ISSN(p): 2338-8323  | ISSN(e): 2459-9638

## Analisis Kinerja
Single User Troughput 5G NR

## pada Sel Indoor dengan Antena MIMO

## DWI ARYANTA
Institut Teknologi Nasional Bandung, Indonesia Email: dwiaryanta@itenas.ac.id
Received  5 Mei 2022 | Revised  25 Mei 2022 | Accepted  13 Juni 2022

## ABSTRAK
Teknologi  seluler  5G  New  Radio  (NR)  melalui  penggunaan  mmWave    dengan bandwidth  dan  MIMO  yang  besar  dapat  memberikan  layanan  berkecepatan tinggi.  Pada  penelitian  ini,  dilakukan  analisis  Single  User  Throughput  (SUT) layanan  teknologi  5G  pada  sel  indoor  melalui  penerapan  konfigurasi  bandwidth hingga 100 MHz dan MIMO hingga 16x16. Perhitungan menerapkan formula ETSI dan OFCOM pada numerology 1, 64-QAM, serta target data rate mengacu pada layanan MBB live  video 300 MBps,  Cloud VR  150  Mbps, Video  streaming  4K  50 Mbps, dan  industrial  control  10  Mbps.  Hasil  analisis  menunjukkan  layanan  MBB Live Video dapat dipenuhi pada bandwidth 10 MHz MIMO 16x16, bandwidth 40 MHz MIMO ≥ 4x4, serta seluruh variasi MIMO pada bandwidth 80 MHz dan 100 MHz. Layanan industrial control dapat dipenuhi oleh seluruh kombinasi bandwidth dan  MIMO.  Pada  penggunaan  SINR  sampai  dengan  25  dB,  SUT  mencapai  nilai maksimum  konstan  pada  nilai  SINR  23  dB  dengan  kondisi  nilai  efisiensi  4,46 bps/Hz.
Kata kunci : SUT, 5G, new radio, sel indoor, MIMO, bandwidth.

## ABSTRACT
5G New Radio (NR) cellular technology through the use of mmWave with large bandwidth  and  MIMO  can  provide  high-speed  services.  In  this  study,  a  Single User  Throughput  (SUT)  analysis  of  5G  technology  services  was  carried  out  on indoor cells through the application of bandwidth configurations up to 100 MHz and MIMO up to 16x16. The calculation applies the ETSI and OFCOM formulas on numerology  1,  64-QAM,  and  the  target  data  rate  refers  to  the  300  MBps  live video  MBB  service,  150  Mbps  Cloud  VR,  4K  50  Mbps  video  streaming,  and  10 Mbps industrial control. The results of the analysis show that the MBB Live Video service can be fulfilled at a bandwidth of 10 MHz MIMO 16x16, a bandwidth of 40 MHz MIMO ≥ 4x4, and all variations of MIMO on a bandwidth of 80 MHz and 100 MHz. Industrial control services can be fulfilled by all combinations of bandwidth and MIMO. In the use of SINR up to 25 dB, SUT reaches a constant maximum value at a SINR value of ≥ 23 dB with an efficiency value of 4.46 bps / Hz.
Keywords : SUT,  5G,  new  radio,  indoor  cell,  MIMO,  bandwidth.

