Metode Spectrum Sharing untuk Penerapan Jaringan Selular 5G PDF

Preview

Summary

Metode Spectrum Sharing untuk Penerapan Jaringan Selular 5G Qun Riadhy Arisyatmaja, Iwan Krisnadi Manajemen Telekomunikasi Fakultas Teknik, Departemen Teknik Elektro Universitas Indonesia, Indonesia [email protected] [email protected] Abstrak ini diharapkan dapat mempercepat penerapan dan...

Description

Accelerat ing t he world's research.

Metode Spectrum Sharing untuk Penerapan Jaringan Selular 5G Iwan Krisnadi, iwan krisnadi

Related papers

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

Direkt orat Jenderal PPI Kement erian Komunikasi dan Informat ika " Pert imbangan dalam me… Yocki Riest anova

Test Upload Ast ri Ast ri Nuari Handayani 18penelit ian frekwensi radio Rgb Event 01

Metode Spectrum Sharing untuk Penerapan Jaringan Selular 5G Qun Riadhy Arisyatmaja, Iwan Krisnadi Manajemen Telekomunikasi Fakultas Teknik, Departemen Teknik Elektro Universitas Indonesia, Indonesia [email protected] [email protected]

Abstrak Perkembangan teknologi telekomunikasi dan kebutuhan akan layanan jaringan yang semakin cepat membuat kebutuhan akan ketersediaan spektrum untuk layanan seluler semakin besar. Teknologi jaringan 5G adalah teknologi yang dapat menyediakan kecepatan arus data yang tinggi sehingga memungkinkan kemajuan pada penerapan teknologi seperti Internet-of-Things dan artificial intelligent. Kendala yang dihadapi oleh jaringan 5G adalah ketersediaan spektrum frekuensi. Spektrum frekuensi radio adalah sumber daya alam terbatas yang harus diatur secara efektif dan efisien agar dapat digunakan secara optimal. Makalah ini akan memaparkan beberapa metode spectrum sharing yang dapat digunakan untuk meningkatkan pemanfaatan spektrum frekuensi sehingga teknologi jaringan 5G dapat segera diterapkan secara luas tanpa mengganggu teknologi jaringan yang sudah ada. Pendahuluan Perkembangan teknologi telekomunikasi dan kebutuhan akan layanan jaringan yang semakin cepat membuat kebutuhan akan ketersediaan spektrum untuk layanan seluler semakin besar [1]. Jaringan seluler 5G menjanjikan kemampuan pengiriman data pada pita frekuensi yang lebar dengan kecepatan arus data yang tinggi. Kemampuan

ini diharapkan dapat mempercepat penerapan dan penggunaan teknologi baru terutama di bidang IoT dan artificial intelligence [2]. Namun, kemampuan dari jaringan seluler terbatas oleh keterbatasan jumlah spektrum frekuensi yang merupakan sumber daya alam terbatas. Spektrum frekuensi yang dapat dimanfaatkan untuk jaringan 5G terbatas oleh penggunaan pita frekuensi yang sama untuk jaringan lain, seperti jaringan seluler 4G dan jaringan satelit [3]. Membuka spektrum frekuensi baru untuk dimanfaatkan oleh jaringan 5G tidak mudah karena karena akan mengurangi penggunaan jaringan lain yang masih dimanfaatkan oleh masyarakat [4]. Spectrum sharing adalah salah satu cara yang dapat digunakan untuk mempercepat penerapan jaringan 5G tanpa secara drastis mengurangi pemanfaatan spektrum frekuensi untuk jaringan lain [5]. Dengan metode ini, jaringan 5G dapat digunakan secara berdampingan dengan jaringan lain pada spektrum frekuensi yang sama. Kajian Literatur Jaringan 5G Perkembangan teknologi telekomunikasi dan kebutuhan akan layanan jaringan yang semakin cepat membuat kebutuhan akan ketersediaan spektrum untuk layanan seluler semakin besar. Spektrum frekuensi radio adalah sumber daya alam terbatas yang harus

