Oleh: Prof. Madya Ir. Dr. Rosdiadee Nordin
Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM)

Penulis sedang menjalani sangkutan penyelidikan di University of Bristol (UoB), UK berkaitan perlaksanaan teknologi ‘antena agam berganda’, ataupun Massive-MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) untuk Rangkaian 5G. UoB merupakan pemegang rekod dunia kecekapan spektrum tertinggi melalui menara pemancar antena agam berganda ini.
 
Kenapa Perlu 5G?
Ini kerana keperluan data pengguna sentiasa meningkat. Ia didorong oleh pelbagai aplikasi terkini, seperti melayari video berkualiti HD (seperti YouTube ataupun NetFlix), capaian data besar pada simpanan awan, seperti aplikasi DropBox untuk urusan kerja pejabat ataupun simpanan data peribadi dan pelbagai aplikasi lain berasaskan multimedia. Pada tahun 2020, dijangka sebanyak 35 Exabyte dijanakan oleh penduduk populasi dunia, berbanding 11 Exabyte pada tahun ini. 1 Exabyte boleh disamakan dengan 1 trillion media simpanan (seperti USB ataupun hard disc) bersaiz 1 Gbyte. Pada waktu itu juga, setiap populasi manusia akan bersambung kepada empat objek pintar oleh kerana kemajuan teknologi Objek Rangkaian Internet (ORI), ataupun Internet of Things (IoT). Faktor-faktor ini dijangka menyebabkan kesesakan pada rangkaian sedia ada, lantas mendorong kepada keperluan untuk mencipta teknik-teknik pemancaran lebih termaju.
Teknologi Generasi Keempat (4G) tidak mampu untuk memenuhi keperluan data pengguna pada 2020 oleh kerana teknologi-teknologi digunapakai pada rangkaian sedia ada sudah mencapai tahap ‘genting’ pada waktu itu. Jadi, perlu wujudnya perancangan dan persediaan seawal mungkin untuk menaiktaraf kepada rangkaian seterusnya, sebelum rangkaian infrastruktur terbatas daripada menawarkan perkhidmatan untuk menampung aplikasi yang lebih canggih di masa akan datang. Rangkaian 5G juga dijangka mampu menyelesaikan isu berkaitan capaian jalur lebar di kawasan padat.
Dalam kata mudah, bayangkan apa jadi kalau tiada persiapan awal dibuat kepada Rangkaian 4G sebelum ini? Pasti pengguna tidak boleh melayari YouTube, panggilan suara berkualiti tinggi melalui Vo-LTE, apatah lagi memuat turun fail besar pada hari ini.
Apa itu 5G?
Merujuk kepada penambahbaikan ataupun evolusi daripada Rangkaian 4G terdahulu. 5G bakal menawarkan beberapa teknologi pemancaran terkini, seperti antena agam berganda, ataupun Massive-MIMO (Multiple-Input Multiple-Output), peningkatan modulasi, penggunaan gelombang millimeter, komunikasi peranti-ke-peranti, sel bersaiz kecil dan pelbagai lagi teknik pemancaran yang masih dalam fasa penyelidikan.
Antena agam berganda merujuk kepada penggunaan bilangan antena yang banyak, hingga membentuk susunan agam (massive) pada menara pemancar 5G akan datang.  Lagi banyak antena, lagi tinggi kadar data dapat dihantar kepada pengguna. Ia juga membantu mengurangkan kesan gangguan kepada pengguna oleh kerana antena tersebut mempunyai ‘kebebasan’ untuk mengikuti pergerakan peranti 5G kelak. Dijangkakan sebanyak 128 antena dipasang pada menara pemancar, berbanding 3 ataupun 6 (di kawasan padat) antena pada menara pemancar 4G buat masa ini.
Prototaip menara pemancar 5G di University of Bristol, UK, menggunakan antena agam berganda. Sejumlah 128 antena dipasang pada menara pemancar 5G ini.
Modulasi tinggi: Modulasi merujuk kepada perubahan isyarat pengguna, seperti suara, video dan gambar kepada isyarat bersesuaian untuk dihantar ke dalam saluran rangkaian. Sebagai contoh, isyarat analog radio menggunakan modulasi frekuensi (FM) untuk dipancarkan kepada pengguna. Rangkaian selular pula berasaskan teknik modulasi digital. Pada Rangkaian 4G, 64-QAM merupakan teknik modulasi digital tertinggi. Namun, ini hanya benar kepada pengguna yang berdekatan dengan menara pemancar sahaja. Untuk mendapatkan modulasi tertinggi, pengguna perlu berada pada kawasan liputan yang mampu menerima kuasa tertinggi daripada menara pemancar. Untuk Rangkaian 5G, teknik modulasi 256-QAM bakal melipatganda kadar muat turun pengguna.
Kiri: teknik modulasi 64-QAM untuk 4G dan kanan: 256-QAM untuk 5G. Himpunan titik kecil mewakili simbol isyarat dipancarkan. Setiap titik modulasi 4G mampu membawa 6-bit isyarat digital, manakala setiap titik modulasi 5G mampu membawa 8-bit isyarat digital.