## 1. PENDAHULUAN
Teknologi  seluler  5G New  Radio  (NR)  pada  implementasinya  memerlukan  tiga  spektrum frekuensi  yaitu  pada  pita  frekuensi  rendah,  pita  frekuensi  menengah  dan  pita  frekuensi tinggi.  Pita  frekuensi rendah  pada  frekuensi kurang dari  1 GHz digunakan  untuk perbaikan cakupan layanan khususnya untuk layanan MMTC ( massive IoT dan mobile broadband). Pita frekuensi menengah pada frekuensi 1 – 6 Ghz digunakan untuk layanan mission-critical dan Enhanced Mobile Broadband (eMBB), dan untuk pita frekuensi tinggi menggunakan frekuensi di atas 24 GHz ( mmWave) untuk dapat memberikan layanan dengan kecepatan yang sangat tinggi (Puslitbang SDPPI, 2018) .
Milimeter  Wave  (mmWave)  adalah  frekuensi  dengan  panjang  gelombang  pendek  dengan nilai  antara  10  sampai  1  milimeter. Milimeter  wave  menempati  alokasi  pita  frekuensi  30 sampai  300  Ghz  dan  umum  disebut Extremely  High  Frequency  (EHF).  Tingginya  frekuensi mmWave  memiliki keuntungan untuk digunakan memberikan layanan transmisi data dengan troughput  yang  tinggi  pada  wireless  network.  mmWave    yang  menggunakan  bandwidth dengan  lebar  kanal  yang  besar,  dapat  memberikan  layanan  kecepatan  data  setara  dengan penggunaan media serat optik untuk melakukan transmisi digital (Rappaport, dkk, 2013) .
Solusi  untuk  menanggulangi  keterbatasan  frekuensi  dalam  penerapan  teknologi  5G  adalah dengan  menggunakan  frekuensi  pada  domain  tinggi  yang  disebut  dengan Milimeter  Wave ( mmWave).  Penggunaan  frekuensi  mmWave  disimulasikan  pada  model  indoor  office environment,  dimana  dengan  penempatan  Indoor  Hotspot  (InH)  pada  setiap  ruangan dengan ukuran dinding beton 5x5 meter, akan lebih efektif jika menggunakan frekuensi 60 GHz,  dibandingkan  dengan  frekuensi  38  GHz,  28  GHz,  dan  5  GHz  maupun  frekuensi unlicensed 2,4 GHz. Rata-rata SIR terbaik sebesar 33,97 dB diperoleh pada frekuensi di 60 GHz, dan rata-rata received signals adalah -73,87 dBm. Penggunaan frekuensi rendah 5 GHz dan  2,4  GHz  pada  sel indoor  berdampak  pada  rendahnya  nilai  rata-rata  SIR  sebesar  5  dB (Nugraha, dkk, 2017) .
Gelombang milimeter radio baru 5G (5G NR mmWave) adalah teknologi dengan antarmuka baru  yang  dikembangkan  untuk  menjadi  perpanjangan  dari  teknologi  4G  yang  ada.  Target utama 5G adalah memiliki berbagai layanan dengan kecepatan data tinggi, cakupan tinggi, pengurangan  penundaan,  pengurangan  biaya,  kapasitas  sistem  tinggi,  dan  banyak konektivitas  untuk  pengguna  dimana  saja.  Ide  utama  dari  5G  adalah  untuk  memberikan kinerja  tinggi  mengenai throughput  dan  efisiensi  spektral  di  daerah  perkotaan  yang  padat yang  tidak  mungkin  disediakan  oleh  jaringan  Wi-Fi.  Berdasarkan  modulasi  OFDM,  sel  5G dibagi menjadi tiga zona virtual untuk mempelajari kinerja 5G di zona dalam dibandingkan dengan  zona  luar  untuk  spektrum  berlisensi  dan  tidak  berlisensi.  Indikator  kinerja  yang berbeda  dipertimbangkan  dalam  analisis  seperti;  probabilitas  kerugian,  penundaan, throughput, serta  bit rate  rata-rata agregat  di  zona  berbeda.  Hasil  numerik  yang  diberikan menunjukkan  bahwa  kinerja  5G  selalu  lebih  baik  di  zona  paling  dalam  (yaitu pico) dibandingkan  dengan  zona  luar  (yaitu  mikro  dan  makro),  akibatnya,  kinerja  sel  secara keseluruhan  juga  meningkat.  Selain  itu,  performa  5G  dibandingkan  dengan  performa  LTE dengan  parameter  simulasi  yang  sama  menunjukkan  bahwa  5G  selalu  memberikan  kinerja yang lebih baik, terutama di zona paling dalam (Zreikat, 2019) .
Penelitian  dan  pengembangan  sistem  nirkabel  generasi  berikutnya,  yaitu  5G,  telah mengalami pertumbuhan yang luar biasa dalam beberapa tahun terakhir. Pada lapisan fisik (PHY), teknik  masif  beberapa Multiple  Input  Multiple  Output  (MIMO)  dan  penggunaan  pita frekuensi  GHz  tinggi  adalah  dua  tren  yang  menjanjikan  untuk  diadopsi.  Pita  gelombang milimeter  ( mmWave)  seperti  28  GHz,  38  GHz,  64  GHz,  dan  71  GHz,  yang  sebelumnya
dianggap  tidak  sesuai  untuk  jaringan  seluler  komersial,  akan  memainkan  peran  penting dalam  5G.  Saat  ini,  sebagian  besar  penelitian  5G  berkaitan  dengan  algoritma  dan implementasi  skema  modulasi  dan  pengkodean,  teknologi  pemrosesan  sinyal  spasial  baru, peluang  spektrum  baru,  pemodelan  saluran, Proof  of  Concept (PoC)  5G,  dan  teknologi pendukung tingkat sistem lainnya. Dalam makalah ini, pertama-tama dilakukan kajian desain perangkat  keras  peralatan  pengguna  nirkabel  (UE)  kontemporer,  dan  menemukan  kendala desain  perangkat  keras  5G  UE  yang  kritis  pada  sirkuit  dan  sistem.  Melalui  investigasi  dan analisis trade-off  desain  tersebut,  arsitektur  sistem  baru  yang  dapat  dikonfigurasi  ulang untuk peralatan pengguna seluler 5G, yaitu MIMO berbasis array bertahap yang terdistribusi. Terakhir,  penghitungan link  budget  dan  hasil  numerik  throughput  data  disajikan  untuk evaluasi arsitektur yang diusulkan (Huo, dkk, 2017) .
Pengukuran propagasi gelombang milimeter ultra-pita lebar ( mmWave) dilakukan pada pita frekuensi  28  dan  73  GHz  di  lingkungan indoor  pada  kampus  Universitas  New  York. Pengukuran  tersebut  memberikan path  loss  skala  besar  dan  statistik  temporal  yang  akan berguna  untuk  jaringan  seluler indoor  yang  sangat  padat  dengan  penggunaan  mmWave dimasa  mendatang.  Hasilnya  menunjukkan  bahwa  model path  loss  skala  besar  baru  yang disediakan  di  sini  lebih  sederhana  dibandingkan dengan  model  propagasi indoor  dari 3GPP dan  ITU  sebelumnya  yang  membutuhkan  lebih  banyak  parameter  model  dan  menawarkan akurasi tambahan yang sangat sedikit dan tidak memiliki dasar fisik. Statistik dispersi waktu multipath  dari  sistem  mmWave  menggunakan  antena  directional  disajikan  menggunakan skenario  variasi  polarisasi  menunjukkan  bahwa  penyebaran  delay  kuadrat  rata-rata  akar multipath  dapat  dikurangi  ketika  menggunakan  sudut  pengarah  antena  pemancar  dan penerima yang menghasilkan penerimaan daya terima tertinggi (Maccartney, dkk, 2015) .
Saat  merencanakan  jaringan  5G  di  pita  sub-6  GHz,  teknik  perencanaan  sel  yang  mirip dengan  LTE  dapat  diterapkan.  Melihat  lingkungan  Australia, band  n78  (3,3  -  3,8GHz  TDD) kira-kira 1 GHz lebih tinggi daripada band 2,6 GHz yang digunakan di jaringan LTE yang ada. Hasilnya, jejak cakupan bisa serupa, dan oleh karena itu menempatkan 5G NR bersama pada base  station  LTE  yang  ada  adalah  strategi  umum  untuk  peluncuran  jaringan  awal.  Setiap perbedaan  dalam  cakupan  dapat  dikompensasikan  dengan  penguatan beamforming,  down tilt antena yang lebih sedikit, atau peningkatan daya pancar gNodeB. Makalah ini menyajikan link budget awal untuk layanan data, memberikan prediksi cakupan, dan pengukuran untuk uji coba 5G NR Non Stand Alone (NSA) menggunakan frekuensi 3,5 GHz dengan bandwidth 60 MHz. Prediksi cakupan dihasilkan menggunakan alat perencanaan RF Atoll yang kemudian dibandingkan dengan pengukuran cakupan dari uji coba (Curry, dkk, 2020) .
Rappaport pada tahun 2017 melakukan kajian mengenai fitur sistem pada teknologi seluler 5G  menggunakan  gelombang  milimeter  ( mmWave).  Hasil  awal  menyajikan  konsep  utama jaringan  5G  dan  rancangan  pemodelan  propagasi multipath  pada  jaringan  nirkabel  untuk aplikasi  berlisensi  dan  tidak  berlisensi.  Parameter  propagasi  dan  model  saluran  pada penggunaan  frekuensi  pada  rentang  0,5  –  100  GHz  berhasil  diperoleh  untuk  memahami propagasi mmWave,  seperti  Line-of-Sight  (LOS)  probabilitas,  large  scale  path  loss,  dan kerugian penetrasi (Rappaport, dkk, 2017) .
Zahid  pada  tahun  2019  melakukan  penelitian  melalui  simulasi  sistem  antena  MIMO  yang menggunakan enam elemen, beroperasi pada pita frekuensi 31,22 - 34,17 GHz dan 31,79 - 33,37 GHz untuk -6 dB dan -10 dB dengan frekuensi resonansi masing-masing 32,56 GHz. Penggunaan  pita  frekuensi  juga  mencakup  pita  5G  yang  diusulkan,  yaitu  31,8  -  33,4  GHz. Teknologi  5G  sangat  mementingkan  kecepatan  transmisi  data  yang  tinggi,  serta  efisiensi spektrum  yang  lebih  baik.  Sistem  antena  MIMO  dapat  meningkatkan  kapasitas  dan kecepatan  transmisi  dalam  sistem  komunikasi.  Hasil  simulasi  membantu  dalam  analisis
beberapa  parameter  seperti return  loss  dan  isolasi  antena,  dimana  didapatkan  nilai  isolasi antena sebesar 17 dB pada pita frekuensi 31,8 - 33,4 GHz (Zahid, dkk, 2019) .
Spektrum  frekuensi  yang  umum  untuk  teknologi  5G  adalah  pada  700  MHz,  3,5  GHz  dan 26/28  GHz.  Saat  ini  di  Indonesia  spektrum  frekuensi  700  MHz  masih  digunakan  untuk layanan broadcast  analog.  Pita  26/28  GHz  di  Indonesia  sedang  tidak  alokasikan  untuk pengguna, sehingga dapat menjadi alternatif kuat untuk implementasi teknologi 5G. Pita ini menyediakan bandwidth  yang  lebar  hanya  saja  untuk  biaya  investasi  menjadi  besar sementara cakupan layanan menjadi sempit (Aryanta, 2021) .
Teknologi  seluler  5G  memberikan  layanan Enhanced  Mobile  Broadband  (eMBB),  Massive Machine-Type  Communications  (mMTC)  dan  Ultra-reliable  Low  Lattency  Communication (URLLC) dengan data rate yang berbeda-beda. Tiga jenis layanan ini membutuhkan data rate yang  paling rendah  mulai  dari  10  Mbps  dan tertinggi  dapat  mencapai  20  Gbps. Mengingat kebutuhan  layanan  pada  sel indoor,  maka  diperlukan  pengaturan  konfigurasi  parameter sistem sel indoor agar data rate menyesuaikan dengan kebutuhan. Bilamana troughput  yang diberikan  lebih  kecil  dari data  rate  yang  dibutuhkan,  maka  akan  terjadi  penumpukan pengguna  dan  menurunkan  tingkat  kepuasan  terhadap  layanan  yang  diberikan.  Hal sebaliknya  juga  bila troughput  yang  diberikan  terlalu  besar  dibandingkan  terhadap kebutuhan data rate yang rendah, berdampak pada efisiensi yang rendah.
Agar  teknologi  5G  dapat  memberikan troughput  yang  optimum  sesuai  dengan  data  rate minimal  masing-masing  layanan,  diperlukan  pengaturan  konfigurasi  parameter  sehingga menghasilkan  nilai  SUT  yang  sesuai.  Konfigurasi  parameter  ini  meliputi  penggunaan  jenis modulasi, numerology,  bandwidth,  dan  penggunaan  MIMO.  Pada  penggunaan  suatu  jenis modulasi  tertentu  dan  pilihan numerology,  troughput  yang  diberikan  dapat  ditingkatkan dengan  melakukan  sejumlah  modifikasi  pada  beberapa  parameter,  seperti bandwidth  dan penggunaan  MIMO.  Perencanaan  kebutuhan bandwidth  dan  MIMO  diperlukan  sehingga dapat diketahui bagaimana konfigurasi parameter sistem yang layak dari teknologi 5G yang dapat memberikan layanan yang ditargetkan akan diberikan kepada pengguna.

