Pada tulisan yang lalu ada disebutkan tentang Very-Low-Earth-Orbit (VLEO) pada ketinggian sekitar 350 km berpotensi mengubah paradigma Internet karena jauh lebih rendah dibandingkan Low Earth Orbit (LEO) tradisional pada ketinggian 600 km-1.200 km dan Orbit Earth Geostasioner (GEO) pada 35.768 km.
Dibandingkan dengan satelit LEO dan GEO, komunikasi berdasarkan konstelasi mega VLEO mendapat manfaat dari fitur-fitur seperti penundaan transmisi yang rendah, kehilangan propagasi yang lebih kecil, kapasitas area yang tinggi, serta biaya produksi dan peluncuran yang lebih rendah. Fitur-fitur ini akan berkontribusi pada pemanfaatan global yang lebih luas.
Ekosistem komunikasi global meyakini komunikasi berbasis satelit menjadi bagian penting dari 5G-Advanced dan 6G. Baca:
Paten 6G Huawei Memulai Debutnya Siap Meluncurkan 2800 Satelit Orbit RendahÂ
Untuk mencapai keberhasilan komersialisasi NTN berbasis VLEO, skenario penggunaan dan aplikasi baru perlu dieksplorasi dan beberapa tantangan teknis perlu diatasi. Pembahasan komprehensif mengenai visi dan tantangan NTN berbasis VLEO untuk 6G perlu kiranya kita bahas disini. Dengan tujuan agar lebih memahami teknologi komunikasi dan jaringan 6G.
Hanya tulisan ini cukup panjang yang disadur dari tulisan dari para pakar Huawei dan Kanada (Wireless Technology Lab & Ottawa Wireless Advanced System Competency Centre). Mudah-mudahan sudi membacanya, dan dapat bermanfaat bagi peminat teknologi ini sebagai pengetahuan awal.
Untuk memperkenalkan faktor pendorong dan motivasi jaringan NTN berbasis VLEO sesuai dengan kemajuan terkini dari komunitas industri,diperlukan pesyaratan sebagai berikut.
Komunikasi non-terestrial, seperti komunikasi satelit, akan mendukung dunia yang inklusif dan memungkinkan aplikasi baru dengan cara yang hemat biaya. Cakupan nirkabel diperkirakan akan diperluas dari 'cakupan populasi' 2D di permukaan tanah menjadi 'cakupan global dan ruang angkasa' 3D.
Mengintegrasikan sistem komunikasi non-terestrial dan terestrial akan mencapai cakupan 3D Bumi. Hal ini tidak hanya akan menyediakan komunikasi dengan layanan IoT broadband dan jangkauan luas di seluruh dunia, namun juga menyediakan fungsi-fungsi baru seperti penentuan posisi dan navigasi serta pengamatan bumi yang ditingkatkan secara presisi secara real-time.
Dengan berkembangnya sistem High-Throughput Satellite (HTS) dan Non-Geostationary-Satellite Orbit (NGSO) baru, seperti sistem Medium-Earth-Orbit (MEO) O3b dan banyak sistem LEO dan VLEO yang diusulkan seperti Oneweb, Starlink, dan TeleSat, diharapkan biaya akan turun secara signifikan, kemampuan akses akan meningkat, dan waktu tunda koneksi satelit akan dikurangi dengan konstelasi VLEO.
Proyek Starlink SpaceX telah meluncurkan lebih dari 5500 satelit kecil, yang berkomunikasi dengan transceiver darat yang ditunjuk dan menyediakan akses internet ke lebih dari 2 juta pelanggan, menjadikannya operator komunikasi satelit terbesar di dunia.
Penurunan biaya pembuatan dan peluncuran layanan satelit membuat armada besar satelit kecil di orbit rendah bumi menjadi kenyataan untuk menjembatani kesenjangan digital, peran komunikasi satelit pada tahun 2030 dan seterusnya akan sangat penting untuk memastikan konektivitas data bagi pengguna tetap dan seluler.
Manfaat Mengintegrasikan TN dan NTN
Dibandingkan dengan jaringan seluler, layanan komunikasi satelit masih memerlukan terminal pengguna khusus dan mahal, yang berada di luar jangkauan pengguna umum.Integrasi mendasar TN dan NTN akan mengubah status quo dan meningkatkan pengalaman pengguna secara signifikan.
Dengan integrasi ini, industri komunikasi satelit dapat memanfaatkan perkembangan pesat dan skala ekonomi industri seluler, sehingga mengurangi biaya terminal dan harga layanan ke tingkat yang lebih menarik. Dengan menyatukan desain TN dan NTN, penghalang antar satelit yang berbeda sistem akan dihilangkan, sehingga pengguna dapat dengan bebas menjelajahi jaringan terestrial dan non-terestrial dari berbagai operator.
Skenario Penggunaan dan Aplikasi
NTN berbasis VLEO diharapkan dapat menyediakan berbagai skenario penggunaan dan aplikasi, seperti yang ditunjukkan pada gambar  berikut ini.
Cakupan Ekstrim
Saat ini, hampir separuh populasi dunia tinggal di daerah pedesaan dan terpencil yang tidak memiliki layanan dasar Internet. Jaringan non-terestrial dapat menyediakan layanan konektivitas dan broadband yang terjangkau dan andal untuk wilayah di mana operator telekomunikasi tidak mampu membangun jaringan terestrial.
Dengan menggunakan node jaringan non-terestrial, seperti satelit, UAV dan platform ketinggian, jaringan non-terestrial dapat disebarkan secara fleksibel, menghubungkan orangdengan orang melalui berbagai perangkat seperti ponsel pintar, laptop, telepon kabel, dan televisi.
