5G, generasi berikutnya (kelima) dalam komunikasi telepon pintar nirkabel, telah banyak dipromosikan di dunia konsumen sebagai peningkatan level untuk perangkat seluler. Tapi apa arti 5G di mata para insinyur yang mengembangkan perangkat ini?
Dalam artikel ini, kita akan mempelajari lebih dalam tentang 5G NR (Radio Baru) dan mengeksplorasi model multi guna dan beberapa pita frekuensi yang tercakup dalam standar yang baru muncul ini. Kami juga akan melihat beberapa teknologi canggih yang terkait dengan 5G NR.
Standar untuk 5G sedang dikembangkan oleh Proyek Kemitraan Generasi ke-3 (3GPP) yang terdiri dari mitra dari tujuh organisasi standar global yang berbeda. Standar untuk 5G dimulai dengan “Rilis 15” pada bulan Desember 2017 dan diperluas pada rilis berikutnya seiring dengan penambahan fitur, fungsionalitas, dan persyaratan baru.
Dalam 3GPP terdapat Technical Specification Groups (TSGs) yang bekerja untuk mendefinisikan sistem 5G NR dalam meningkatkan level abstraksi. Contoh level termasuk, namun tidak terbatas pada:
Seiring dengan kemajuan teknologi telekomunikasi nirkabel, frekuensi dan bandwidth terus meningkat. Seperti yang diilustrasikan pada Gambar 1, generasi yang lebih baru mempertahankan beberapa kompatibilitas ke belakang dengan jaringan yang ada tetapi berkembang ke lebih banyak pita frekuensi.
Tren ini mengambil lompatan besar ke depan dengan 5G saat bergerak naik ke frekuensi gelombang milimeter (mmWave) di atas 30GHz. Hal ini memungkinkan 5G NR mendukung bandwidth ultra lebar hingga 100MHz pada frekuensi di bawah 6GHz dan hingga 400MHz pada frekuensi yang lebih tinggi.
5G secara umum dapat dibagi menjadi tiga band:
Seperti yang diilustrasikan Gambar 2, ketiga pita dirancang untuk bekerja bersama untuk memenuhi kebutuhan bandwidth, latensi, dan cakupan yang berbeda.
Penerapan awal untuk 5G berada dalam rentang frekuensi yang lebih rendah (FR1), dengan dua pita (disebut sebagai rendah dan menengah) yang menjangkau frekuensi yang lebih tradisional yang digunakan untuk ponsel cerdas dari 450 MHz hingga 6 GHz. Frekuensi yang lebih rendah ini memberikan jangkauan jangkauan terbesar.
Rentang frekuensi yang lebih tinggi (FR2) bergerak naik menuju dan ke wilayah mmWave dengan frekuensi dari 24 - 100 GHz untuk mendukung kecepatan unduh yang lebih cepat dan memungkinkan aplikasi baru yang memerlukan latensi sangat rendah.
Transmisi 5G untuk koneksi uplink dan downlink didasarkan pada OFDM (multiplexing pembagian frekuensi ortogonal). OFDM menggabungkan quadrature amplitudo modulation (QAM) dan frequency division multiplexing (FDM) untuk memungkinkan komunikasi data dengan kecepatan tinggi.
Karena frekuensi subcarrier adalah ortogonal satu sama lain, puncak individu semua berbaris dengan nol dari subcarrier lainnya (Gambar 3).
Ini meminimalkan interferensi dan memungkinkan penerima untuk memulihkan sinyal secara efisien. Subcarrier termodulasi ini dapat digunakan untuk mendukung banyak sinyal independen (seperti saluran radio FM), tetapi dalam aplikasi 5G biasanya digabungkan untuk meningkatkan kecepatan data untuk satu saluran.
Spesifikasi NR mendukung jarak pembawa yang dapat disesuaikan sebesar 15 kHz, 30 kHz, 60 kHz, 120 kHz, 240 kHz, atau 480 kHz dengan maksimum 3300 subcarrier. Selain itu, modulasi subcarrier dapat berupa QPSK (quad-phase shift keying) atau 16-, 64-, atau 256-QAM. Opsi ini memberikan keserbagunaan yang memungkinkan operator mengoptimalkan skema komunikasi untuk memenuhi lingkungan dan aplikasi.
Seperti yang kita harapkan dari setiap generasi baru teknologi smartphone, 5G lebih cepat dan menyediakan kapasitas lebih dari 4G pendahulunya. 5G diharapkan dapat mendukung kecepatan transfer data puncak hingga 10-20 Gb/s dan kecepatan data rata-rata lebih dari 100 Mb/s. 5G juga dirancang untuk mendukung peningkatan kapasitas 100x melalui peningkatan efisiensi jaringan dan penurunan latensi 10x hingga serendah 1 md.
Di luar peningkatan dasar tersebut, 5G sedang dirancang sebagai standar telekomunikasi yang lebih beragam daripada 4G untuk mendukung aplikasi di luar broadband seluler standar termasuk:
Biasanya ketika kita mendengar tentang 5G, kita langsung memikirkan smartphone yang lebih baik, dan itu memang salah satu aspek dari spesifikasi 5G NR. Namun, standar sedang dikembangkan untuk mendukung lebih dari sekadar smartphone yang lebih baik. Secara khusus, ada tiga model penggunaan utama seperti yang diilustrasikan pada Gambar 4:
Fokus awal pengembangan jaringan 5G NR difokuskan pada eMBB untuk meningkatkan kecepatan unduh dan unggah serta pengurangan latensi. eMBB diharapkan dapat meningkatkan streaming video seluler dan memungkinkan aplikasi yang mencakup augmented seluler dan realitas virtual (AR dan VR). emBB diantisipasi untuk menyediakan akses broadband nirkabel yang lebih baik di daerah perkotaan yang padat penduduk, tempat olahraga atau konser, dan kantor pintar.