diatur secara efektif dan efisien agar dapat digunakan secara optimal. Teknologi jaringan selular generasi ke-5 atau sering disebut sebagai 5G adalah generasi selanjutnya dari teknologi komunikasi seluler yang akan menjadi standar baru dalam komunikasi selaler. Jaringan 5G menjanjikan kecepatan arus data hingga sepuluh kali lipat dari pendahulunya, jaringan 4G, karena memiliki lebar pita yang lebih besar [6]. Selain itu, jaringan 5G juga tetap memiliki keunggulan yang dimiliki oleh jaringan 4G seperti kelancaran ketika perangkat penerima sinyal berpindah dari satu sel ke sel yg lain [7] . Jaringan 5G akan semakin dibutuhkan ketika tekonologi Internet-of-Things (IoT) semakin banyak diterapkan. IoT dapat diterapkan pada banyak aspek mulai dari otomasi sistem, sensor nirkabel, hingga kecerdasan buatan yang akan banyak diterapkan pada berbagai aspek kehidupan manusia [8]. Teknologi IoT mengandalkan proses penyelesaian tugas di luar perangkat yang membutuhkan kecepatan arus data yang tinggi. Untuk itu, penerapan jaringan 5G akan sangat membantu dalam perkembangan teknologi IoT [9]. Spektrum Frekuensi Frekuensi radio adalah sumber daya alam terbatas yang harus diatur secara efektif dan efisien agar dapat digunakan secara optimal [10] . Di Indonesia, penggunaan pita frekuensi diatur oleh pemerintah melalui Kementrian Komunikasi dan Informasi (Kemkominfo) dan peraturan perundang-undangan demi memaksimalkan manfaat dari frekuensi yang terbatas untuk kepentingan masyarakat. Kebutuhan akan kecepatan arus data yang tinggi dapat diwujudkan oleh jaringan 5G yang memiliki kecepatan arus data dari 100 Mbps hingga lebih dari 1 Gbps. Jaringan 5G dapat digunakan pada frekuensi low, frekuensi mid, dan frekuensi high. Pada frekuensi low di bawah 1 GHz, jaringan 5G

menggunakan frekuensi yang sama dengan jaringan seluler 4G [11]. Pada frekuensi ini, jaringan 5G memiliki karakterisitik yang mirip dengan jaringan 4G, yaitu ketersampaian jaringan yang luas dan kemampuan sinyal untuk menembus penghalang seperti dinding. Karakteristik ini dapat diterapkan pada layanan yang membutuhkan cakupan luas dan banyak mendapat hambatan seperti daerah pedesaan atau daerah terpencil. Kelemahan jaringan pada frekuensi ini adalah kecepatan arus data yang lebih kecil dibandingkan dengan pada frekuensi yang lebih tinggi. Namun kecepatan 5G pada frekuensi low masih lebih tinggi disbanding kecepatan 4G. Pada frekuensi mid 2.5 GHz – 3.7 GHz, jaringan 5G memiliki cakupan yang cukup luas namun dengan kecepatan arus data dari 100 Mbps hingga 1 Gbps [12]. Layanan pada frekuensi ini akan menjadi layanan yang paling banyak diterapkan karena cakupan dan kecepatannya [13]. Layanan pada frekuensi mid cocok untuk diterapkan pada daerah perkotaan. Pada frekuensi high di atas 10 GHz, karakteristik jaringan 5G memiliki kecepatan arus data di atas 1 Gbps. Karena menggunakan frekuensi pada milimeter wave, layanan 5G pada frekuensi ini tidak dapat diterapkan untuk area yang luas dan akan mudah terhalang oleh tembok [14]. Layanan 5G pada frekuensi ini lebih cocok diterapkan untuk wilayah padat dengan banyak pengguna seperti seperti pada wilayah pusat kota, pusat keramaian, dan pabrik. Frekuensi Kecepatan Arus Data 450 – 850 MHz 30 – 250 Mbps 2.5 – 4.7 GHz 100 – 900 Mbps 21 – 46 GHz > 1 Gbps Tabel 1. Kecepatan arus data layanan 5G pada rentang frekuensi Sebagian besar spektrum frekuensi yang dianggap cocok untuk jaringan 5G sudah dimanfaatkan untuk jaringan lain. Untuk

