berperforma tinggi. 5G dibangun di atas kemampuan LTE ini, memungkinkan skalabilitas kepadatan perangkat yang lebih tinggi.

Critical IoT

Critical IoT, tidak seperti Massive IoT, menyiratkan keandalan yang sangat tinggi, latensi yang sangat rendah, dan ketersediaan 99,999% (5 sembilan). Di sinilah 5G benar-benar memisahkan diri dari 4G LTE.

Use case yang diuji di area ini mencakup remote control mesin robot dan kendaraan otomatis. Peraturan ketenagakerjaan dan standar industri menempatkan persyaratan yang sangat ketat pada sistem kontrol kritis keselamatan ini untuk memastikan keselamatan pekerja dan publik. Jaringan 5G akan mencapai latensi end-to-end sekitaran 1 milidetik.

Untuk mencapai keandalan, latensi, dan ketersediaan yang diharapkan dengan kasus penggunaan baru ini, jaringan harus berevolusi untuk menggabungkan teknologi baru yang hadir dengan standar 5G pada tahun 2020. Secara khusus, standar 5G NR dengan core network Stand Alone.

Beberapa aspek latensi rendah juga akan datang dari arsitektur terdistribusi baru, di mana beberapa kontrol dan pemrosesan terjadi di tepi jaringan. Untuk aplikasi dalam ruangan, ini membutuhkan node lokal baik di lokasi atau dalam jarak yang sangat dekat.

Seperti dibahas di atas, sifat use case 5G yang diinginkan sangat penting untuk dipahami sebelum mencoba menentukan persyaratan teknis jaringan. Setiap use case yang berbeda memiliki implikasi berbeda untuk spektrum yang diperlukan dan arsitektur yang diperlukan untuk mendukung.

5G and Spectrum

Beberapa pita frekuensi baru telah ditambahkan ke spektrum berlisensi 3GPP selama bertahun-tahun, dan terdapat korelasi langsung antara spektrum dan lebar pita yang tersedia untuk layanan. Untuk memahaminya, kita bisa melihat sejarah teknologi seluler. Awalnya, band low-band (<1 GHz) mendominasi yang optimal untuk cakupan suara dan SMS area luas. Jaringan operator 1G dan 2G digunakan secara universal di pita rendah ini yang dapat dicirikan sebagai cakupan yang sangat luas dengan bandwidth terbatas. Operator biasanya memiliki spektrum 10 atau 20 MHz yang tersedia di pasar mana pun untuk menawarkan layanan.

Dengan 3G dan 4G, banyak band menengah (1 – 6 GHz) ditambahkan untuk meningkatkan broadband seluler. Pita-pita ini memiliki panjang gelombang yang lebih pendek sehingga jangkauannya lebih pendek, tetapi tersedia pita spektrum yang lebih besar. Baru-baru ini skema pembagian spektrum baru termasuk Licensed Assisted Access (LAA) dan Citizens Broadband Radio Service (CBRS) telah diperkenalkan di pita tengah ini untuk jaringan private tanpa perlu lisensi operator. LAA dan CBRS dapat di operasikan di US, tapi belum bisa di operasikan di Indonesia. Saat operator dapat memanfaatkan pita baru ini, total bandwidth yang tersedia untuk layanan pengguna akhir meningkat secara signifikan. Operator dengan layanan LTE Advanced yang memanfaatkan agregasi operator di beberapa pita berlisensi plus LAA dapat menawarkan bandwidth pengguna puncak lebih dari 1 Gbps.

Dengan 5G, selain lebih banyak pita menengah, pita tinggi (6 – 60 GHz) ditambahkan yang menghadirkan tantangan yang sama sekali baru. Spektrum mmWave mendapatkan perhatian yang signifikan karena bandwidth yang sangat tinggi tersedia untuk menyebarkan layanan, yang mengarah ke kecepatan multigigabit bagi pengguna. Tantangan dengan spektrum band/mmWave tinggi ini adalah bahwa panjang gelombangnya sangat pendek sehingga gelombang radio tidak merambat melalui dinding eksternal atau bahkan dinding internal.

Application and recommendations

With such a variety of use cases, technology choices and deployment architectures, it can be bewildering to sort out which are the optimal arhictectural choices for introducing 5G indoors.

In an indoor environment there are unique considerations. Ericsson recommends a design and deployment approach tightly tied to the intended use cases for the indoor deployment. We take each use case category below.

Aplikasi dan rekomendasi

Dengan beragamnya use case, pilihan teknologi, dan arsitektur penerapan, dapat membingungkan untuk memilah pilihan arsitektur mana yang optimal untuk memperkenalkan 5G di indoor. Berikut adalah beberapa use case dan arsitektur teknologi terkaitnya.

