Desain dan Pengembangan Perangkat 5G:Rentang Kinerja 5G

Bagaimana para insinyur dapat memilih rentang kinerja yang tepat untuk aplikasi 5G mereka?

Janji protokol komunikasi dan konektivitas 5G (Generasi ke-5) menjadi kenyataan. Jaringan 5G sekarang sedang diterapkan dengan menawarkan kecepatan data yang lebih cepat, waktu latensi yang lebih rendah, dan bandwidth yang lebih besar.

Sebelum melangkah lebih jauh, perlu dicatat bahwa 5G terdiri dari beberapa tingkat kinerja yang berbeda. Jaringan 5G terdiri dari:

• Rentang pita rendah (600MHz hingga 3GHz)
• Rentang pita menengah (3GHz hingga 6GHz)
• Jangkauan gelombang milimeter (>10Ghz) atau mmWave

Penerapan 5G baru dan yang sudah ada terutama menggunakan rentang frekuensi pita rendah dan menengah. Frekuensi 5G yang lebih rendah ini menawarkan kecepatan unduh dan unggah yang lebih cepat, konektivitas yang lebih cepat, dan kapasitas “lalu lintas” yang lebih besar daripada platform 4G LTE yang saat ini diterapkan.

Selain itu, platform frekuensi 5G yang lebih rendah ini lebih mudah digunakan, memungkinkan sinyal transmisi bergerak lebih jauh, dan lebih tahan terhadap rintangan dan cuaca buruk daripada pita 5G mmWave yang jauh lebih tinggi.

Namun, kinerja "cawan suci" akan ada ketika frekuensi "mmWave" 5G yang lebih tinggi ini digunakan secara luas. Platform mmWave ini akan menawarkan kecepatan transmisi data 5x hingga 10x lebih cepat dari 4G LTE, dan yang terpenting, tingkat latensi 10x hingga 20x lebih kecil dari 4G LTE.

Komponen kunci dari percakapan apa pun tentang konektivitas adalah latensi. Latensi (atau penundaan) mengacu pada seberapa cepat jaringan bereaksi terhadap tindakan atau input. Latensi bertindak sebagai pengubah permainan untuk munculnya beberapa aplikasi untuk jaringan 5G, termasuk mengemudi otonom sejati, prosedur medis jarak jauh, game secepat kilat, dan sejumlah aplikasi yang tidak mungkin dilakukan saat ini.

Jadi, jika ada teknologi "pengubah permainan", mengapa tidak menggunakannya sekarang?

Jawaban singkatnya adalah penyebaran. Ada beberapa kendala terkait penyebaran frekuensi 5G mmWave. Sinyal frekuensi sangat tinggi ini hanya menempuh 20% dari jarak sebagai pita rendah 5G. Sinyal ini tidak menembus dinding, kaca, dan cuaca buruk semudah pita frekuensi yang lebih rendah. Dan infrastruktur transmisi saat ini membutuhkan perombakan besar-besaran untuk memungkinkan penyebaran yang luas.

Dari definisi produk dan perspektif pengembangan, berbagai tingkat kinerja 5G ini harus dipertimbangkan dengan cermat. Memilih tingkat kinerja yang salah dapat membuat desain produk menjadi terlalu mahal atau sebaliknya mungkin tidak membawa kinerja yang dibutuhkan untuk memenuhi aplikasi target.

Aplikasi yang Akan Mendominasi 5G

Sebuah laporan terbaru dari Molex berjudul The State of 5G mengungkapkan hasil survei yang dipresentasikan kepada para pemangku kepentingan R&D, teknik, dan produk. Termasuk dalam survei itu adalah pertanyaan tentang pasar apa yang mereka harapkan menjadi yang pertama menghasilkan pendapatan bisnis baru yang signifikan dengan memanfaatkan teknologi 5G. Responden disajikan dengan daftar kategori perangkat konsumen dan diminta untuk memilih dua. Berikut adalah hasilnya:

• Perangkat konsumen (43%) , termasuk game, rumah pintar, perangkat yang dapat dikenakan konsumen, dan keamanan rumah
• Aplikasi industri dan IIoT (35%) , seperti otomatisasi, robotika, kontrol proses, jaringan pintar, logistik
• Akses nirkabel tetap (33%) , seperti akses rumah berkemampuan 5G
• Aplikasi otomotif (29%) melibatkan telematika, akses nirkabel penumpang, kontrol otonom
• Jaringan pribadi perusahaan (25%)
• Perangkat medis (19%) , seperti perangkat medis yang dapat dikenakan dan implan yang terhubung serta operasi jarak jauh, pemantauan pasien, dan terapi fisik jarak jauh

Seiring berkembangnya 5G, begitu pula berbagai peluang pertumbuhan.

Faktor Penting untuk Menerapkan 5G di Tingkat Perangkat

Ada banyak kasus penggunaan yang dapat dipilih sebagai salah satu desain dan pengujian sistem berkemampuan 5G apa pun. Mari kita fokus pada tiga area spesifik:

• Broadband seluler yang disempurnakan (EMBB)
• Sangat andal dan latensi rendah (URLL)
• Komunikasi tipe mesin masif (mMTC)

Menambah kompleksitas aplikasi, masing-masing kasus penggunaan ini melibatkan banyak tantangan desain dan pengujian yang berbeda. Mari kita mulai dengan berfokus pada persyaratan antena RF.

Contoh ruang pengujian untuk antena 5G (kiri) dan representasi dari analisis pola pancaran untuk larik antena 5G (kanan). Gambar dari Molex

Desain antena RF menggambarkan kepentingan kritis terkait pilihan pita frekuensi 5G untuk beroperasi. Tergantung pada pilihan frekuensi ini, 5G membutuhkan jauh lebih banyak antena untuk Massive MIMO (mMIMO) beamforming daripada 4G. Ini juga berarti bahwa susunan antena 5G harus dirancang dan digunakan dengan benar. Deployment mengarah pada beberapa keputusan pengemasan dan penempatan.

Implementasi beamforming dan beam steering yang efektif di tingkat perangkat juga penting. Jaringan 5G memaksimalkan transmisi sinyal menggunakan beamforming, di mana sinyal yang diarahkan ke bentuk dilewatkan antara pemancar dan penerima.

Juga penting untuk tetap kompetitif di pasar 5G adalah modul untuk konversi analog ke digital yang efisien dan menentukan pendekatan konektor dan interkoneksi apa yang bekerja paling baik dengan frekuensi tinggi yang ditemukan di 5G.

Pengujian Perangkat 5G Lanjutan

Pengujian menyeluruh sangat penting untuk peluncuran perangkat 5G yang sukses dan kepatuhan terhadap standar internasional (yang kemungkinan besar akan berkembang dengan 5G). Proses ini mencakup simulasi lanjutan dan pengujian fisik. Ini mungkin melibatkan studi yang lebih mendalam mengingat bahwa hanya sepersepuluh mm dalam perubahan ukuran dapat memiliki dampak yang signifikan pada kinerja perangkat.

Seorang insinyur menyesuaikan ruang pengujian. Gambar dari Molex

Perangkat yang dirancang untuk memanfaatkan 5G akan memerlukan pengujian terkait emisi radiasi, kemampuan beamforming, dan antena penguatan tinggi. Selain itu, fasilitas pengujian harus disiapkan dengan pengatur posisi presisi ultra-tinggi untuk mendukung penilaian rentang frekuensi yang luas yang terkait dengan 5G.