mempercepat penerapan jaringan 5G, diperlukan metode yang tepat agar jaringan 5G dapat diterapkan tanpa mengganggu pemanfaatan jaringan paa frekuensi yang diinginkan. Spectrum Sharing Spectrum sharing adalah membagi hak guna suatu rentang frekuensi untuk layanan yang berbeda [15]. Karena spektrum frekuensi adalah sumber daya alam terbatas, penggunaannya perlu diatur secara efektif dan efisien agar bermanfaat secara optimal bagi masyarakat. Regulator memberikan hak eksklusif untuk penyedia layanan pada rentang-rentang frekuensi yang berbeda. Penentuan dan pembatasan penggunaan pita frekuensi tersebut dilakukan oleh regulator untuk menjaga pengguna frekuensi dari gangguan sinyal dan penggunaan frekuensi secara illegal. Cara ini berhas il memberi kenyamanan bagi pengguna layanan. Langkah awal yang perlu dilakukan untuk melakukan spectrum sharing adalah dengan menyediakan spektrum yang sebelumnya eksklusif untuk jaringan tertentu, dapat dibuka dan dimanfaatkan secara berdampingan oleh beberapa jaringan [16]. Peran regulator sangat besar pada bagian ini karena wewenang penentuan dan pengaturan tersebut ada pada regulator [17]. Metodologi Makalah ini menunjukkan metode-metode yang ditemukan penulis melalui studi pustaka yang berkaitan dengan spectrum sharing. Metode-metode tersebut kemudian akan dijabarkan pada makalah ini dan dikaitkan penggunaannya pada jaringan 5G. Hasil dan Pembahasan Izin penggunaan frekuensi diberikan oleh regulator kepada penyedia layanan untuk kemudian digunakan bagi kepentingan

masyarakat. Untuk dapat menggunakan suatu lisensi frekuensi secara bersamaan, tiga pendekatan dapat dilakukan. Beberapa metode untuk melakukan spectrum sharing akan dijabarkan pada pembahasan berikut. Citizen Broadband Radio Service Metode citizen broadband radio service membagi penggunaan frekuensi berdasarkan tingkat kepentingan pengguna layanan [18]. Tingkat teratas berisi jaringan yang membutuhkan proteksi dan prioritas lebih tinggi seperti radar atau jaringan satelit. Kemudian tingkat selanjutnya diisi oleh pemilik lisensi prioritas yang mesti membayarkan tarif kepada regulator. Tingkat terakhir diisi oleh pengguna umum yang mendapat prioritas dan perlindungan terendah.

Gambar 1. Contoh penerapan CRBS di Amerika Serikat pada frekuensi 3.5 GHz Pengguna di tier lebih rendah mendapatkan hak penggunaan frekuensi apabila frekuensi yang diinginkan tidak digunakan oleh pengguna pada tingkat lebih tinggi di wilayah yang diinginkan. Pengguna jaringan 5G dapat memanfaatkan wilayah-wilayah dengan frekuensi yang digunakan oleh pengguna lisensi pada tingkat lebih tinggi tapi tidak menggunakan frekuensi tersebut di wilayah tersebut. Penerapan metode ini telah dilakukan oleh Amerika serikat pada frekuensi 3.5 GHz [19].

Seperti pada gambar 1, pengguna tertinggi adalah sistem radar negara dan fixed satellite system. Kemudian tingkat selanjutnya adalah pemilik lisensi prioritas. Operator seluler dapat mengajukan penggunaan lisensi ini pada regulator. Metode ini dapat mengakomodasi banyak pemegang lisensi dalam satu rentang frekuensi. Pada negara dengan wilayah luas, metode ini dapat dimanfaatkan karena cakupan jaringan pada tingkat tinggi seperti satelit dan radar terkadang tidak mencakup wilayah negara secara keseluruhan. Wilayahwilayah yang tidak tercakup tersebut dapat dimanfaatkan oleh pengguna pada tingkat lebih rendah seperti operator seluler 5G. Namun dengan banyaknya pengguna, regulator membutuhkan sistem pemberian izin yang lebih kompleks. Perlindungan lebih juga diperlukan oleh pengguna frekuensi terutama pada wilayah-wilayah perbatasan cakupan layanan. Licensed Shared Access Metode licensed shared access memungkinkan pemilik izin pada suatu frekuensi untuk mengizinkan pengguna frekuensi lain untuk menggunakan frekuensi pada wilayah dimana layanan pada frekuensi tersebut tidak tersedia [20]. Pemilik lisensi primer dapat memberikan lisensi sekunder pada pengguna frekuensi lain dengan syarat yang ditentukan sendiri oleh pemilik lisensi primer.