Untuk Broadband Seluler Yang Tidak Terkoneksi
Sistem komunikasi satelit komersial saat ini memiliki tingkat transmisi yang rendah dan biaya yang tinggi. Selain itu, telepon seluler satelit tidak terintegrasi dengan peralatan terminal jaringan seluler terestrial tradisional, sehingga masyarakat harus menggunakan dua telepon seluler yang berbeda untuk masing-masing mengakses jaringan satelit dan jaringan seluler.
Di masa depan, diyakini satelit dapat terhubung langsung ke telepon seluler, menyediakan konektivitas broadband, dengan kecepatan data yang serupa dengan jaringan seluler di daerah terpencil. Misalnya, kecepatan data pengguna harus bisa mencapai 5 Mbit/s untuk download dan 500 kbit/s untuk upload.
Koneksi Broadband Saat Bergerak
Masyarakat harus dapat mengakses Internet kapan saja, di mana saja, apa pun jenis transportasi yang mereka gunakan. Ambil contoh skenario lalu lintas udara. Pada tahun 2019, lebih dari 4 miliar orang bepergian dengan pesawat, yang berarti hampir 12 juta orang terbang ke suatu tempat setiap hari.
Sebagian besar tidak memiliki koneksi Internet selama penerbangan atau mengalami akses Internet dengan kecepatan sangat rendah. Sistem komunikasi masa depan harus memberikan pengalaman MBB* bagi semua penumpang pesawat. (*perjalanan kelas bisnis).
Layanan IoT dengan Jangkauan Lebih Luas dan Diperluas ke Lokasi yang Tidak Terhubung
Saat ini, komunikasi IoT diimplementasikan berdasarkan jangkauan jaringan seluler. Namun, komunikasi IoT berbasis seluler tidak dapat menjamin kelangsungan koneksi dalam banyak skenario. Di masa depan, perangkat IoT harus dapat terhubung dan melaporkan informasi kapan saja, di mana saja. Hasilnya, NTN akan lebih mudah digunakan untuk mengumpulkan data dari daerah terpencil dan tidak berpenghuni, misalnya status penguin Antartika, kondisi kehidupan beruang kutub, serta pemantauan hewan dan tanaman.
Pemosisian dan Navigasi Presisi Tinggi
Di masa depan, sebagian besar mobil akan memiliki kemampuan untuk terhubung ke jaringan terestrial. Namun, jaringan terestrial mungkin tidak mampu menyediakan layanan vehicle-to-everything (V2X) berkualitas tinggi bagi pengguna di wilayah terpencil.
Jaringan terintegrasi dapat menerapkan penentuan posisi dan navigasi presisi tinggi serta meningkatkan akurasi posisi dari meter hingga sentimeter. Atas dasar ini, navigasi mengemudi otomatis, navigasi pertanian presisi, navigasi konstruksi mekanis, dan layanan penentuan posisi pengguna dengan presisi tinggi dapat disediakan.
Pengamatan dan Perlindungan Bumi Secara Real-Time
Dengan berkembangnya teknologi penginderaan jauh dan penyebaran mega konstelasi yang cepat, teknologi penginderaan jauh di masa depan akan terjadi secara real time dengan resolusi tinggi.
Dengan dua fitur penting ini, pengamatan bumi dapat diperkenalkan ke lebih banyak skenario, seperti pengiriman lalu lintas secara real-time, peta penginderaan jarak jauh secara real-time yang tersedia untuk pengguna individu, navigasi presisi tinggi yang dikombinasikan dengan penginderaan jarak jauh dan penentuan posisi resolusi tinggi, dan kecepatan tinggi dalam tanggap bencana.
Tantangan dan Solusi
Untuk mewujudkan skenario penggunaan dan aplikasi yang disebutkan sebelumnya, tantangan kritis dan solusi yang mungkin diidentifikasi di bagian ini, sebagai faktor yang memungkinkan jaringan terintegrasi penuh dengan TN dan NTN untuk era 6G.
Arsitektur Jaringan Terintegrasi
Untuk menyediakan layanan terpadu dengan satu perangkat, diperlukan arsitektur jaringan terintegrasi baru yang terdiri dari TN dan NTN. Namun, ada beberapa tantangan yang perlu diatasi untuk mewujudkan jaringan yang benar-benar terintegrasi.
Jaringan terintegrasi pada umumnya merupakan jaringan heterogen 3D, dengan setiap lapisan memiliki rentang jangkauan dan kualitas tautan yang berbeda. Sangat penting untuk mengoordinasikan setiap lapisan dalam jaringan untuk mencapai akses jaringan terpadu. Selain itu, peralatan pengguna (UE) harus memiliki fleksibilitas untuk berkomunikasi dengan lapisan yang paling sesuai berdasarkan kemampuan dan konteksnya sendiri.
Beragam layanan dengan persyaratan kualitas layanan (QoS/quality of service) berbeda akan didukung oleh jaringan 6G terintegrasi. Namun, sumber daya dalam jaringan terintegrasi harus menunjukkan tingkat heterogenitas yang tinggi. Ketersediaan sumber daya untuk beberapa layanan akan bervariasi dari waktu ke waktu, karena setiap segmen dapat secara dinamis mengalokasikan sumber daya dengan prioritas tinggi untuk mendukung layanan lama.
Rentang global dari jaringan yang terintegrasi memerlukan pengendalian yang andal di mana saja, kapan saja. Hal ini biasanya memerlukan sejumlah besar stasiun bumi untuk ditempatkan di seluruh dunia, sehingga menyebabkan kompleksitas yang tinggi dan meningkatkan pengeluaran.