## 2. METODE
Pada penelitian ini dilakukan perhitungan single troughput yang mengacu pada standar 3GPP untuk  teknologi  5G  NR  baik  pada  arah downlink  (DL).  Perhitungan  troughput  dikondisikan pada  layanan  sel indoor  yang  menerapkan  teknologi  MIMO.  Analisis perhitungan  dilakukan dengan menghitung nilai Single User Troughput (SUT) maksimum khususnya pada arah DL yang  dapat  diberikan  oleh  teknologi  5G  menggunakan  skema numerology  µ  =  1  dan modulasi  64-QAM,  dimana  perhitungan troughput  dikondisikan  hanya  untuk  satu  User Equipment  (UE)  yang  terhubung  ke  jaringan  5G.  Nilai  SUT  dihitung  untuk  arah  downlink pada  nilai Signal  to  Interference  Noise  Ratio  (SINR)  di  rentang  -15  dB  sampai  25  dB. Sejumlah  skenario  dilakukan  dengan  variasi  beberapa  parameter  yaitu  penggunaan  jumlah bandwidth  transmisi  dan  MIMO.  Hasil  perhitungan  kemudian  dilakukan  analisis  terhadap kesesuaian Key Performance Indikator (KPI) beberapa jenis layanan yang disediakan melalui teknologi 5G.
Perhitungan  SUT  pada  sel indoor  yang dilakukan  pada penelitian  ini  menerapkan beberapa skenario  penggunaan  sejumlah    parameter  yaitu  penggunaan  modulasi  64-QAM, numerology,  bandwidth  dan  penggunaan  MIMO.  Jenis  layanan  teknologi  5G  yang  menjadi acuan pada perhitungan ini adalah Mobile Broadband (MBB) dengan standar kecepatan data 300  MBps, Cloud  Video  Reality  (VR)  2K  dengan  kecepatan  standar  150  Mbps,  Video streaming  4K  3D  dengan  standar  kecepatan  data  50  Mbps,  dan  Layanan  industrial  control
dengan kecepatan 10 Mbps (HKT-GSA-Huawei, 2019) . Luaran penelitian adalah nilai SUT pada  suatu  nilai  SINR tertentu yang  dilakukan melalui  kajian bagaimana mengombinasikan parameter bandwidth dan penggunaan MIMO.
Layanan teknologi  5G  memerlukan tiga layer  yang terdiri dari pita atas (upper  band) pada frekuensi 26 GHz, pita tengah ( middle band) pada frekuensi 2,6 GHz, dan pita bawah (lower band)  pada  rentang  frekuensi  700  MHz  -  800  MHz (Pertiwi,  2021) .  Penelitian  ini menggunakan frekuensi kerja pada 2,6 GHz, dengan tujuan untuk memberikan peningkatan kapasitas troughput.  Mengacu  pada  ketentuan  pengelompokan  rentang  frekuensi  pada teknologi 5G, maka frekuensi 2,6 GHz yang berada pada rentang frekuensi 410 MHz – 7125 MHz terdefinisi pada pita FR1 (ETSI TS 38.101-1., 2019) . Pita frekuensi tengah berfungsi untuk  memberikan bandwidth  yang  lebih  lebar  untuk  kebutuhan  eMBB  (Enhanced  Mobile Broadband) dan mission-critical (Puslitbang SDPPI, 2018) .