Primary User Secondary User

Gambar 2. Licensed shared access

Secondary User

Meski lebih sedikit pengguna yang dapat memanfaatkan rentang frekuensi, metode ini lebih sederhana untuk dijalankan dengan tetap memungkinkan pemanfaatan frekuensi secara bersamaan oleh banyak jaringan. Pemilik lisensi primer juga memiliki kebebasan untuk memanfaatkan wilayah yang tidak terjangkau oleh layanannya. Uni Eropa telah menerapkan metode ini untuk mengakomodasi penggunaan suatu frekuensi pada wilayah yang berjauhan [21]. Dengan negara-negara dengan wilayah yang relatif kecil, frekuensi yang izinnya telah dimanfaatkan oleh suatu negara dapat dimanfaatkan oleh negara lain apabila memenuhi syarat. Co-Shared License Berbeda dengan metode-metode sebelumnya, metode ini tidak memiliki tingkatan pengguna. Izin penggunaan suatu frekuensi langsung diberikan pada dua atau lebih pengguna untuk diatur secara mandiri oleh para pemilik izin. Metode ini sangat bermanfaat bagi pengguna jaringan seluler yang menggunakan lebar pita relatif lebih kecil namun pada wilayah yang luas dan beragam. Metode ini juga memungkinkan pembagian frekuensi yang lebih dinamis bagi para pemilik izin [22]. Namun demikian, keamanan jaringan dan kenyamanan pengguna akan menjadi isu karena peran regulator yang tidak terlalu besar pada pembagian frekuensi di dalam frekuensi yang digunakan. Perlu perjanjian penggunaan yang jelas atau metode proteksi jaringan yang lebih baik untuk meningkatkan pemanfaatan metode ini. Analisa Ketiga metode yang dijabarkan pada dasarnya memiliki metode dasar yang sama, yaitu izin penggunaan suatu rentang frekuensi yang sama dapat diberikan kepada beberapa pengguna sekaligus. Perbedaan

yang mencolok ditemukan pada pembagian hak penggunaan. CBRS membutuhkan sistem pengaturan yang paling rumit. Namun frekuensi dapat dimanfaatkan lebih maksimal karena banyaknya pengguna dari berbagai macam jaringan yang dapat diakomodir dengan baik. LSA membutuhkan sistem yang lebih sederhana namun tetap menetapkan skala prioritas pengguna. Dengan metode ini pemilik izin frekuensi primer dapat tetap memanfaatkan frekuensinya dengan tenang sementara wilayah yang tidak tercover dapat tetap dimanfaatkan.

1. GSMA Public Policy Position. Spectrum Sharing [internet]. 2021. Akses: https://www.gsma.com/spectrum/wpcontent/uploads/2021/06/Spectrum-SharingPositions.pdf [20 September 2021] 2. Heejung Y, Howon L, Hongbeom J. What is 5G? Emerging 5G Mobile Services and Network Requirements. MDPI. 2017. Akses: doi:10.3390/su9101848. 3. Nekovee M, Rudd R. 5G Spectrum Sharing. Sussex: University of Sussex. 2017. Akses: https://www.researchgate.net/publication/31 9122055

CSL adalah sistem yang paling sederhana dan dinamis. Namun sistem pembagian izinnya lebih rentan terhadap gangguan dari sesame pengguna frekuensi.

4. Mekuria F, M Luzango. Spectrum Sharing for

Kesimpulan dan Saran

5. Tripathi P. S. M., Prasad R. Spectrum for 5G Services. Springer Science+Business Media. 2021. Akses: https://doi.org/10.1007/s11277-017-5217-9

Ketiga metode yang telah dijabarkan telah diterapkan di beberapa tempat baik dalam tahap percobaan maupun implementasi umum. Hal ini membuktikan bahwa spectrum sharing dapat diterapkan. Kendala paling besar adalah perumusan sistem yang dapat mengakomodir semua pengguna frekuensi dengan baik karena metode-metode yang telah dipaparkan belum banyak teruji. Hal ini dapat menjadi dorongan bagi regulator untuk membuka pintu spectrum sharing. Jika spectrum sharing dapat diterapkan, jaringan 5G dapat segera digunakan secara luas karena kendala dalam hal keterbatasan frekuensi yang tersedia dapat teratasi. Tahap berikutnya adalah mengembangkan sistem yang baik dan sesuai agar spectrum sharing dapat berjalan tanpa gangguan yang berarti bagi semua pengguna pada rentang frekuensi yang dipilih. Daftar Pustaka