Penundaan end-to-end bisa sangat besar karena fungsi-fungsi jaringan inti diterapkan di sangat sedikit lokasi di darat dan komunikasi antar-pesawat antar-satelit (ISL/ inter-plane inter- satellite link) agak terbatas karena keterbatasan jarak pandang dan kecepatan.
Berikut ini adalah solusi teknis potensial untuk mengatasi tantangan-tantangan sebelumnya.
Komunikasi bebas sel 3D UE-centric adalah solusi menjanjikan untuk jaringan terintegrasi. Dengan metodologi UE-centric, batas sel dapat dihilangkan secara efisien.
Hal ini menghasilkan komunikasi serah terima yang bebas gangguan dan berkurang dalam skenario dengan banyak titik akses yang heterogen. Di sisi lain, multiplexing spasial untuk komunikasi bebas sel berarti bahwa pancaran sinar dari beberapa node, misalnya satelit dan stasiun pangkalan terestrial, dapat diselesaikan dengan menggunakan gradien fase yang berbeda pada susunan penerima.
Dengan demikian, dimungkinkan untuk melayani lokasi mana pun di darat dari berbagai lokasi dan arah berbeda dengan sepenuhnya memanfaatkan dimensi ruang-udara-darat dari keseluruhan jaringan.
Pengirisan jaringan memungkinkan beberapa jaringan logis dijalankan sebagai tugas independen pada infrastruktur fisik bersama yang umum. Setiap irisan jaringan mewakili jaringan end-to-end tervirtualisasi independen dan memungkinkan operator melakukan berbagai fungsi berdasarkan arsitektur yang berbeda.
Sebagai konsekuensinya, serangkaian layanan yang disesuaikan dengan tingkat QoS yang berbeda dapat disediakan dengan menyebarkan beberapa irisan jaringan yang terisolasi dan berdedikasi di atas jaringan yang terintegrasi.
Kerangka kendali hierarki dengan sedikit stasiun bumi dan satelit GEO dapat mencapai kendali jaringan global, sementara satelit MEO dan satelit LEO/VLEO dengan kemampuan ISL digunakan untuk kendali regional dan lokal. Konsep jaringan inti berbasis ruang angkasa dapat dimanfaatkan untuk memfasilitasi kendali global dan mengurangi penundaan propagasi.
Misalnya, beberapa fungsi jaringan inti, misalnya, fungsi bidang pengguna (UPF/ user plane function) dan fungsi manajemen akses dan mobilitas (AMF/mobility management function), dapat ditempatkan di satelit, sehingga pesan kontrol dan lalu lintas UE tidak perlu melintasi ke stasiun bumi dengan banyak melompat.
Sebagai Teknologi Interface Udara
Konstelasi LEO/VLEO akan menjadi komponen penting jaringan 6G. Kepadatan kapasitas di setiap lokasi di Bumi dapat digunakan untuk memahami kemampuan layanan suatu konstelasi. Kepadatan kapasitas rata-rata puncak setelah penerapan penuh konstelasi Starlink "Gen2" (termasuk sekitar 30.000 satelit), misalnya, berada di wilayah lintang tengah, yaitu sekitar 3,6 Mbit/s/km2, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Kepadatan kapasitas rata-rata puncak masih sangat rendah dibandingkan layanan seluler, meskipun konstelasinya telah dioptimalkan untuk memaksimalkan kemampuan layanan di garis lintang tengah.
Hal ini sebagian disebabkan karena metrik kepadatan kapasitas rata-rata secara implisit mengasumsikan bahwa kemampuan layanan dirata-ratakan di atas permukaan tanah, sedangkan wilayah daratan yang berpenduduk, seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini, menempati sebagian kecil dari total wilayah bumi, sehingga menghasilkan persentase kemampuan yang besar terbuang di lautan dan tanah yang tidak berpenghuni.
Kekhawatiran lainnya adalah terbatasnya link budget. Throughput pengguna tunggal yang disediakan oleh satu satelit sangat terbatas, menyebabkan lebih sedikit pemanfaatan spektrum yang ditetapkan untuk komunikasi satelit jika dibandingkan dengan skenario terestrial.
Untuk sepenuhnya memanfaatkan kemampuan layanan dan mengatasi tantangan mendasar ini, ada dua solusi potensial.
Pertama: Cakupan berdasarkan permintaan untuk kebutuhan yang tidak seimbang. Konsep beam-hopping dapat mengadaptasi kebutuhan yang tidak seimbang pada wilayah cakupan satelit. Satelit dapat memindai melalui serangkaian pola beam-hopping yang telah ditentukan sebelumnya, di mana pancaran sinar aktif selama jangka waktu tertentu di berbagai area untuk memenuhi permintaan layanan.
Teknologi beam-hopping dapat menggunakan semua sumber daya satelit yang tersedia untuk memberikan layanan ke lokasi atau pengguna tertentu. Dengan menyesuaikan durasi dan periode iluminasi sinar, nilai kapasitas berbeda yang ditawarkan dapat dicapai, yaitu, persyaratan yang tidak seimbang pada sinar yang berbeda dapat dipenuhi.
Selain itu, beam hopping dapat mengurangi interferensi saluran bersama dengan menempatkan berkas tidak aktif sebagai penghalang antar berkas saluran bersama. Namun, beam hopping menghadirkan tantangan baru pada komunikasi satelit LEO/VLEO, misalnya merancang pola pencahayaan beam-hopping untuk sepenuhnya memenuhi persyaratan layanan berbasis lokasi, dan mempertimbangkan batasan kemampuan di dalam pesawat.