Seperti namanya, URLLC dirancang untuk menyediakan komunikasi dengan latensi sangat rendah untuk aplikasi "waktu nyata" termasuk kendaraan otonom, otomasi industri, dan operasi jarak jauh. Jelas, masing-masing aplikasi ini akan membutuhkan koneksi jaringan yang kuat dengan tingkat kesalahan yang rendah dan latensi yang tidak terlihat (secara teoritis serendah 1 ms). Persyaratan ini sangat berbeda dengan panggilan suara atau streaming acara baru favorit Anda.
mMTC adalah model penggunaan ketiga dan juga sedikit berbeda dari dua yang pertama. mMTC akan memanfaatkan bandwidth lebar yang tersedia dengan 5G NR untuk mendukung komunikasi ke sejumlah besar perangkat dengan kecepatan data rendah. Aplikasi akan mencakup Internet-of-Things dan Kota Cerdas di mana sejumlah besar node akan membutuhkan bandwidth yang sempit untuk penginderaan jauh, pemantauan, manajemen lalu lintas dan parkir, logistik dan manajemen armada, dan papan iklan elektronik.
Ada banyak kemajuan teknologi yang bersatu untuk memungkinkan komunikasi 5G. Bagian ini akan membahas beberapa teknologi utama yang mungkin menarik bagi insinyur listrik yang bekerja di perangkat keras.
Kemajuan teknologi silikon CMOS secara terus-menerus ke geometri yang lebih halus jelas penting untuk meningkatkan daya pemrosesan yang diperlukan dalam handset, stasiun pangkalan, dan tulang punggung jaringan. Selain itu, saat 5G meluas ke wilayah gelombang milimeter dari spektrum frekuensi, peningkatan teknologi transistor canggih menjadi pusat perhatian.
Seperti yang diilustrasikan Gambar 5, silikon germanium (SiGe), galium arsenida (GaAs), galium nitrida (GaN), dan silikon karbida (SiC) semuanya cocok untuk operasi di pita FR2 frekuensi tinggi di atas 6 GHz. Secara khusus, perangkat GaN dan SiC banyak digunakan di stasiun pangkalan di mana frekuensi tinggi dan daya tinggi diperlukan.
Selain transistor itu sendiri, koneksi eksternal dari chip ke papan sirkuit tercetak (PCB) memerlukan kemajuan teknologi dalam pengemasan dan teknik desain yang canggih. Sesuatu yang sederhana seperti kabel bond 1 mm di dalam paket menjadi antena potensial pada frekuensi gelombang milimeter dan dapat memiliki impedansi kompleks yang menyulitkan untuk mencapai kecocokan impedansi 50 dengan PCB. Pindah ke perakitan flip-chip menggunakan bola solder dapat membantu, tetapi tantangan pencocokan impedansi mungkin masih ada.
Karena panjang gelombang yang sangat pendek, antena array bertahap menjadi layak untuk frekuensi gelombang milimeter 5G. Misalnya, prototipe handset gelombang milimeter yang ditunjukkan oleh Qualcomm pada Gambar 6 tampaknya memiliki tiga bagian antena array bertahap 4x2. Antena array bertahap dapat mendukung beamforming untuk penguatan antena yang lebih baik.
Di stasiun pangkalan, penggunaan array bertahap diharapkan meledak ke apa yang disebut sebagai sistem multi-input multi-output (MIMO) besar-besaran. Menggunakan antena dalam jumlah besar dan algoritme kompleks, sistem MIMO yang masif dapat menggunakan beamforming adaptif dan keragaman spasial untuk:
Kombinasi pemrosesan digital dan analog di stasiun pangkalan menciptakan saluran transmisi yang unik untuk pengguna individu. Pengguna individu juga dapat menggunakan beberapa antena untuk meningkatkan komunikasi dengan adanya fading, multipath, dan interferensi.
5G NR jauh lebih dari sekadar jaringan yang ditingkatkan untuk ponsel pintar. Tiga model penggunaan utama broadband seluler yang disempurnakan, komunikasi latensi rendah yang sangat andal, dan komunikasi jenis mesin yang masif kemungkinan akan menghasilkan banyak aplikasi baru di tahun-tahun mendatang.
Teknologi Industri
Pemesinan CNC adalah proses manufaktur tradisional yang mengadopsi alat pemotong dan bor untuk menghilangkan material secara sistematis dari benda kerja dan membuat bagian permesinan CNC jadi. Itu dibawa oleh mesin yang menerima jalur pahat untuk memotong bagian, terutama dalam kode G permesinan CNC
Pengembangan produk adalah proses yang terus berkembang, dan Anda mungkin tidak melakukannya dengan benar pada percobaan pertama. Jangan khawatir - sejumlah ini diharapkan. Jika dan ketika suatu bagian gagal atau tidak berfungsi seperti yang diharapkan, Anda ingin mencari tahu sebanyak mungkin tenta
Pemesinan CNC adalah proses manufaktur tradisional yang menggunakan alat pemotong dan bor untuk menghilangkan material secara sistematis dari benda kerja untuk membuat bagian jadi. Mesin menerima jalur pahat untuk memotong potongan, biasanya dalam kode G. Kode untuk mesin dapat ditulis secara manual
Saat pengembangan produk semakin cepat, aturan desain berubah. Tidak ada tempat yang lebih jelas daripada saat di pabrik aditif logam. Sintering laser logam langsung adalah teknologi manufaktur aditif logam dengan potensi signifikan dalam industri medis dan kedirgantaraan. Tapi itu membutuhkan cara
