Sejak awal, jaringan seluler telah ada secara independen dari teknologi satelit. Namun, pengembangan arsitektur 5G menjanjikan generasi baru operator satelit untuk membantu menyediakan konektivitas yang belum pernah ada sebelumnya dan aplikasi futuristik dengan fokus teknologi.
Meskipun internet satelit menghadapi tantangan yang signifikan dalam menghadirkan broadband kepada pengguna dalam skala luas, banyak perusahaan telah mulai menggunakannya. Pengembangan spektrum satelit 5G menawarkan pelengkap untuk konektivitas terestrial 5G yang sedang berkembang.
Standar untuk Spektrum Satelit 5G
Satelit komunikasi tradisional mengorbit bumi dari ketinggian sekitar 35.000 km. "Orbit geosinkron" berarti satelit geostasioner bergerak secara sinkron dengan bumi, sehingga satelit tetap berada di atas satu titik saat bumi berputar. Antena yang berada di darat mengarah langsung ke satelit untuk menerima sinyal.
Karakteristik Satelit 5G
Tidak seperti satelit geostasioner, satelit 5G mengitari bumi di orbit rendah (LEO), umumnya antara empat ratus hingga dua ribu km di atas bumi. Satelit LEO ini harus bergerak hampir 2,5 kali lebih cepat daripada satelit geostasioner untuk tetap berada di orbit. Akibatnya, satelit orbit rendah bumi tetap berhubungan dengan pemancar di bumi dalam waktu yang lebih singkat. Untuk mempertahankan jangkauan yang mulus, komunikasi dari bumi berpindah dari satu satelit LEO ke satelit berikutnya di seluruh konstelasi satelit.
Pada saat yang sama, orbit rendah dari satelit orbit rendah bumi secara signifikan mengurangi latensi dibandingkan dengan satelit geostasioner. Hal ini berarti satelit LEO dapat menerima dan mengirimkan data dengan lebih cepat, sehingga meminimalkan penundaan bagi pengguna.
Perjanjian Internasional tentang Spektrum Satelit 5G
Satelit, seperti halnya pada semua komunikasi nirkabel, berkomunikasi ke darat melalui frekuensi radio nirkabel, yang disebut "spektrum." Para ilmuwan mengukur frekuensi menggunakan hertz, yang berarti jumlah siklus gelombang per detik.
Satelit harus menggunakan frekuensi terbaik. Frekuensi merupakan bagian integral dari konstruksi satelit dan tidak berubah setelah peluncuran. Satelit umumnya memancarkan pada frekuensi antara 1,5 dan 51,5 gigahertz (satu GHz, sama dengan satu miliar hertz). Broadband berkecepatan tinggi beroperasi pada spektrum yang lebih tinggi.
Tanpa standar internasional, penggunaan spektrum satelit 5G oleh satu negara dapat mengganggu penggunaan spektrum satelit 5G oleh negara lain. International Telecommunications Union (ITU), bagian dari Perserikatan Bangsa-Bangsa, mengoordinasikan alokasi frekuensi secara global. Meskipun mengelola telekomunikasi global, ITU tidak terlibat dalam implementasi 5G atau teknologi lainnya.
Untuk itu, maka sebuah konsorsium terpisah yang disebut 3rd Generation Partnership Project (3GPP) menyatukan tujuh organisasi yang mengembangkan standar telekomunikasi di seluruh dunia. Para mitra organisasi ini menentukan teknologi mana yang termasuk dalam nirkabel 5G, yang bertujuan untuk konsistensi global.
Di Amerika Serikat, Badan Telekomunikasi dan Informasi Nasional mengelola penggunaan spektrum oleh pemerintah federal, sedangkan FCC mengatur penggunaan lainnya.
Badan-badan standarisasi di seluruh dunia bekerja untuk mengintegrasikan generasi radio baru 5G (NR) dengan teknologi satelit. 5G NR adalah standar global baru untuk jaringan 5G. 3GPP menyediakan forum bagi para pemimpin industri, badan pemerintah, dan lembaga akademis untuk bekerja sama dalam mengerahkan pita frekuensi baru guna mempercepat adopsi jaringan 5G di seluruh dunia.
Cakupan dan Kapasitas untuk Spektrum Satelit 5G
Fisika membatasi jumlah data yang dapat dibawa oleh sebuah frekuensi, sehingga menciptakan tantangan spektrum gelombang yang khusus. Karena jaringan 4G LTE yang ada saat ini telah mencapai batas atas secara teoritis, maka jaringan 5G harus memanfaatkan area spektrum yang baru.
Kemungkinan Spektrum Baru
5G dapat berjalan pada spektrum yang lebih luas daripada 4G LTE, standar saat ini. Perusahaan telekomunikasi menggunakan pendekatan yang berbeda sehubungan dengan frekuensi baru yang tersedia. Sebagai contoh, Verizon Communications menekankan pada pita gelombang milimeter (mmWave), yang berada pada rentang 24 hingga 100 GHz.