Gambar di atas ini mengilustrasikan throughput rata-rata untuk algoritma penjadwalan yang berbeda berdasarkan simulasi periode waktu. Seperti yang dapat diamati, throughput algoritma berdasarkan beam-hopping lebih cocok dengan kapasitas yang dibutuhkan UE dibandingkan dengan penjadwalan Round Robin dasar, terutama untuk UE dengan permintaan lalu lintas yang lebih tinggi.
Transmisi kooperatif multi-satelit juga merupakan salah satu faktor yang memungkinkan untuk mencapai cakupan sesuai permintaan. Teknologi ini memungkinkan satu pengguna menerima sinyal multi-satelit secara bersamaan. Konstelasi besar LEO/VLEO di masa depan akan mencakup puluhan ribu satelit, yang merupakan basis transmisi kooperatif multi-satelit.
Oleh karena itu, laju transmisi dapat ditingkatkan ketika pengguna menerima sinyal dari beberapa satelit secara bersamaan, atau ketika beberapa satelit menerima sinyal dari pengguna, seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas ini.
Berdasarkan transmisi kooperatif, kepadatan kapasitas puncak dapat ditingkatkan secara signifikan, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1. Skema seperti ini menurut ahli masuk akal mengingat fakta bahwa hanya sebagian kecil dari wilayah yang tercakup dalam layanan dan beberapa satelit biasanya terlihat dengan mega konstelasi. Teknik transmisi kooperatif multi-satelit juga dapat mengatasi masalah kekurangan link budget yang timbul karena terbatasnya daya pancar satu pengguna atau satelit.
Precoding multi-beam untuk efisiensi spektral yang tinggi. Efisiensi spektral komunikasi satelit yang ada jauh lebih rendah dibandingkan jaringan terestrial karena kurangnya link budget dan interferensi saluran bersama antar pancaran.
Penggunaan kembali frekuensi multi-warna (multi-color frequency) biasanya diadopsi untuk mengurangi interferensi saluran bersama dalam komunikasi satelit, yang menyebabkan efisiensi spektrum sistem menjadi sangat rendah.
Teknik precoding, yang banyak digunakan dalam komunikasi terestrial, dapat digunakan untuk mengurangi interferensi saluran bersama. Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini, prakode multi-beam dapat menyediakan penggunaan kembali frekuensi penuh dan meningkatkan efisiensi spektrum dalam skenario komunikasi satelit VLEO/LEO.
Pengkodean awal multi-beam untuk satelit berdasarkan umpan balik saluran penuh tidak disukai, karena akan ada penundaan umpan balik yang besar karena penundaan transmisi yang lama. Karena karakteristik utama saluran satelit adalah Line of Sight, matriks precoding multi-beam dapat dihitung berdasarkan saluran skala besar yang kira-kira ditentukan oleh lokasi relatif antara UE dan satelit.
Kinerja prakode multi-balok berbasis lokasi ditunjukkan pada di bawah ini, dapat diamati bahwa, dibandingkan tanpa prakode (bilah biru), penerapan prakode multi-balok (bilah hijau) dapat menghasilkan keuntungan yang sangat besar dalam hal dari total throughput selama satelit menyediakan layanan.
Topologi Dinamis dan Rute AlgoritmaÂ
Penundaan end-to-end berdasarkan konstelasi VLEO diharapkan lebih rendah dibandingkan penundaan berdasarkan Internet terestrial.
Gambar  di bawah ini menunjukkan rute berbasis ISL antara Beijing dan New York dengan jarak terpendek serta perbandingan ping Round-Trip-Time (RTT) antara rute berbasis ISL dan rute berbasis Internet pada umumnya. Ping RTT dari rute berbasis Internet pada umumnya adalah sekitar 250 ms sedangkan rute berbasis ISL bisa serendah 100 ms di sepanjang rute berbasis satelit.
Potensi ukuran mega konstelasi menjadi perhatian ketika mempertimbangkan pe-rute-an dan penerusan. Secara khusus, ukuran tabel perutean dapat tumbuh secara dramatis seiring dengan bertambahnya ukuran jaringan satelit.
Dalam jaringan terestrial, jaringan besar umumnya dipartisi menjadi jaringan yang lebih kecil, baik dengan membuat subnet atau dengan memanfaatkan fungsionalitas seperti area Open Shortest Path First (OSPF) atau tingkat tautan Intermediate System to Intermediate System (IS-IS). Dalam jaringan satelit, jaringan bergerak terus-menerus dan oleh karena itu memerlukan segmentasi jaringan yang terus-menerus. Subnetting yang sangat dinamis akan berdampak buruk pada bidang data.
Namun, setiap node jaringan dalam jaringan satelit mengikuti orbit yang telah ditentukan mengelilingi Bumi. Rute prediktif adalah kelas mekanisme perute-an dan penerusan tertentu yang memanfaatkan sifat perubahan topologi jaringan yang dapat diprediksi. Tidak seperti perute-an dan penerusan tradisional, di mana node jaringan menggunakan banjir untuk memberi sinyal perubahan topologi, perutean prediktif memungkinkan node untuk berpindah tabel pe-rute-an secara berkala yang mencerminkan grafik topologi jaringan pada titik waktu yang berbeda. Setiap node berisi almanak yang mencakup informasi seperti topologi dan masa berlaku waktu.
Asalkan semua node berkoordinasi dan mempunyai gambaran waktu yang akurat, topologi jaringan yang dihasilkan akan tampak stabil. Periodisitas perubahan ini akan bergantung pada faktor-faktor seperti ketinggian LEO/VLEO dan dapat dihitung oleh satelit atau pusat kendali jaringan berbasis darat.
