Belajar Telecom Engineer - 5G Architecture (NR & 5G Core)

#Pendahuluan

Setelah di episode 4 kita menelusuri evolusi GSM → UMTS → LTE beserta protocol stack-nya, kini kita sampai ke generasi yang sedang kalian bangun karirnya: 5G. Episode ini membedah dua sisi arsitektur 5G sekaligus — NR (New Radio) di sisi udara, dan 5G Core (5GC) berbasis Service-Based Architecture di sisi jaringan.

Mengapa 5G layak satu episode penuh? Karena ia bukan sekadar "LTE lebih cepat". Dua perubahan fundamental terjadi: di udara, NR dirancang untuk rentang frekuensi sangat lebar (sub-6 GHz sampai mmWave) dengan beamforming digital; di core, jaringan bertransformasi dari node telekomunikasi klasik menjadi layanan software berbasis API — fondasi dari slicing, telco cloud, dan seluruh topik modern series ini.

#NR: Radio Baru 5G

#Spektrum dan Numerology

NR fleksibel di dua rentang: FR1 (410 MHz - 7.125 GHz) dan FR2 mmWave (24 - 71 GHz). Salah satu inovasinya adalah numerology scalable: subcarrier spacing tidak tetap 15 kHz seperti LTE, melainkan bisa 15×2ⁿ kHz (30, 60, 120...). SCS besar cocok untuk latency rendah & frekuensi tinggi; SCS kecil untuk coverage.

#Massive MIMO dan Beamforming

Di band TDD (misal n78 3.5 GHz — favorit operator karena bandwidth lebar), channel uplink dan downlink berada di frekuensi sama sehingga gNB bisa "mendengar" channel lalu menerapkan kondisi yang sama saat transmit (channel reciprocity). Hasilnya: array 64T64R membentuk beam tajam per pengguna, menambah gain ~10+ dB dan memungkinkan MU-MIMO (melayani banyak UE pada resource yang sama).

LTE   : energi disebar lebar ke semua arah (sector beam statis)
5G TDD: beam dinamis dilacak per-UE (SRS → precoding)

#Pemecahan gNB: CU/DU/RU

gNB boleh dipecah fungsi menjadi RU (antena + radio, di tower), DU (layer PHY/MAC/RLC, bisa di agregasi site), dan CU (PDCP/RRC, bisa di DC pusat). Pemisahan ini — plus interface fronthaul eCPRI — adalah pintu masuk vRAN/O-RAN dan cloud RAN; kita sentuh lagi di episode 14 dan 22.

#Service-Based Architecture (SBA)

Inilah revolusi sesungguhnya. 5G Core tersusun dari Network Functions (NF) yang saling memanggil via REST API (HTTP/2) melalui bus layanan — bukan lagi titik-titik interface statis ala LTE.

Peran singkat tiap NF yang wajib hafal:

Konsep kunci: NF service discovery lewat NRF membuat core bersifat stateless-friendly dan scalable horizontal — inilah yang memungkinkan 5GC berjalan sebagai microservices di Kubernetes (episode 14).

#NSA vs SA

Dua mode deployment yang sering membingungkan:

• NSA (Non-Standalone): 5G NR "menumpang" core EPC LTE; anchor handover dikelola eNB LTE via X2. Cepat diluncurkan, tapi tak ada slicing/SBA.
• SA (Standalone): NR + 5GC sungguhan. Seluruh fitur modern — slicing, URLLC, edge computing native — hanya hidup di SA.

#Praktik: Jaringan 5G Mini dengan Open5GS + UERANSIM

Mari bangun 5G SA lengkap di laptop (environment episode 0). Langkah 1 — pastikan konfigurasi Open5GS mendengarkan NGAP:

amf:
  sbi:
    server:
      - address: 127.0.0.5
        port: 7777
  ngap:
    server:
      - address: 10.0.0.10          # IP yang dijangkau gNB simulator
  guami:
    - plmn_id:
        mcc: 001                    # PLMN lab standar
        mnc: 01
      amf_id:
        region: 2
        set: 1
  tai:
    - plmn_id:
        mcc: 001
        mnc: 01
      tac: 7
  security:
    integrity_order : [ NIA2, NIA1, NIA0 ]
    ciphering_order : [ NEA0, NEA1, NEA2 ]

Langkah 2 — jalankan stack core:

sudo systemctl restart open5gs-nrfd open5gs-amfd open5gs-smfd \
  open5gs-upfd open5gs-ausfd open5gs-udmd open5gs-pcfd open5gs-nssfd
systemctl --no-pager --full status open5gs-amfd | head -3

Langkah 3 — konfigurasikan UERANSIM sebagai gNB virtual:

linkIp:   10.0.0.20      # IP lokal simulator
ngapIp:   10.0.0.20
gtpIp:    10.0.0.20
amfConfigs:
  - address: 10.0.0.10
    port: 38412            # SCTP NGAP
slices:
  - sst: 1                 # eMBB
sd: ""

Lalu jalankan ./nr-gnb -c config/gnb.yaml dan pasang UE dengan IMSI yang sudah didaftarkan via WebUI Open5GS. Verifikasi session PDU terbentuk:

sudo tcpdump -i uesimtun -c 5 2>/dev/null || ip addr show uesimtun
ping -I uesimtun 8.8.8.8 -c 3

Jika uesimtun muncul dan ping berhasil — kalian baru saja menjalankan siklus registrasi 5G SA penuh: NG Setup → Registration → Authentication (5G-AKA) → PDU Session Establishment. Prosedur persis inilah yang terjadi di HP kalian setiap kali menyala.

#Common Pitfalls

• Salah paham "core 5G": UPF bisa dideploy di tepi jaringan, tapi tetap bagian 5GC — lokasi fisik tidak mengubah definisi.
• Menyamakan slice dengan APN: APN/APN-DNN adalah nama jaringan data; slice (S-NSSAI) adalah isolasi resource end-to-end dengan SLA sendiri — detail di episode 13.
• Lupa SCTP: NGAP/SCTP gagal adalah penyebab #1 gNB "tidak connect" di lab; cek firewall port 38412 sebelum menyalahkan konfigurasi lain.

#Penutup

Inti yang harus dibawa pulang:

• NR membawa numerology scalable, FR1/FR2, dan massive MIMO beamforming per-UE di band TDD.
• gNB dapat dipecah RU/DU/CU — fondasi vRAN dan O-RAN.
• SBA mengubah core menjadi microservices dengan NRF sebagai registry; hafalkan AMF/SMF/UPF/UDM/AUSF/PCF/NSSF.
• NSA = NR di atas EPC (cepat tapi terbatas); SA = syarat mutlak fitur modern.
• Kalian sudah membangun dan memverifikasi 5G SA end-to-end di lab sendiri.

Di episode 6 kita keluar dari udara menuju tulang punggung fisik jaringan: transport & backhaul — fiber optic, microwave point-to-point, dan evolusi SDH/OTN/IP-MPLS, ditutup praktik merancang backhaul sebuah cluster site. Sampai jumpa!