Pita gelombang milimeter adalah pita frekuensi tinggi jarak pendek yang memberikan kecepatan unduh beberapa gigabit per detik dan dapat menangani pengguna dalam jumlah besar secara bersamaan. Namun, gelombang mmWave tidak dapat menempuh jarak yang jauh atau menembus rintangan sehingga membutuhkan banyak sel jaringan kecil. Sel-sel kecil-yang berisi radio, antena, daya, dan koneksi serat-dipasang pada tiang listrik, lampu jalan, atau struktur serupa dan memperkuat jangkauan di daerah padat penduduk.
Di sisi lain, AT&T dan T-Mobile fokus pada frekuensi pita rendah dan pita menengah. Jaringan 5G ini beroperasi pada frekuensi di bawah 6 GHz yang dikenal sebagai jaringan sub-6. Tidak seperti mmWaves, gelombang radio dengan frekuensi lebih rendah ini dapat menembus rintangan dan menempuh jarak jauh. Oleh karena itu, T-Mobile akan memfokuskan teknologi 5G-nya untuk melayani daerah pedesaan, di mana frekuensi pita rendahnya akan memberikan jangkauan, meskipun tidak secepat kilat.
Masa Depan Menara Seluler
Menurut laporan Ericsson, pada tahun 2026, penggunaan data seluler global akan mencapai 226 miliar gigabyte setiap bulannya. Jaringan 5G akan membawa lebih dari setengah trafik ini. Dengan demikian, satelit LEO kemungkinan besar akan melengkapi, bukan menggantikan-menara telepon seluler yang sudah ada.
Selain itu, perangkat pintar tertentu bergantung pada teknologi komputasi onboard untuk berintegrasi dengan stasiun lokal guna menyediakan latensi yang hampir seketika (almost Real-Time). Sebagai contoh, sedikit saja penundaan dalam komunikasi dengan satelit dapat memengaruhi keselamatan kendaraan otonom, yang mengandalkan pengambilan keputusan yang seketika atau Real-Time.
Dua area lain yang sedang dieksplorasi adalah keamanan lapisan fisik dan Quantum Key Distribution (QKD). Kedua pendekatan ini bertujuan untuk meningkatkan keamanan komunikasi 5G. Keamanan lapisan fisik adalah pendekatan baru yang memanfaatkan kelemahan yang terjadi secara alami pada saluran nirkabel, seperti pemudaran atau kebisingan, untuk memberikan keamanan jaringan tambahan. Quantum Key Distribution bergantung pada prinsip-prinsip mekanika kuantum untuk menciptakan enkripsi yang tahan terhadap gangguan.
Saham Terbesar dalam Spektrum Satelit 5G
Integrasi satelit ke dalam ekosistem 5G terbagi dalam tiga kategori utama, menurut 3GPP.
- Skalabilitas: distribusi streaming video dan layanan multibroadcast
- Kontinuitas: cadangan untuk layanan terestrial serta layanan untuk pengguna yang sedang bepergian
- Ubiquity: pengiriman 5G ke area yang kurang terlayani
Lebih Dari Sekadar Ponsel Pintar
Di Amerika Serikat, sekitar sembilan belas juta orang tidak memiliki akses ke internet broadband. Beberapa operator nirkabel ragu-ragu untuk mengerahkan sumber daya di daerah dengan kepadatan penduduk yang rendah karena biaya dan kesulitan dalam memasang infrastruktur. Di sisi lain, perusahaan satelit dapat menawarkan broadband ke daerah pedesaan atau daerah terpencil yang kurang terlayani dengan pembangunan terestrial minimum.
Satelit berkemampuan 5G dapat mentransmisikan kecepatan data yang tinggi secara global. Oleh karena itu, penyebaran 5G sangat menjanjikan untuk menyediakan konektivitas bagi penumpang di pesawat udara, kapal laut, atau kendaraan lain, yang jelas tidak akan memiliki akses tanpa hambatan ke menara ponsel saat mereka bergerak.
Menurut Cisco, pada tahun 2023, jumlah perangkat yang terhubung ke internet telah melebihi jumlah populasi dunia dengan rasio tiga banding satu. Volume besar mesin pintar dan perangkat lain dalam Internet of Things mempengaruhi beban jaringan. Spektrum satelit 5G dapat memberikan alternatif untuk perangkat untuk berfungsi dengan baik dengan sedikit penundaan koneksi, seperti perangkat IoT dan sistem multibroadcast.
Selain itu, jika terjadi bencana yang merusak infrastruktur ekosistem 5G terestrial, jaringan satelit dapat berfungsi sebagai cadangan komunikasi.