Meskipun mekanisme pe-rute-an prediktif bekerja dengan baik di jaringan kecil selama tidak ada kejadian yang tidak terduga, kegagalan tautan yang tidak dapat diprediksi dapat mengakibatkan kegagalan perutean, yang durasinya bergantung pada periode pembaruan almanak. Biasanya, pembaruan almanak biasanya dijadwalkan pada tingkat yang jauh lebih lambat dibandingkan dengan protokol link state tradisional, sehingga meninggalkan node dengan topologi yang ketinggalan jaman untuk jangka waktu yang lebih lama. Selain itu, diperlukan sinkronisasi waktu yang tepat di antara node satelit untuk memperbarui semua node, sehingga bidang data menjadi tidak dapat diandalkan selama periode waktu ini.
Orthodromic Routing (OR) adalah solusi yang menjanjikan untuk mengatasi masalah di atas dengan menukar beberapa paket yang hilang dengan skalabilitas yang besar, terutama ketika terdapat lubang yang cukup besar di mesh ISL. Karena sub-busur lingkaran besar antara dua titik A dan B disebut sebagai Ortodrom/OR didefinisikan sebagai jalur terpendek yang dilalui pada permukaan satuan bola. Gambar di bawah ini menunjukkan Ortodrom.
OR terdiri dari bidang pengalamatan dan penerusan, algoritma komputasi jalur, dan flooding algoritma terbatas. Bidang pengalamatan OR menyematkan koordinat suatu titik pada unit bola untuk sumber dan tujuan ke dalam header IP, sehingga meniadakan kebutuhan untuk terus-menerus menerjemahkan identifikasi dan lokasi. Bidang data kemudian meneruskan paket ke satelit terdekat dalam wilayah banjir yang relatif kecil sepanjang jalur terpendek (mengikuti ISL) ke satelit tersebut. Semua satelit juga mempunyai alamat berbasis koordinat, yang merupakan fungsi waktu yang ketat.
Oleh karena itu, semua satelit dapat menghitung alamatnya sendiri dan alamat satelit di wilayah banjirnya sebagai fungsi waktu. Membanjiri radius hop yang terbatas dan kemudian melakukan perhitungan jalur pada grafik radius terbatas tersebut sudah diketahui dan Dijkstra menghasilkan hop pertama yang dibutuhkan oleh bidang penerus.
Algoritme Dijkstra adalah algoritme untuk mencari jalur terpendek antar titik dalam grafik berbobot, yang dapat mewakili, misalnya, jaringan jalan raya. Ini disusun oleh ilmuwan komputer Edsger W. Dijkstra pada tahun 1956 dan diterbitkan tiga tahun kemudian.
Algoritma Dijkstra digunakan untuk mencari jalur terpendek antara dua simpul suatu graf dengan menerapkan Algoritma Greedy sebagai dasar prinsipnya. Misalnya: Digunakan untuk mencari jarak terpendek antara tujuan yang akan dikunjungi dari lokasi kita saat ini di peta Google.
Berdasarkan konsep di atas, kelas algoritma OR didefinisikan sebagai OR(r) dimana r adalah radius lompatan banjir. OR() berfungsi sebagai protokol link state, sedangkan OR(1) melakukan routing geografis sederhana (meneruskan data ke tetangga terdekat). Yang menarik adalah menentukan OR(r) mana yang akan digunakan untuk ukuran konstelasi tertentu dan probabilitas kegagalan tautan yang diharapkan.
Huawei telah melakukan tes simulasi pada beberapa algoritma ini, dengan simulasi menunjukkan bahwa OR(r) dapat menghasilkan routing terdistribusi yang kuat untuk nilai r yang relatif kecil dan probabilitas kegagalan link 10-20%.
Artinya OR(r) dapat disesuaikan dengan ukuran konstelasi tertentu dan probabilitas kegagalan terburuk untuk menyediakan penerusan terdistribusi penuh dengan tingkat kerugian yang rendah.
Selain itu, karena OR(r) mungkin memerlukan tabel penerusan dengan entri O(r2), Huawei mengeksplorasi beberapa solusi perangkat keras untuk memilih entri yang sesuai dengan paralelisasi maksimum sehingga sesuai untuk penerusan perangkat keras siklus jam minimum pada laju garis.
Algoritma OR(r) yang dijelaskan di atas dijalankan pada setiap hop. Oleh karena itu, pilihan gateway/node perantara dapat berubah pada setiap langkah menuju tujuan. Kami juga memiliki sedikit variasi pada OR(r), di mana setelah gateway/node perantara dipilih, paket dienkapsulasi dengan rute sumber sehingga gateway dapat digunakan sebelum memperluas jalurnya lebih jauh menuju tujuan. Huawei menyebutnya sebagai algoritma Jalur Terpendek Piece-Wise OR(r) OR(r)-PWSPF [ Piece-Wise Shortest Path OR(r) algorithm OR(r)-PWSPF].
Simulasi dibuat untuk membandingkan OR(r)-PWSPF dengan algoritma dasar OR(r) dengan algoritma Dijkstra yang bersifat teoritis tetapi tidak ada pengetahuan penuhnya. Algoritma Dijkstra berdasarkan pengetahuan penuh mewakili batas atas dari apa yang mungkin terjadi pada konstelasi tertentu. Gambar 11 menunjukkan CDF untuk panjang jalur (biaya) untuk berbagai algoritma, dengan pengetahuan lengkap Dijkstra berwarna biru, OR(20) berwarna merah dan OR(20)-PWSPF berwarna kuning. Perbandingan pasangan perutean yang gagal, yaitu pasangan sumber-tujuan yang tidak dapat dijangkau dengan probabilitas kegagalan tautan 30%, menunjukkan bahwa OR(20) dan OR(20)-PWSPF berada dalam rentang 0,25% dari pengetahuan penuh Dijkstra.