## 2.1 Teknologi Seluler 5G
Teknologi  5G  mendukung  penggunaan mmWave  yang  memungkinkan  sinyal  dapat dikirimkan pada frekuensi antara 3 GHz hingga 300 GHz (Nugraha, dkk, 2017) . Teknologi 5G  menerapkan  penggunaan  sejumlah  antena  pada  pengirim  dan  penerima  yang  dikenal sebagai  MIMO  sehingga  meningkatkan  efisiensi  dan  kecepatan  transmisi.  Teknologi  seluler 5G  memiliki  cakupan  yang  luas  dengan  menggunakan  jaringan  heterogen  yang mengombinasikan sejumlah sel mikro dalam suatu sel makro (Admaja, 2015) .

## 2.2 Layanan Teknologi Seluler 5G
Teknologi  seluler  5G  memberikan  sejumlah  peningkatan  kinerja  dibandingkan  dengan teknologi 4G LTE. Teknologi 5G pada intinya memberikan tiga jenis layanan, yaitu Enhanced Mobile Broadband (eMBB), Massive Machine-Type Communications (mMTC) dan Ultra-reliable Low Lattency Communication (URLLC) (HKT-GSA-Huawei, 2019) . Gambar 1 memberikan ilustrasi sejumlah ragam layanan teknologi berdasarkan tiga jenis layanan teknologi 5G ini.
Gambar 1. Berbagai Jenis Layanan yang diberikan Melalui Teknologi 5G (HKT-GSA-Huawei, 2019)
eMBB merupakan jenis pengembangan layanan Mobile Broadband (MBB) untuk memberikan kinerja  yang  lebih  baik  dan  pengalaman  pengguna  dalam  skenario  seperti live  HD  video, Virtual  Reality  (VR)  dan  Augmented  Reality  (AR) (HKT-GSA-Huawei,  2019) .  Layanan eMBB memberikan beberapa parameter layanan antara lain (Javier Campos, 2017) :
1. Laju data minimum 100 Mbps dan laju data  mencapai 10 hingga 20 Gbps.
2. Ukuran sel makro dan sel mikro.
3. Peningkatan kapasitas sampai dengan 10000 kali.
4. Mobilitas user hingga kecepatan 500 km/jam.
5. Efisiensi kebutuhan daya jaringan hingga 100 kali.
mMTC  umumnya  banyak  digunakan  pada Internet  of  Things  (IoT)  untuk  memperbaiki konektivitas  manusia-mesin  atau  mesin-mesin  dan  khususnya  meningkatkan  kapasitas jaringan dan kepadatan koneksi (HKT-GSA-Huawei, 2019) . Layanan mMTC memberikan beberapa parameter layanan antara lain (Javier Campos, 2017) :
1. Kepadatan  perangkat  UE  yang  tinggi,  mencapai  2.10 5 hingga  2.10 6 perangkat  per Km 2 .
2. Jangkauan yang jauh.
3. Laju data rendah, 1 – 100 kbps.
4. Machine to Machine (M2M) dengan biaya yang rendah (ultra low cost).
5. Daya tahan battery hingga 10 tahun.
6. Asynchronous Access.
URLLC umumnya digunakan pada skenario yang memerlukan ultra-low latency dan ultra-high reliability  seperti  pada  Internet  of  Vehicles  (IoV)  dan  smart  factories (HKT-GSA-Huawei, 2019) .  Layanan  URLLC  memberikan  beberapa  parameter  layanan  antara  lain (Javier Campos, 2017) :
1. Air interface latency kurang dari 1 ms.
2. End to end Latency sebesar 5 ms.
3. Ultra reliable dan nilai availabilitas sebesar 99,9999%.
4. Laju data sebesar 50 kbps hingga 10 Mbps.
5. High speed mobility.