Unlicensed 5G Networks. IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC)

6. Hoffman C. What is 5G, and how fast will it be?. How-To Geek LLC. 2019. Akses: https://www.howtogeek.com/340002/whatis-5g-and-how-fast-will-it-be/ 7. Nordrum A, Clark K. Everything you need to know about 5G. IEEE Spectrum magazine. Institute of Electrical and Electronic Engineers. 2019. Akses: https://spectrum.ieee.org/video/telecom/wire less/everything-you-need-to-know-about-5g 8. Rash, W. IT Needs to Start Thinking About 5G and Edge Cloud Computing. PCMag Australia. 2018. Akses: https://au.pcmag.com/itmanagement/51666/it-needs-to-startthinking-about-5g-and-edge-cloudcomputing [21 September 2021] 9. Managing the Future of Cellular. Arm White Paper. Arm ltd. 2020. Akses: https://www.arm.com/-

/media/global/solutions/infrastructure/manag ing-the-future-ofcellular.pdf?revision=72c22c02-de7e-43d5bf10-5690d65352cd 10. Salinan Undang-Undang Republik Indonesia Nomor 11 tahun 2020 Tentang Cipta kerja. Akses https://uu-ciptakerja.go.id/wpcontent/uploads/2020/11/Salinan-UUNomor-11-Tahun-2020-tentang-CiptaKerja.pdf 11. Horwitz J. The definitive guide to 5G low, mid, and high band speeds. VentureBeat online magazine. 2020. Akses: https://venturebeat.com/2019/12/10/thedefinitive-guide-to-5g-low-mid-and-highband-speeds/ 12. Rappaport T, et all. Millimeter Wave Mobile Communications for 5G Cellular: It Will Work!. IEEE Access. 2013. Akses: doi:10.1109/ACCESS.2013.2260813 13. Horwitz J. The definitive guide to 5G low, mid, and high band speeds. VentureBeat online magazine. 2020. Akses: https://venturebeat.com/2019/12/10/thedefinitive-guide-to-5g-low-mid-and-highband-speeds/ 14. 5G speed vs 5G range-What is the value of 5G speed,5G range [internet]. 2019. Akses: https://www.rfwirelessworld.com/Terminology/5G-Speed-Vs-5GRange.html [20 September 2021] 15. Dludla G, et all. Overview of Spectrum Sharing Models: A Path Towards 5G Spectrum. CSIR Meraka Institute. Pretoria. 2020. Akses: https://www.researchgate.net/publication/32 6192829

16. Guidotti A, et all. Spectrum Awareness Techniques For 5G Satellite Communications. Univ. of Bologna. 23rd European Signal Processing Conference (EUSIPCO). 2015 17. GSMA Public Policy Position. Spectrum Sharing [internet]. 2021. Akses: https://www.gsma.com/spectrum/wpcontent/uploads/2021/06/Spectrum-SharingPositions.pdf [20 September 2021] 18. Yrjölä Sand, Kokkinen H. Licensed Shared Access evolution enables early access to 5G spectrum and novel use cases. Nokia. EAI.EU. 2017. Akses: doi: 10.4108/eai.1212-2017.153463 19. Massaro M, Beltran F. Will 5G lead to more spectrum sharing? Discussing recent developments of the LSA and the CBRS spectrum sharing frameworks. Elsevier. 2020. Akses: https://doi.org/10.1016/j.telpol.2020.101973 20. Ul Hasan N, et all. Network Selection and Channel Allocation for Spectrum Sharing in 5G Heterogeneous Networks. IEEE Access. 2017. Access: Digital Object Identifier 10.1109/ACCESS.2016.2533394 21. Sumanasena A. Europe and Spectrum Sharing: Ambitions and plans are not keeping pace with progress in the US. Real Wireless blog. 2021. Akses: https://www.real-wireless.com/europe-andspectrum-sharing-ambitions-and-plans-are-notkeeping-pace-with-progress-in-the-us/

22. Yrjölä Sand, Kokkinen H. Licensed Shared Access evolution enables early access to 5G spectrum and novel use cases. Nokia. EAI.EU. 2017. Akses: doi: 10.4108/eai.1212-2017.153463...