Menurut ahli Haweiii dapat disimpulkan bahwa OR dan OR-PWSPF mampu memberikan kinerja yang sangat dekat dengan kinerja dalam skenario ideal, namun masing-masing membutuhkan lebih sedikit lalu lintas kontrol (flooding) dan dengan demikian lebih disukai untuk digunakan dalam jaringan yang sangat dinamis.
Keluarga algoritma pe-rute-an ortodromik menggunakan tampilan topologi lokal yang tepat di setiap node untuk perutean global. Node dalam metode ini hanya bereaksi terhadap peristiwa jaringan yang terjadi di wilayahnya sendiri, dan tidak menyadari peristiwa yang terjadi di tempat lain dalam jaringan.
Teknik-teknik ini seperti yang dibahas sebelumnya, memberikan kinerja yang baik dibandingkan dengan protokol link state tradisional. Namun kurangnya konvergensi topologi global dengan pendekatan ini mungkin mengakibatkan jalur sub-optimal yang berkepanjangan selama kegagalan jaringan.
Untuk mengatasi masalah ini, pe-rute-an dapat dilakukan melalui wilayah dengan beberapa presisi. Database status tautan dan grafik topologi setiap node terdiri dari beberapa zona/tingkat/wilayah/radius. Setiap zona memiliki tingkat presisi sehubungan dengan waktu penyegaran peristiwa jaringan. Gambar berikut mengilustrasikan contoh grafik jaringan wilayah multi-presisi dalam sebuah node.
Teknik dan strategi yang berbeda dapat digunakan untuk memberikan pembaruan pada sebuah node untuk setiap zona topologinya berdasarkan kebutuhan presisi zona tersebut. Meskipun satu zona dapat menggunakan almanak, misalnya, zona lainnya dapat menggunakan flooding tradisional atau terbatas.
Node menggunakan jalur terpendek ke tujuan berdasarkan pandangan global mereka terhadap jaringan yang kini terdiri dari beberapa tingkat presisi. Metode ini dapat diterapkan pada jaringan yang menggunakan perutean tradisional atau jaringan yang menggunakan algoritma OR atau OR-PWSPF untuk menangani mobilitas node di jaringan satelit dan menggunakan pengalamatan geografis.
Teknik ini berbagi keunggulan yang diberikan oleh algoritma OR dan memungkinkan penggunaan topologi datar yang besar dalam operasi jaringan.
Terakhir, untuk membatasi perubahan dinamis dalam topologi konstelasi satelit, ISL biasanya diasumsikan berada dalam lapisan konstelasi yang sama, dan setiap satelit hanya dapat memiliki dua ISL intra-pesawat dan dua ISL antar-bidang.
Hal ini sangat membahayakan kemampuan komunikasi seluruh jaringan, dan bandwidth optimal serta penundaan minimum tidak dapat dicapai.
Oleh karena itu, algoritma pe-rute-an baru diharapkan dapat mengakomodasi konstelasi dengan koneksi yang lebih bebas antar satelit, misalnya. melintasi koneksi lapisan, sehingga memperluas batas kemampuan konstelasi LEO/VLEO.
Kemampuan On-board yang Kuat
Kemampuan on-board memerlukan peningkatan menyeluruh untuk mengakomodasi kebutuhan komunikasi NTN untuk 6G, terutama pada prosesor on-board, subsistem frekuensi radio, antena, dan algoritma transmisi data.
Satelit pancaran masif dengan kemampuan pemrosesan data on-board dan algoritme canggih akan memainkan peran penting dalam komunikasi satelit orbit rendah di masa depan, memberikan lebih banyak kemampuan menghubungkan bagi pengguna di area jangkauan melalui konfigurasi ulang frekuensi dan lalu lintas pancaran.
Di NTN masa depan, antena array bertahap gain tinggi dengan pancaran masif akan dilengkapi untuk mencegah kehilangan jalur yang sangat tinggi dari ruang angkasa ke bumi. Dengan asumsi ketinggian satelit adalah 300 km, kehilangan jalur ruang bebas sekitar 170 dB pada pita Ka dengan tambahan kehilangan sebesar 6 dB karena hujan. Ketika diameter antena muatan satelit adalah 1,0 m, penguatan antena maksimum dapat diasumsikan sebesar 45 dBi dan daya pancaran isotropik setara (EIRP/ equivalent isotropically radiated power) dapat mencapai 50 dBW tergantung pada pembatasan daya pada satelit.
Diameter tipikal antena UE ground untuk pita Ka adalah 0,5 m, yang menghasilkan penguatan maksimum sebesar 34 dBi dan nilai G/T sebesar 8,5 dB. Perkiraan perhitungan menunjukkan bahwa rasio signal-to-noise (SNR) downlink dapat mencapai hingga 27 dB dengan bandwidth 400 MHz. Kualitas sinyal cukup untuk mendukung modulasi tingkat tinggi 64QAM. Kecepatan data yang dicapai oleh satu berkas adalah 1200 Mbit/s dan efisiensi spektrum adalah 4,8 bit/s/Hz, dengan mempertimbangkan interferensi.
Tantangannya adalah menemukan cara untuk menghasilkan beam ini dengan memanfaatkan ruang fisik yang terbatas pada satelit. Metode pembentukan berkas digital (DBF) dianggap sebagai solusi yang menjanjikan untuk susunan antena bertahap di masa depan, di mana banyak berkas dihasilkan dalam domain digital.
Digitalisasi data Tx/Rx juga dapat memberikan fleksibilitas maksimum dan rentang dinamis dalam sistem besar. Tantangan praktis dalam penerapan DBF adalah banyaknya data yang perlu diproses dan penggunaan transceiver canggih yang mengonsumsi daya dalam jumlah besar, yang tidak dapat disediakan oleh satelit.