## 2.3 Teknologi 5G New Radio (NR)
Konsep  5G  NR  utamanya  didukung  oleh  empat  buah  pilar  teknologi  yaitu New  Spectrum, Massive  MIMO  &  Beamforming,  Multi-Connectivity  dan  Network  flexibility-Virtualization (Stuhlfauth,  2019) .  Adanya  empat  teknologi  pendukung  ini  memungkinan  teknologi memberikan tiga jenis layanan eMBB, mMTC dan URLLC.
Gambar 2. Empat Pilar Teknologi yang Mendukung Konsep 5G NR
(Stuhlfauth, 2019)
5G NR  mengimplementasikan  teknologi  NR  Numerology  dengan  penggunaan  sejumlah pilihan jarak subcarrier (Subcarrier Spacing). Penerapan masing-masing pilihan numerology tidak merata untuk semua kanal fisik. Numerology hanya dapat digunakan pada lapisan fisik tertentu  saja,  meskipun  kebanyakan  pilihan numerology  dapat  diimplementasikan  pada hampir  ke  banyak  jenis  lapisan  fisik.  Tabel  1  menampilkan  spesifikasi  lengkap  dari NR Numerology    0  -  5.  Nilai  numerology  berkaitan  dengan  lebar  Subcarrier  Spacing  (SCS)
dengan relasi besarnya SCS bernilai (2  x 15) kHz.
Tabel 1. Numerology pada 5G NR (Ranplan Wireless, 2019)
OFDM Parameter NR Numerology [  ]
0 1
2 3 4 5 Subcarrier spacing (SCS) [kHz] 15 30 60 120 240 480 Symbol duration [  s] 66,7 33,3 16,6 8,33 4,17 2,08 Nominal CP [  s] 4,7 2,41 1,205 0,60 0,30 0,15 Nominal Max BW [Hz] 49,5 99 198 396 397,4 397,4 Max FFT size 4096 4096 4096 4096 2048 1024 Min scheduling interval [ms] 1,0 0,5 0,25 0,125 0,0625 0,0312 Symbols per slot 14 14 14 12 (extended CP) 14 14 14 Slots per subframe 1 2 4 8 16 32 Slots per frame 10 20 40 80 160 320