Use Case Mobile Broadband

Mobile Broadband hanyalah salah satu kategori use case yang didukung oleh 5G. Use case ini diperkirakan akan menjadi fondasi awal yang akan menjadi implementasi awal 5G menjadi berkembang baik di indoor maupun di luar ruangan. Untuk mengaktifkan use case broadband seluler 5G, harus ada bandwidth yang sangat memadai untuk end user. Rekomendasi berikut adalah untuk menyebarkan broadband seluler 5G di indoor,

• Bandwidth saluran lebar (hingga 100 MHz)
• MIMO tingkat tinggi (mis. 8x8)
• RAN terkoordinasi dengan jaringan luar ruangan untuk mengurangi persyaratan dominasi dalam ruangan; jaringan indoor dan outdoor saling melengkapi Singal to Interference Noise Ratio (SINR) yang tinggi dengan "good RF" throughput tinggi.

Untuk mencapai karakteristik jaringan ini, pendekatan "deep layering" direkomendasikan, dengan beberapa lapisan mid-range (1 – 6 GHz) dan beberapa lapisan MIMO per pita di semua spektrum yang tersedia. Pelapisan akan dengan mudah diperluas ke spektrum unlicensed dan akses bersama, seperti License Assisted Access (LAA) dan agregasi operator dengan Citizens Broadband Radio Service (CBRS). Inovasi seperti Cell Border Shifting dapat membantu meminimalkan interferensi antar sel dan “dead zone” dengan kinerja rendah.

Use Case Massive IoT

Massive IoT (M-IoT) akan menjadi kasus penggunaan dominan kedua yang diperlukan untuk jaringan 5G indoor. M-IoT indoor akan melengkapi arsitektur M-IoT luar ruangan. Massive IoT indoor akan dimulai dengan migrasi pita rendah yang ada (sub-1 GHz) ke NR. Ini terutama akan menjadi radio makro berdaya tinggi luar ruangan. Peningkatan spesifik dalam standar 5G akan meningkatkan kinerja cell-edge melalui 4G, yang akan membantu perluasan cakupan luar ruangan. Hal ini memungkinkan penerapan M-IoT dengan teknologi 4G saat ini, dengan jalur menuju skalabilitas yang lebih tinggi setelah migrasi 5G. Massive IoT luar-dalam pita rendah akan dilengkapi sesuai kebutuhan dengan menggunakan spektrum pita tengah berlapis yang diterapkan di dalam ruangan untuk Mobile BoradBand (MBB), atau bahkan dengan pita rendah dalam ruangan dalam kasus yang ekstrim.

Use Case Critical IoT

Critical Realtime IoT adalah yang terakhir dari tiga kategori kasus penggunaan utama yang akan ditangani. Meskipun banyak peningkatan telah dilakukan dalam standar LTE untuk meningkatkan latensi end-to-end hingga kira-kira. 5-10 ms, persyaratan kritis realtime latensi 1 ms hanya dapat dicapai dengan menggunakan inovasi yang termasuk dalam standar 5G. Diperlukan beberapa waktu untuk peningkatan yang diperlukan pada akses radio dan core network untuk mencapai ketersediaan maksimal secara komersial.

Radio Access Network untuk 5G akan menggunakan alokasi spektrum RF baru yang frekuensinya jauh lebih tinggi daripada pita frekuensi rendah dan menengah yang optimal untuk mobile broadband dan Massive IoT. Penambahan band mmWave dalam rentang 20 – 60 GHz merupakan langkah penting dalam evolusi 5G indoor. Bandwidth ultra tinggi yang tersedia dalam spektrum mmWave memungkinkan throughput yang masif, sementara jarak subcarrier yang lebih luas dapat meningkatkan latensi IoT realtime yang kritis. Namun, di indoor, perambatan akan terbatas pada area terbuka dengan penetrasi terbatas melalui dinding interior. Karakteristik ini dapat membatasi penerapan mmWave hanya pada area yang paling membutuhkan manfaat. Contoh ruang dalam ruangan seperti itu mungkin termasuk jalur perakitan manufaktur yang membutuhkan koordinasi robotika dan kendaraan otomatis yang ekstensif.

Kemajuan Core Network 5G termasuk network slicing, memungkinkan sumber daya komputasi untuk aplikasi real-time kritis ditempatkan secara fisik di edge network, mengurangi penundaan transmisi jaringan. Edge Computation akan menjadi pendorong utama.

Kesimpulan

Tampaknya jaringan 5G indoor di masa depan akan didasarkan pada lapisan spektrum midband yang dalam, dilengkapi dengan band rendah luar-dalam untuk M-IoT dan band mmWave dalam ruangan untuk kapasitas sangat tinggi dan Critcal IoT real-time. Arsitektur Radio Terdistribusi mungkin akan cocok untuk memenuhi tantangan karena biaya penerapannya yang rendah, kapasitas yang fleksibel, dan koordinasi yang erat antara pita dan dengan penerapan RAN di sekitarnya.

Operator jaringan, perusahaan, dan pembuat kebijakan harus mempertimbangkan use case 5G yang akan dibutuhkan di masa depan untuk memastikan bahwa investasi infrastruktur tidak terlantar. Saat memodernisasi jaringan dalam gedung yang ada dengan 4G, bangun fondasi cakupan dan kapasitas yang akan mudah diperluas untuk mencakup kemampuan 5G di masa mendatang.

Referensi

• https://www.ericsson.com/en/reports-and-papers/white-papers/bringing-5g-networks-indoors

Pranala Menarik

• 5G