Perkembangan sirkuit terpadu digital dan sirkuit terpadu sinyal campuran membuat implementasi DBF menjadi realistis. Pada dasarnya, transceiver DBF lengkap dirancang untuk aplikasi gelombang milimeter (mmWave). Maksimal 20 pancaran digital dihasilkan dari 64 saluran RF.
Di masa depan, jumlah pancaran akan bertambah menjadi lebih dari 1.000 dan jumlah saluran RF menjadi lebih dari 4.000. Kemajuan dalam komponen dan material RF juga membantu mengurangi konsumsi daya dan meningkatkan kemampuan on-board.
Manufaktur & Layanan Berbiaya Rendah
Mengurangi biaya produksi dan harga layanan komponen satelit merupakan prasyarat untuk menjadikan komunikasi satelit sebagai bagian dari kehidupan sehari-hari.
Untuk sektor manufaktur, integrasi penuh komunikasi satelit ke dalam sistem seluler diharapkan menjadi cara paling efektif untuk mengurangi biaya komponen komunikasi pada perangkat segmen darat, seperti UE, gateway, dan sistem pemrosesan on-board.
Dengan desain interface udara terpadu yang mampu melakukan komunikasi satelit dan komunikasi terestrial, chip baseband dan komponen komunikasi satelit dapat sepenuhnya memanfaatkan skala ekonomi industri seluler, sehingga menghasilkan biaya chip dan perangkat yang jauh lebih rendah.
Merupakan tantangan untuk mengurangi biaya segmen luar angkasa untuk mencapai produksi berbiaya rendah.
Komponen kelas luar angkasa dikeraskan dan disaring secara radiasi untuk memastikan komponen tersebut cukup andal di lingkungan luar angkasa. Karena proses ini bukan proses industri, biayanya sangat tinggi.
Selain itu, karena jumlah perangkat yang diperkeras radiasi sangat sedikit, produsen tidak mempunyai insentif untuk melakukan pengerasan radiasi pada produk terbarunya, sehingga mengakibatkan keterlambatan pengiriman produk luar angkasa selama beberapa tahun atau lebih jika dibandingkan dengan produk komersial terbaru mereka. rekan-rekan.
Biaya rendah, kinerja tinggi, dan waktu tunggu yang singkat merupakan persyaratan untuk suku cadang satelit komersial. Dalam beberapa tahun terakhir, telah terjadi beberapa eksplorasi penggunaan perangkat kelas komersial yaitu bagian Commercial-Off-The-Shelf (COTS), pada pesawat ruang angkasa.
Proses yang dioptimalkan, seperti keseimbangan yang lebih baik antara biaya dan keandalan dalam penyaringan, desain perisai baru, serta mekanisme deteksi dan pemulihan kesalahan, diperlukan untuk memastikan stabilitas dan efisiensi komersial pesawat ruang angkasa.
Harga layanan juga akan mendapatkan keuntungan dari integrasi penuh komunikasi satelit dan seluler karena skala ekonomi. Saat ini, ekosistem dari konstelasi yang berbeda terisolasi satu sama lain dan jumlah pengguna dari masing-masing konstelasi tidak mencukupi untuk memanfaatkan sepenuhnya kapasitas konstelasi, sehingga mengakibatkan harga per bit yang jauh lebih tinggi pada komunikasi satelit yang ada dibandingkan pada jaringan terestrial.
Dalam 6G, standar nirkabel harus disatukan di seluruh dunia. Dengan satu perangkat, orang dapat dengan bebas menjelajah antara TN dan NTN serta antar NTN yang berbeda. Dengan cara ini, kapasitas jaringan sistem satelit dapat dimanfaatkan dengan lebih baik untuk mengurangi harga layanan secara keseluruhan.
Pengurangan Interferensi dan Koeksistensi
Penting untuk menemukan cara mencegah interferensi antara TN dan NTN dan dengan demikian menjamin kualitas layanan komunikasi.
Pembagian frekuensi antara komunikasi seluler dan satelit merupakan topik hangat yang dibicarakan baik oleh akademisi maupun industri.
Namun, frekuensi arus yang dialokasikan untuk komunikasi seluler dan satelit biasanya terisolasi satu sama lain. Dalam praktik sebenarnya, celah diperkenalkan untuk memastikan bahwa kebocoran sinyal bentuk gelombang di luar band karena perangkat non-linier dapat cukup rendah.
Karena pesatnya perkembangan komunikasi seluler, efisiensi spektral jaringan terestrial telah meningkat secara dramatis, dan jauh lebih tinggi dibandingkan dengan komunikasi satelit.
Sumber daya frekuensi yang dialokasikan ke jaringan seluler berkontribusi lebih besar terhadap kebutuhan komunikasi manusia. Hal ini memotivasi operator seluler untuk memperoleh lebih banyak sumber daya frekuensi dari operator satelit untuk memberikan pengalaman seluler yang lebih baik kepada pengguna.
Mengingat fakta bahwa sumber daya frekuensi yang tersedia sangat terbatas, merancang mekanisme pembagian frekuensi yang tidak hanya mempertimbangkan pemanfaatan spektrum secara komprehensif menjadi lebih penting, tetapi juga memenuhi kebutuhan berbagai jenis skenario komunikasi dari sudut pandang teknis dan netral.
Secara umum, ada beberapa teknologi pembagian frekuensi hierarkis yang dapat dipertimbangkan untuk mengurangi interferensi antara berbagai jenis komunikasi satelit dan komunikasi seluler.