## 2.4 Resource Block
Jumlah Resource  Block  (NRB)  untuk  sejumlah  numerology  (Subcarrier  Spacing)  sangat bergantung kepada besarnya bandwidth transmisi yang digunakan. Tabel 2 berisi detail yang terkait  dengan Subcarrier  Spacing  (SCS)  dan  konfigurasi  NRB  transmisi  maksimum  untuk setiap bandwidth kanal dari UE (ETSI TS 38.101-1, 2019) .
Tabel 2. Konfigurasi NRB terhadap Bandwidth Transmisi Maksimum terhadap SCS
SCS (kHz) Jumlah Resource Block (NRB) Sesuai Bandwitdh 5 10 15 20 25 30 40 50 60 80 90 100 MHz  MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz
15 25 52 79 106 133 160 216 270 N/A N/A N/A N/A 30 11 24 38 51 65 78 106 133 162 217 245 273 60 N/A 11 18 24 31 38 51 65 79 107 121 135
Antar  UE  memerlukan  adanya  nilai  minimum guardband  terhadap  frekuensi  bersebelahan, dimana  nilai guardband  minimum  dan  konfigurasi  bandwidth  transmisi  yang  digunakan ditampilkan pada Tabel 3 (ETSI TS 38.101-1, 2019) .
Tabel 3. Nilai Guardband Minimum antar Kanal Bandwidth UE dan SCS
SCS (kHz) Guardband Minimum (kHz) 5 10 15 20 25 30 40 50 60 80 90 100 MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz  MHz  MHz 15 242,5  312,5  382,5  452,5  522,5  552,5  592,5  552,5  692,5 N/A N/A N/A 30 505 665 645 805 785 945 905 1045 825 925 885 845
60 N/A 1010 990 1330 1310 1290 1610 1570 1530 1450  1410  1370
Bit rate maksimum yang dapat diberikan pada teknologi 5G dinyatakan dengan Persamaan (1) (ETSI TS 38.306, 2020) :
𝑅 =   10 ∑ 𝑣 ( ) . 𝑄 ( ) . 𝑓 ( ) . 𝑅 . ( ), . . 1 −   𝑂𝐻 ( ) [𝑀𝐻𝑧] (1)
Dimana :
J adalah jumlah aggregated Component Carriers (CC).
𝑣 ( )
adalah jumlah layer maksimum.
𝑄 ( ) adalah derajat modulasi tertinggi.
𝑓 ( ) adalah faktor skala (opsi = 1; 0,8; 0,75; dan 0,4).
R max adalah bilangan bernilai 948/1024.  adalah Numerology (0 – 5). (ETSI TS 38.211, 2020) .
𝑇 adalah rata-rata periode simbol OFDM 𝑇 = . .
𝑁 ( ), adalah alokasi jumlah Resource Block (RB).
𝑂𝐻 ( ) adalah overhead dengan nilai:
0,14 untuk rentang frekuensi FR1 arah DL
0,18 untuk rentang frekuensi FR2 arah DL
0,08 untuk rentang frekuensi FR1 arah UL
0,10 untuk rentang frekuensi FR2 arah UL
Jumlah  maksimum Component Carriers (CC)  yang  dapat  digunakan  adalah sebanyak enam belas  dengan bandwidth  maksimum  sebesar  400  MHz.  Setiap  Resource  Block  (RB)  terdiri atas dua belas subcarrier, dan jumlah subcarrier keseluruhan yang dapat digunakan adalah maksimum sebanyak 3300 (Javier Campos, 2017) .  Persyaratan di seluruh spesifikasi RF dalam banyak kasus ditentukan secara terpisah untuk rentang frekuensi (FR) yang berbeda. Rentang frekuensi dimana NR dapat beroperasi menurut versi spesifikasi ini diidentifikasikan sebagai  FR1  (410  –  7125  MHz)  dan  FR2    (24250  –  52600  MHz) (ETSI  TS  38.101-1., 2019) .
Kinerja suatu BS yang memberikan layanan data kepada user dinyatakan dengan Single User Troughput (SUT). Besarnya SUT dapat dihitung menggunakan Persamaan (2) (Ofcom.org, 2019) .  Pada  Persamaan  (2)  ini,  nilai  SUT  sudah  memperhitungkan  penggunaan  jumlah MIMO pada sistem.
𝑆𝑈𝑇 =   𝑆 × 𝑆𝐶𝑆  × 𝑁𝑅𝐵  × 𝑠𝑢𝑏𝑐𝑎𝑟𝑟𝑖𝑒𝑟 ×   𝑣 × 𝐷𝐿 (2)
Dimana:
S eff = efisiensi spektral per layer, 𝑆 = 𝛼 𝐿𝑜𝑔(1 + 𝑆𝐼𝑁𝑅)
 = alpha shannon parameter
SINR = Signal to Interference Noise Ratio (linier) SCS  = Subcarrier spacing NRB  = Jumlah Resource Block V layers = jumlah layer yang digunakan DL ratio = rasio bit rate arah DL terhadap UL
Nilai S eff pada Persamaan (2) dibatasi oleh batas maksimum efisiensi spektral per bandwidth transmisi  pada  kondisi  puncak  (100%)  yang  ditentukan  menurut  Persamaan  (3) (Ofcom, 2019) .  Nilai  SE  pada  Persamaan  (3)  menjadi  pembatas  bilamana  nilai 𝑆 mengalami kenaikan seiring dengan kenaikan nilai SINR.
𝑆𝐸 = × × × ×
(3)
Dimana:
R B = Bit rate hasil perhitungan melalui Persamaan (1)

## Tabel 4. Bit Rate per Layer dan Efisiensi Spektral (Stuhlfauth, 2019)
Rentang Frekuensi SCS (Khz) Bandwidth (MHz) Bit Rate per Layer (Mbps) Efisiensi Spektral (bps/Hz) DL UL DL UL FR1 15 50 288,9 309,1 5,78 6,18 FR1 30 100 584,3 625 5,84 6,25
FR1 60 100 577,8 618,1 5,78 6,18 FR2 60 200 1080 1180 5,40 5,90 FR2 120 400 2150 2370 5,38 5,93
Pada  tahun  2019,  ROHDE  &  SCHWARZ  menyampaikan  hasil  pengujian  teknologi  5G  NR terkait dengan bit rate 5G per layer yang dipaparkan melalui “5G New Radio Fundamentals, procedures, testing aspects”. Pengujian bit rate dan efisiensi spektral maksimum untuk arah DL  dan  UL  menggunakan  modulasi  256-QAM  tanpa  MIMO  dimana  hasil  pengujian  dapat dilihat pada Tabel 4.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  penelitian  ini  dilakukan  simulasi  perhitungan  nilai  SUT  mengacu  pada  variasi  pada beberapa parameter sistem. Perhitungan nilai SUT dilakukan hanya pada arah DL mengingat arah downlink  memiliki  peran  yang  sangat  penting  dalam  memberikan  layanan  pengiriman data dengan kapasitas yang besar. Pada penelitian ini numerology yang dipilih adalah  = 1, dipilih beberapa parameter yang bersifat konstan antara lain :
1. SCS = 30 kHz (FR1)
2. Modulasi QAM
3. SINR rentang -25 dB hingga 40 dB
4. Faktor skala ( 𝑓 ( ) ) = 1
5. Downlink Ratio (DL ratio ) = 75%
6. Overhead sebesar 0,14
Untuk melakukan analisis kinerja SUT 5G NR pada numerology  = 1 ini, dilakukan melalui variasi MIMO dan variasi bandwidth. Pada perhitungan ini menggunakan modulasi 64 QAM, empat variasi MIMO yaitu 2x2; 4x4; 8x8; dan 16x16, dan empat variasi bandwidth 10 MHz;
40 MHz; 80 MHz dan 100 MHz.