Gelombang millimeter: Rangkaian 4G di Malaysia menggunakan frekuensi 2.6 GHz, manakala WiFi 2.4 GHz dan Rangkaian 3G pada 1.8 GHz. Untuk mendapatkan kadar data lebih tinggi, Rangkaian 5G perlu menggunakan spektrum frekuensi radio lebih tinggi daripada sedia ada. Lebih tinggi frekuensi digunakan, maka lebih banyak lebar jalur diperolehi. Pada frekuensi tinggi, lebih banyak isyarat digital boleh di’masuk’kan pada sesuatu frekuensi, lantas membenarkan pelbagai isyarat pengguna, seperti video berkualiti HD dipancarkan pada kadar lebih tinggi.
Ia dikenali sebagai gelombang millimeter oleh kerana panjang gelombang Rangkaian 5G pada saiz millimeter, berbanding 4G (centimeter). Ini boleh dijelaskan oleh hubungkait saiz gelombang (meter) yang berkadar songsang dengan frekuensi (Hz). Dijangka 5G menggunakan gelombang bersaiz millimeter, yang terletak pada frekuensi antara 30 hingga 60 GHz.
Antara beberapa pilihan frekuensi spektrum untuk Rangkaian 5G kelak
Status Terkini 5G
Rangkaian 5G masih di dalam peringkat penyelidikan oleh kerana terdapat beberapa isu dan cabaran perlu diselesaikan berkaitan teknologi-teknologi diperbincangkan. Sebagai contoh, keperluan pemprosesan isyarat mudah perlu diperkenalkan untuk mengurangkan bebanan kuasa pada menara pemancar antena agam berganda. Untuk mencapai modulasi tertinggi, kesan hingar pada saluran tanpa wayar perlu dikurangkan, manakala untuk menggunakan gelombang millimeter, rekabentuk peranti elektronik baharu pada perkakasan perlu dimulakan dan juga ramalan liputan rangkaian perlu difahami.
Justeru, International Telecommunication Union (ITU), memberikan masa kepada penyelidik-penyelidik bidang telekomunikasi untuk mengkaji mengenai teknologi-teknologi terbaik untuk mencapai sasaran 5G. ITU merupakan pengawalselia rangkaian telekomunikasi peringkat antarabangsa dan ITU akan mengeluarkan dokumen rasmi mengenai piawaian berkaitan 5G sekitar 2019. Dokumen rasmi ini akan digunapakai oleh industri telekomunikasi dan juga negara-negara yang ingin memperkenalkan Rangkaian 5G. Suruhanjaya Komunikasi dan Multimedia Malaysia (SKMM) merupakan badan kawalselia yang bertanggungjawab untuk perlesenan spektrum frekuensi di Malaysia, termasuk 5G akan datang. Kesemua pengendali rangkaian perlu mematuhi piawaian ditetapkan dan mempunyai lesen, yang diperolehi dalam bentuk bidaan daripada SKMM sebelum pengendali rangkaian boleh menawarkan perkhidmatan 5G kepada pengguna.
Menariknya untuk 5G, wujud pesaing baru yang selama ini didominasi oleh tiga kuasa besar sahaja, iaitu Jepun, Amerika Syarikat dan Eropah. Untuk 5G, pesaing baru muncul daripada benua Asia, iaitu Korea (Samsung) dan China (Huawei).
Buat masa ini, masih tiada lagi peranti pintar di pasaran yang mampu menerima isyarat 5G oleh kerana teknologi tersebut masih melalui fasa penilaian dan ujikaji. Oleh kerana itu, komputer selalunya digunakan bagi mewakili peranti pintar akan datang untuk memahami kualiti penerimaan isyarat daripada menara pemancar 5G. Dengan menggunakan komputer, penyelidik mudah untuk melakukan tambahan pada komponen ataupun arahan dalam bentuk aturcara untuk penambahbaikan kepada teknologi pemancaran yang ingin diperkenalkan.
Komputer mewakili peranti pintar untuk memahami perilaku penerimaan isyarat 5G
Bila 5G Akan Sampai di Malaysia?
Rangkaian 5G dijangka sedia pada 2020, sewaktu Olimpik mengambil tempat pada musim panas di Tokyo, Jepun. Berkemungkinan juga dimulakan seawal 2019 pada Olimpik Musim Sejuk di Korea; bergantung kepada tahap kematangan dan kesediaan teknologi-teknologi diperbincangkan dan permintaan pasaran pada ketika itu. Daripada pemerhatian dan pengalaman kerja di industri terdahulu, Malaysia mengambil masa sekitar 5 tahun untuk memperkenalkan teknologi rangkaian terkini. Diharapkan dengan penubuhan Kumpulan Kerja 5G di bawah MTFSB dan juga kehadiran industri telekomunikasi antarabangsa seperti Ericsson dan Huawei mampu mempercepatkan perlaksanaan teknologi 5G di Malaysia dan juga mengubah lanskap industri ICT Malaysia, terutamanya di bahagian infrastruktur rangkaian telekomunikasi.
Untuk bacaan terperinci, pembaca boleh membuat rujukan pada artikel tersebut: Mohammed H. Alsharif, Rosdiadee Nordin, “Evolution Towards Fifth Generation (5G) Wireless Networks: Current Trends and Challenges in the Deployment of Millimetre Wave, Massive MIMO, and Small Cells”, Telecommunication Systems, 64(4):617-637  [Manuskrip Penuh]
Nota: Penulis merakamkan penghargaan kepada Newton-Ungku Omar Foundation (NUOF) atas tajaan sangkutan penyelidikan di University of Bristol (UoB).