Isolasi ruang
Metode paling mudah untuk mengurangi interferensi adalah isolasi ruang. Sumber daya frekuensi yang sama dapat dialokasikan ke jaringan seluler dan satelit yang secara geografis berjauhan untuk mencegah kemungkinan interferensi.
Misalnya, frekuensi yang ditetapkan untuk operator seluler di jaringan terestrial juga dapat digunakan untuk komunikasi satelit di lautan, asalkan kedua wilayah penyebarannya secara geografis berjauhan.
Hal ini akan memungkinkan sinyal maksimum yang ditransmisikan dari stasiun pangkalan seluler menjadi jauh lebih rendah daripada kebisingan termal latar belakang penerima terminal komunikasi satelit setelah propagasi yang lama dan sebaliknya.
Penerapan isolasi ruang dalam skenario di mana jaringan seluler dan satelit berupaya berbagi sumber daya frekuensi ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Untuk stasiun pangkalan seluler, area ruang di sekitar stasiun pangkalan ini akan dicatat sebagai "area yang dipagari secara elektronik" di mana pancaran satelit tidak diperbolehkan.
Ukuran area yang dipagari secara elektronik akan secara signifikan mempengaruhi tingkat interferensi yang mungkin terjadi dari satelit LEO/VLEO. Gambar di bawah ini menunjukkan gambaran tingkat interferensi dalam kaitannya dengan rasio kebisingan interferensi (INR).
Beam satelit yang menyebabkan INR di atas -10 dB dan -5 dB masing-masing ditandai dengan warna kuning dan merah, dengan perbedaan dalam ukuran area yang dipagari secara elektronik. Area berpagar elektronik selebar 54 km sudah cukup untuk menghilangkan semua interferensi di atas -5 dB untuk kasus yang dipertimbangkan.
Gambar di atas ini menunjukkan interferensi sepanjang selang waktu dengan dua area berpagar elektronik pada lebar 0 km dan 54 km. Jarak isolasi yang lebih besar secara efektif dapat mengurangi kemungkinan menerima INR yang tinggi.
Isolasi sudut
Untuk skenario yang menargetkan band mmWave di mana hanya UE dengan antena pengarah yang dipasang, isolasi sudut dapat dipertimbangkan untuk mencegah interferensi yang disebabkan oleh sistem yang berbeda.
Mengingat area layanan yang diterangi oleh sinyal dengan pita frekuensi yang sama dari sistem yang berbeda, sudut kedatangan sinyal mungkin jauh berbeda satu sama lain.
Di sisi penerima, pengurangan UE terarah lobus samping yang besar memberikan penyaringan spasial yang baik dan dapat menghilangkan interferensi.
Potensi interferensi pada sistem lain juga dapat dihilangkan karena sinyal yang ditransmisikan akan mengalami redaman yang sangat besar akibat adanya antena pengarah.
Koordinasi interferensi berbasis penjadwalan
Koordinasi interferensi berbasis penjadwalan telah diterapkan dalam sistem komunikasi seluler untuk mengurangi interferensi di area tepi sel (cell edge).
Dengan interaksi yang erat antara stasiun-stasiun pangkalan yang berdekatan, keputusan bersama dapat dibuat di antara stasiun-stasiun tersebut untuk mengirim sinyal ke UE di tepi sel dengan sumber daya frekuensi yang terhuyung-huyung untuk mencegah interferensi.
Dibandingkan dengan prosedur penginderaan dan pengambilan keputusan tradisional, penjadwalan berbasis koordinasi berupaya menyelesaikan masalah interferensi dengan cara yang proaktif, dan dengan demikian memberikan pengalaman pengguna yang lebih baik.
Namun, penjadwalan berbasis koordinasi jarang digunakan antara jaringan seluler dan non-terestrial karena keduanya terisolasi satu sama lain. Dengan memanfaatkan integrasi komunikasi seluler dan satelit, koordinasi interferensi berbasis penjadwalan diharapkan dapat dilakukan.
Kesimpulan
Keberhasilan realisasi komunikasi NTN berbasis LEO/VLEO memerlukan upaya bersama dari komunitas akademis dan industri.
Perkembangan teknologi baru yang sedang berlangsung dan meningkatnya minat serta investasi dalam aplikasi luar angkasa membawa potensi komunikasi berbasis LEO/VLEO ke tingkat yang lebih tinggi. Selain aspek teknis komunikasi satelit, integrasi mendasar komunikasi berbasis seluler dan satelit pada lapisan fisik sejak hari pertama juga merupakan kunci keberhasilan komersial komunikasi satelit berbasis LEO/VLEO di 6G.
Diskusi NTN berbasis NR di 3GPP menyediakan platform luar biasa yang dapat digunakan oleh komunitas seluler dan satelit tradisional untuk bekerja sama membangun jaringan yang terintegrasi penuh. Ketika skema pembagian frekuensi lanjutan antara jaringan seluler dan NTN sudah matang, otoritas pengatur mungkin memiliki lebih banyak ruang untuk menetapkan sumber daya frekuensi dengan cara yang efisien.
Sumber: Media TV dan Tulisan Luar Negeri
https://www.free6gtraining.com/2021/05/ntt-and-sky-perfect-jsat-to-build-space.html
https://www.huawei.com/en/huaweitech/future-technologies/6g-the-next-horizon
https://www.huawei.com/en/huaweitech/future-technologies/very-low-earth-orbit-satellite-networks-6g
https://earthsky.org/spaceflight/spacex-starlink-launches-december-2023/
Baca konten-konten menarik Kompasiana langsung dari smartphone kamu. Follow channel WhatsApp Kompasiana sekarang di sini: https://whatsapp.com/channel/0029VaYjYaL4Spk7WflFYJ2H