## 3.1 Perhitungan SUT
Perhitungan  SUT  pada  penelitian  ini  akan  melakukan  perbandingan  terhadap  sejumlah layanan  teknologi  5G  yang  mewakili  sejumlah  batasan data  rate  minimum  yang distandarkan. Adapun layanan yang akan dijadikan acuan antara lain :
1. Mobile Broadband (MBB) live video = 300 Mbps.
2. Cloud Video Reality (VR) (kualitas 2K@90fps) = 150 Mbps.
3. Video Streaming 4K 3D (kualitas 1080p@60fps) = 50 Mbps.
4. Industrial Control  (kualitas 720p@30fps) = 10 Mbps.

## Gambar 3.  SUT Arah Downlink pada MIMO 2x2
Pada  penggunaan  MIMO  2x2  dengan bandwidth  10  MHz,  layanan  Industrial  Control    dan layanan Video  Streaming  4K  3D  sudah  dapat  dilayani,  namun  belum  mampu  memberikan layanan Cloud VR dan MBB seperti yang terlihat pada Gambar 3. Penggunaan bandwidth 40 MHz dapat meningkatkan kecepatan transmisi data hingga dapat memberikan layanan Cloud VR,  namun  masih belum  dapat  memberikan  layanan  MBB.  Penggunaan  MIMO  2x2 dengan bandwidth  80  MHz  dan  100  MHz  memiliki  kualitas  yang  lebih  baik  sehingga  mampu memberikan seluruh layanan hingga MBB live video dengan laju data  minimum 300 Mbps. Pada hasil ini terlihat juga untuk penggunaan bandwidth yang lebih tinggi memerlukan SINR yang lebih rendah untuk dapat memberikan suatu layanan yang sama.
Gambar 4.  SUT Arah Downlink pada MIMO 4x4
Gambar 5.  SUT Arah Downlink pada MIMO 8x8
Penggunaan MIMO berikutnya adalah berukuran 4x4, bandwidth 10 MHz masih melayani dua jenis layanan seperti pada MIMO 2x2 sebelumnya seperti yang dapat diamati pada Gambar 4.  Penggunaan  MIMO  4x4  dengan bandwidth  ≥  40  MHz  baru  dapat  memberikan  seluruh layanan  yang  diujikan.  Jenis  layanan  tertinggi  MBB  dengan  kebutuhan  laju  data  minimum 300 Mbps baru dapat diberikan pada penggunaan bandwidth 10 MHz pada saat digunakan MIMO 16x16 seperti yang dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6.  SUT Arah Downlink pada MIMO 16x16
Untuk  seluruh  variasi bandwidth  yang  digunakan,  SUT  mencapai  nilai  maksimum  konstan pada  nilai  SINR  23  dB  karena  pada  kondisi  telah  mencapai  nilai  efisiensi  maksimum (100%) pada nilai 4,46 bps/Hz. Tabel 5 menampilkan nilai SUT maksimum pada SINR  23 dB  untuk  setiap bandwidth  dan  penggunaan  MIMO.  Pada  skenario  pertama  ini  dapat disimpulkan  bahwa  SUT  arah  DL  ditentukan  oleh  konfigurasi  penggunaan  MIMO  dan bandwidth yang nilainya berbanding lurus. SUT akan meningkat bilamana digunakan MIMO yang  besar  atau bandwidth  yang  lebar.  Selain  berdampak  kepada  SUT,  peningkatan  nilai
MIMO dan bandwidth akan menekan kebutuhan nilai SINR pada suatu kondisi tertentu pada hubungan UE dengan base station yang memberikan layanan.
Tabel 5. Nilai SUT Tertinggi untuk Setiap Penggunaan Bandwidth dan MIMO Bandwidth (MHz) Nilai SUT Tertinggi (MHz) MIMO 2x2 MIMO 4x4 MIMO 8x8 MIMO 16x16 10 57,78 115,57 231,13 462,26 40 255,21 510,42 1020,83 2041,66 80 522,45 1044,91 2089,82 4179,63 100 657,28 1314,56 2629,13 5258,25
Untuk  rentang  SINR  yang  digunakan  pada  pengujian  (maksimum  sampai  dengan  25  dB), layanan Industrial Control (10 Mbps) dan  Video Streaming 4K 3D (50 Mbps) dapat dilayani dengan  seluruh  variasi bandwidth  dan  MIMO,  mengingat  SUT  terkecil  sesuai  pada  Tabel  5 adalah sebesar 57,78 Mbps. Layanan Cloud VR (150 Mbps) baru mulai dapat dilayani melalui penggunaan bandwidth 10 Mhz melalui MIMO 8x8. Untuk Layanan dengan data rate tertinggi 300  Mbps  pada  layanan  MBB Live  Video  dapat  dilayani  melalui  penggunaan  bandwidth  10 MHz  dengan  MIMO  16x16, bandwidth  40  MHz  dengan  MIMO  ≥  4x4,  serta  seluruh  variasi MIMO pada bandwidth 80 MHz dan 100 MHz.

