Menuju Teknologi Cognitive Radio untuk menunjang Teknologi 5G di Masa Depan

Teknologi telekomunikasi nirkabel mengalami kemajuan yang sangat pesat guna memenuhi permintaan dan kebutuhan masyarakat. Pertumbuhan pelanggan layanan broadband atau data terus mengalami peningkatan, didukung dengan penjualan smartphone, tablet, laptop serta penggunaan aplikasi internet yang makin popular dan beragam. Peralatan yang terkoneksi dengan internet atau yang dikenal dengan internet of things (IoT) semakin banyak bermunculan. Hal ini ini menyebabkan kebutuhan akan penggunaan spektrum semakin tinggi. Di samping itu, lalu lintas komunikasi data berkembang dengan pesat dan menjadikan kanal frekuensi semakin padat. Pada gambar 1 menunjukkan penggunaan peralatan yang terkoneksi dengan internet, dimana pada tujuh tahun ke belakang penggunaannya meningkat dengan pesat [1].

Berdasarkan kebutuhan teknologi di masa depan, skenario aplikasi penggunaan layanan nirkabel ini dibagi menjadi dua, yaitu internet seluler dan peralatan IoT. Pada scenario aplikasi internet seluler, cakupan luas dan kapasitas besar artinya kebutuhan layanan internet kapasitas besar degan kecepatan transmisi data yang tinggi dimanapun dan kapanpun baik pada daerah yang perkotaan hingga ke daerah terpencil. Layanan internet ini diharapkan mampu memenuhi kebutuhan jaringan komunikasi yang sangat padat. Sedangkan pada scenario peralatan IoT, konektivitas yang banyak dengan latensi yang rendah artinya kebutuhan layanan internet harus mampu mendukung lebih dari 1 juta koneksi peralatan berbasis internet dengan konsumsi daya yang rendah dan latensi delay yang rendah. 

Berdasarkan skenario tersebut, teknologi komuniksai mulai memasuki era baru, yaitu teknologi generasi ke-5 (5G). Peningkatan pada penggunaan layanan internet nirkabel ini menimbulkan permasalahan penting yaitu kelangkaan spektrum radio. Untuk mengantisipasi dan memenuhi kebutuhan teknologi 5G, jaringan akan berubah dengan adanya eksplorasi spektrum yang baru, penggunaan spektrum yang ada secara dinamis dan efisiensi energi yang tinggi, 

Regulasi frekuensi di Indonesia menyatakan bahwa spektrum Frekuensi Radio merupakan sumber daya alam yang terbatas yang mempunyai nilai strategis dalam penyelenggaraan telekomunikasi dan dikuasi oleh negara. Spektrum dibagi menjadi dua, yaitu spektrum terlisensi dan spektrum tidak terlisensi. Hingga saat ini, Federation Communications Commission (FCC) menunjukkan bahwa 80% hingga 90% spektrum terlisensi di dunia tidak digunakan secara penuh. FCC juga yang mengembangkan kebijakan spektrum baru yang akan memperbolehkan penggunaan secara oportunistik spektrum yang sedang tidak digunakan [2]. 

Spektrum terlisensi yang dapat digunakan ini seperti spektrum TV analog atau disebut dengan istilah TV white space (TVWS) yang berada pada Ultra High Frequency (UHF) dan Very High frequency (VHF). Sedangkan spektrum tidak terlisensi ini adalah ISM radio band (Industrial, scientific and medical) dan U-NII radio band (Unlicensed National Information Infrastructure) yang berada di bawah 6 GHz.

Salah satu solusi permasalahan kelangkaan spektrum tersebut adalah mengakses spektrum frekuensi terlisensi ini yang dapat digunakan untuk komunikasi data dengan memanfaatkan frekuensi yang sedang tidak digunakan. Bagaimana mengeksplorasi spektrum terlisensi yang sedang tidak digunakan supaya dapat dimanfaatkan secara aman dan efisien untuk pengguna lainnya? Salah satu caranya adalah dengan mengakses spektrum secara oportunistik dengan perangkat teknologi radio kognitif yang disebut sistem radio kognitif atau cognitive radio (CR) [3]. Cognitive radio merupakan radio cerdas yang sadar akan kondisi lingkungan sekitarnya sehingga dapat mengeksplorasi spektrum yang sedang tidak digunakan oleh pengguna utama [4]. 

Pada spektrum terlisensi, pengguna utama disebut dengan primary user (PU), sedangkan pengguna yang mengeksplorasi dan memanfaatkan spektrum terlisensi secara oportunistik disebut dengan pengguna kedua atau secondary user (SU). Kemampuan kognitif pada CR memungkinkan SU untuk menggunakan spektrum saat sedang tidak digunakan oleh PU, maupun menggunakan spektrum secara bersama-sama dengan batasan tertentu.

Sebagai teknologi yang akan mendukung teknologi 5G di masa depan, CR diharapkan dapat diterapkan pada peralatan elektronika dengan daya yang rendah. Oleh karena itu, berbagai riset telah dilakukan terkait dengan tahapan dan fungsi pada CR, yaitu spectrum sensing, spectrum decision, spectrum sharing, spectrum access dan spectrum mobility. Tahapan dan fungsi tersebut menjadikan CR memiliki kemampuan dalam mendeteksi, mengambil keputusan dan melakukan mobilisasi SU apabila PU akan menggunakan spektrum. 

Kemampuan CR tidak hanya dapat observasi dan deteksi lingkungannya saja, akan tetapi CR merupakan radio pintar yang juga harus dapat melakukan fungsi-fungsi berikut ini :

  • Mengidentifikasi dan memprediksi kondisi dan performa lingkungan radio sekitarnya.
  • Beradaptasi dengan lingkungan yang dapat berubah dengan cepat menggunakan metodologi/algoritma.
  • Beradaptasi dengan cepat merubah parameter transmisi dan penerima ketika PU datang atau terdapat gangguan dari SU lain.
  • Belajar dari pengalaman dan mengadaptasikannya dengan variasi parameter
  • Menyeimbangkan penggunaan kanal untuk PU dan mengoptimalkan penggunaan kanal bagi PU tanpa menimbulkan gangguan pada PU.

Referensi :

[1] F. Hu, B. Chen, and K. Zhu, “Full Spectrum Sharing in Cognitive Radio Networks Toward 5G: A Survey,” IEEE Access, vol. 6, 2018, doi: 10.1109/ACCESS.2018.2802450.

[2] Federal Communication Commission, “Facilitating Opportunities for Flexible, Efficient, and Reliable Spectrum Use Employing Cognitive Radio Technologies | Federal Communications Commission.” https://www.fcc.gov/document/facilitating-opportunities-flexible-efficient-and-reliable-spectrum-1 (accessed Nov. 11, 2021).

[3] I. F. Akyildiz, W. Y. Lee, M. C. Vuran, and S. Mohanty, “NeXt generation/dynamic spectrum access/cognitive radio wireless networks: A survey,” Comput. Networks, vol. 50, no. 13, 2006, doi: 10.1016/j.comnet.2006.05.001.

[4] F. Khozeimeh and S. Haykin, “Brain-inspired dynamic spectrum management for cognitive radio ad hoc networks,” IEEE Trans. Wirel. Commun., vol. 11, no. 10, 2012, doi: 10.1109/TWC.2012.081312.111538.

 

Info Penulis

Dzata Farahiyah, S.T., M.Sc.

Cognitive Radio, Internet of Things, Indoor Localization