Pemimpin dalam Teknologi Satelit 5G
Perlombaan antariksa jenis baru muncul untuk menggunakan konstelasi satelit LEO dalam peluncuran 5G terbaru. Pada bulan Oktober 2020, SpaceX mulai menawarkan internet satelit kepada sejumlah pelanggan. Pengguna terhubung ke Starlink, konstelasi 1.000 satelit LEO.
Pada bulan Desember 2020, SpaceX memenangkan lebih dari $885 juta dalam lelang publik Rural Digital Opportunity Fund dari FCC, yang bertujuan untuk membawa broadband ke masyarakat pedesaan. Starlink berencana untuk terus berinvestasi dalam jaringan 5G, dengan rencana jangka panjang untuk tiga puluh ribu satelit.
Amazon juga mendapatkan persetujuan FCC untuk meluncurkan konstelasi 3.236 satelitnya sendiri, yang akan beroperasi penuh pada tahun 2029. Sebagai persiapan, Amazon telah membeli sembilan roket Atlas V untuk memfasilitasi peluncuran satelit LEO untuk Sistem Kuiper.
OneWeb, sebuah perusahaan satelit yang sebagian sahamnya dimiliki oleh pemerintah Inggris, telah meluncurkan 74 dari 648 satelit yang direncanakan. OneWeb berencana untuk menjual layanan satelit 5G kepada pemerintah dan entitas transportasi yang menyediakan layanan internet untuk pesawat terbang dan kendaraan lainnya.
Persyaratan untuk Teknologi Generasi Berikutnya dalam Spektrum 5G
Jika peluncuran 4G merupakan indikasi, perombakan total infrastruktur komunikasi membutuhkan waktu sekitar tujuh hingga sepuluh tahun. Tetapi perusahaan membangun infrastruktur 4G LTE dengan mempertimbangkan jaringan 5G. Frekuensi low-band dan midband dapat memanfaatkan peralatan 4G LTE saat ini. Spektrum 5G yang lebih luas, termasuk mmWaves, membutuhkan perangkat keras yang berbeda.
Peralatan Spektrum 5G
Untuk teknologi mmWave, pengguna tidak dapat menggunakan kabel koaksial untuk menghubungkan antarmuka radio ke antena. Kabel koaksial melemahkan sinyal dengan cepat. Akibatnya, mmWave kehilangan kekuatan yang signifikan pada saat mencapai antena, sehingga tidak berguna untuk mentransmisikan informasi.
Oleh karena itu, jaringan 5G yang mengandalkan broadband frekuensi tinggi membutuhkan jenis perangkat keras baru: unit radio terintegrasi (IRU). Daripada memasang antena pada tiang, IRU menyatukan antena dan radio dalam satu kotak. Kota-kota seperti Sacramento, salah satu pasar pertama yang meluncurkan broadband perumahan 5G, membentuk kemitraan publik-swasta untuk mengatasi peraturan kota dan membuat penyesuaian untuk mengintegrasikan 5G frekuensi tinggi.
Evolusi ke 5G
Perusahaan yang ingin memperluas jangkauan ke area dengan cakupan rendah berinvestasi pada spektrum 5G C-band midband yang baru tersedia, bagian dari sub-6 yang secara khusus mengacu pada frekuensi antara 3 dan 4 GHz. Menggunakan spektrum pita menengah adalah kompromi antara jangkauan dan kapasitas.
Pada bulan Maret 2021, Verizon menghabiskan $52,9 miliar pada lelang spektrum pita-C FCC. Operator satelit juga menggunakan spektrum C-band, yang karenanya akan membutuhkan koordinasi dan berbagi. Kombinasi latensi sangat rendah dengan kecepatan data yang tinggi - ditambah jangkauan yang belum pernah ada sebelumnya - akan membuka jalan bagi teknologi pintar generasi berikutnya untuk menggunakan spektrum satelit 5G.
Kesimpulan:
Teknologi satelit mengemban peran yang krusial dalam evolusi arsitektur 5G, menawarkan konektivitas yang belum pernah ada sebelumnya serta aplikasi futuristik yang menjadikan dunia semakin terhubung. Dengan konstelasi satelit LEO dan pengembangan spektrum satelit 5G, peningkatan jangkauan, kapasitas, dan kecepatan data telah menjadi mungkin, membuka pintu bagi layanan yang lebih canggih dan terintegrasi secara global. Dalam menghadapi tantangan seperti standarisasi spektrum dan infrastruktur perangkat keras, perusahaan-perusahaan terdepan dalam industri, seperti SpaceX, Amazon, dan OneWeb, terus menginvestasikan sumber daya dan inovasi untuk mewujudkan visi konektivitas global yang lebih kuat. Dengan demikian, masa depan komunikasi tidak hanya akan melibatkan ponsel pintar, tetapi juga memperluas koneksi ke berbagai perangkat pintar dan sistem, serta memberikan akses internet kepada populasi yang sebelumnya terpinggirkan.