## 4. KESIMPULAN
Nilai SUT sangat bergantung dari kombinasi parameter penggunaan bandwidth transmisi dan MIMO, dimana penggunaan bandwidth dan MIMO berbanding lurus dengan nilai SUT. Pada penggunaan modulasi 64-QAM SUT mencapai nilai maksimum konstan pada nilai SINR  23 dB  dengan  kondisi  nilai  efisiensi  maksimum  4,46  bps/Hz.  Layanan Industrial  Control    (10 Mbps)  dan Video  Streaming  4K  3D  (50  Mbps)  dapat  dipenuhi  melalui  seluruh  variasi bandwidth  dan  MIMO  yang  digunakan.  Layanan  Cloud  VR  (150  Mbps)  dapat  diberikan melalui  seluruh  kombinasi bandwidth  ≥  40  MHz  pada  semua  kombinasi  MIMO,  sedangkan untuk bandwidth 10 MHz baru dapat dipenuhi pada penggunaan MIMO 8x8. Untuk Layanan dengan data  rate  tertinggi  300  Mbps  pada  layanan  MBB  Live  Video  dapat  dilayani  melalui penggunaan bandwidth 10 MHz dengan MIMO 16x16,  bandwidth 40 MHz dengan MIMO ≥ 4x4, serta seluruh variasi MIMO pada bandwidth 80 MHz dan 100 MHz.

## DAFTAR RUJUKAN
Admaja, A. F. S. (2015). Kajian Awal 5G Indonesia. Buletin Pos dan Telekomunikasi, 13(2),
97-114. http://dx.doi.org/10.17933/bpostel.2015.130201.
Aryanta, Dwi. (2021). Analisis Prediksi Path Loss Teknologi Seluler 5G Pada Sel Micro Urban Wilayah Kota Bandung. ELKOMIKA, 9(3).
Curry,  dkk.  (2020).  5G  Coverage,  Prediction,  and  Trial  Measurements. ArXiv,
abs/2003.09574.
ETSI  TS  38.306.  (2020).    5G  NR  User  Equipment  (UE)  Radio  Access  Capabilities. 3GPP,
Technical Spesification 38.306 version 16.1.0 Release 16.
ETSI  TS  38.211.  (2020).    5G  NR  Physical  channels  and  modulation. 3GPP,  Technical
Spesification 38.211 version 16.2.0 Release 16.
ETSI TS 38.101-1. (2019).  5G NR User Equipment (UE) radio transmission and reception; Part  1:  Range  1  Standalone. 3GPP,  Technical  Spesification  38.101-1  version  15.5.0 Release 15.
ETSI TS 38.101-2. (2020).  NR User Equipment (UE) radio transmission and reception; Part
2:  Range  2  Standalone. 3GPP,  Technical  Spesification  38.101-2  version  17.0.0 Release 17.
HKT-GSA-Huawei.  (2019).  Indoor  5G  Scenario  Oriented  White  Paper. Hong  Kong's  premier telecommunications - Global mobile Suppliers Association – Huawei.
Huo, Y., Dong, X.  and Xu, W.. (2017). 5G Cellular User Equipment: From Theory to Practical
Hardware Design. IEEE Access, 5, (pp. 13992-14010).
Javier Campos. (2017). Understanding the 5G NR Physical Layer. Keysight Technologies.
Maccartney,  dkk.  (2015).  Indoor  Office  Wideband  Millimeter-Wave  Propagation
Measurements  and  Channel  Models  at  28  and  73  GHz  for  Ultra-Dense  5G  Wireless
Networks. IEEE Access, 3, (pp. 2388-2424).
Nugraha,  dkk.  (2017).  Simulasi  Penggunaan  Frekuensi  Milimeter  Wave  Untuk  Akses
Komunikasi Jaringan 5G Indoor. INFOTEL, 9(1), 24-30.
Ofcom. (2019). Single User Throughput in 5G NR. Retrieved from https://www.ofcom.org.uk /__data/assets/file/0033/195549/sut-model-700mhz-3.6-3.8ghz-spectrum.
Pertiwi.  (2021).  Kominfo  Sebut  Frekuensi  2,3  GHz  Bukan  untuk  5G,  Lantas  Mana  yang
Ideal?. Retrieved from
https://tekno.kompas.com/read/2021/02/03/14120067/kominfo-sebut-frekuensi-23- ghz-bukan-untuk-5g-lantas-mana-yang-ideal?page=all.
Puslitbang  SDPPI.  (2018).  Studi  Lanjutan  5G  Indonesia  2018  Spektrum  Outlook  dan  Use
Case  untuk  Layanan  5G  Indonesia. Puslitbang  Sumber  Daya,  Perangkat,  dan Penyelenggaraan  Pos  dan  Informatika,  Badan  Penelitian  dan  Pengembangan  SDM,
Kementerian Komunikasi dan Informatika.
Ranplan  Wireless.  (2019).  5G  New  Radio  Network  Planning,  Whitepaper. Ranplan  Wireless Network Design Ltd.
Rappaport,  dkk.  (2013).  Millimeter  Wave  Mobile  Communications  for  5G  Cellular:  It  Will Work!. IEEE Access, 1, (pp. 335-349).
Rappaport, dkk.  (2017).  Overview  of  Millimeter  Wave  Communications  for  Fifth-Generation
(5G) Wireless Networks—With a Focus on Propagation Models. IEEE Transactions on
Antennas and Propagation, 65(12), (pp. 6213-6230).
Stuhlfauth,  Reiner.  (2019).  5G  New  Radio  Fundamentals,  procedures,  testing  aspects.
ROHDE & SCHWARZ GmbH & Co.
Zahid,  M.,  Shoaib,  S.    and  Rizwan,  M..  (2019).  Design  of  MIMO  Antenna  System  for  5G
Indoor  Wireless  Terminals. International  Conference  on  Engineering  and  Emerging Technologies (ICEET), (pp. 1-4).
Zreikat  A.I.,  Mercan  S.  (2019).  Performance  Study  of  5G  Downlink  Cell. Lecture  Notes  in
Computer Science, vol 11660. Springer, Cham.