I n d on e s i an   Jo u r n al   o f  El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   20 ,   N o .   3 ,  D e c e m b e r   20 20 ,   pp .   1342 ~ 1350   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 20 .i 3 . pp 134 2 - 1350             1342       Jou r n al   h o m e pa ge :  ht t p: / / i j e e c s . i a e s c or e . c om   Pe r f o r m a n c e   e v a l u a t i o n   o f   w i r e l e ss   d a t a   t r a f f i c   i n   m m   w a v e   m a ssi v e   M IM O c o m m u n i c a t i o n       A h m e d   Th ai r   A l - H e e ty 1 ,  M o h am m ad   Tar i q u l   I s l am 2 ,   A h m e d   H as h i m   R as h i d 3 ,   H as an a i n   N .   A b d   A l i 4 ,   A l i   M o h am m e d   F ad i l 5   ,   F ar ah   A r ab i an 6   1 , 2 , 3 , 4 , 5 C e nt r e   o f   A dv a nc e d  E l e c t r o ni c   a n d  C o m m uni c a t i o n  E ng i ne e r i ng ,   F a c ul t y   o f   E ng i ne e r i ng   a n d  B u i l t   E nv i r o nm e nt ,   U ni v e r s i t i   K e b a ng s a a n   M a l a y s i a ,  M a l a y s i a   6 D e pa r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   a nd   C o m put e r   E ng i n e e r i ng ,   B r i g ha m   Y o u ng   U ni v e r s i t y ,   U ni t e d   S t a t e s       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T     Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d  F e b   1,   20 20   R e v i s e d  M a y   21 ,   20 20   A c c e pt e d  J un  1 ,   2020       D ue   t o   t h e   e v a l ua t i o n  o f   m o bi l e   de v i c e s   a nd   a pp l i c a t i o ns   i n  t h e   c ur r e nt   d e c a de ,   a   ne w   d i r e c t i o n   f o r   w i r e l e s s   n e t w o r k s   ha s   e m e r g e d.   T h e   g e ne r a l   c o ns e ns us   a bo ut   t he   f ut ur e   5G   ne t w o r k   i s   t ha t   t he   f o l l o w i ng   s ho ul d   b e   t a ke n   i n t o   a c c o unt ;   t he   pur po s e   o f   t ho us a nd - f o l d  s y s t e m   c a pa c i t y ,   hun dr e df o l d  e ne r gy   e f f i c i e nc y ,   l o w e r   l a t e nc y ,   a nd   s m o o t h  c o nne c t i v i t y .   T he   m a s s i v e   m u l t i p l e - i npu t   m u l t i p l e - o ut put   ( M I M O ) ,   a s   w e l l   a s   t h e   M i l l i m e t e r   w a v e   ( m m   W a v e )   ha v e   be e n  c o ns i de r e d  i n   t he   ul t r a - de n s e   c e l l ul a r   ne t w o r k   ( U D N ) ,   be c a u s e   t he y   a r e   v i e w e d   a s   t he   e m e r g e nt   s o l ut i o n  f o r   t h e   ne x t   g e ne r a t i o ns   o f   c o m m uni c a t i o n.   T hi s   a r t i c l e   f o c us e s   o n  e v a l u a t i ng   a nd  di s c us s i ng   t he   pe r f o r m a nc e   o f   m m   W a v e   m a s s i v e   M I M O   f o r   u l t r a - de ns e   ne t w o r k,   w h i c h  i s   o ne   o f   t he   m a j o r   t e c hno l o g i e s   f o r   t he   5G   w i r e l e s s   ne t w o r k .   M o r e   s o ,   t he   e ne r gy   e f f i c i e nc i e s   o f   t w o   ki n ds   o f   a r c hi t e c t u r e s   f o r   w i r e l e s s   ba c kha ul   ne t w o r ks   w e r e   i n v e s t i g a t e d   a nd   c o m pa r e d  i n   t hi s   a r t i c l e .   T h e   r e s ul t s   o f   t h e   s i m ul a t i o n  r e v e a l e d  s o m e   po i n t s   t ha t   s ho ul d   b e   c o ns i de r e d   dur i ng   t he   d e pl o y m e nt   o f   s m a l l   c e l l s   i n  t h e   t w o   a r c hi t e c t u r e s   U D N   w i t h   ba c kh a ul   ne t w o r k   c a pa c i t y   a n d   ba c kha ul   e n e r g y   e f f i c i e nc y ,   t h a t   t h e   c ha ng i ng   t he   f r e que nc y   ba nds   i n   D i s t r i bu t i o n   a ppr o a c h  g i v e s   t he   s a m e   e ne r gy   e f f i c i e nc y   r e a c he d  t o   60 0  M b/ s   a t   15  no de s   w hi l e   t h e   C o nv e nt i o na l   a pp r o a c h  r e s u l t s   r e a c he d  l e s s   t h a n  100   M b/ s   a t   t he   s a m e   num b e r   o f   no de s .   Ke y w or d s :   5G   L O S   M M w a ve   m M IM O   S m a l l   c e l l s     U D N   C opy r i gh t   ©   20 20   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e d  E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   A hm e d  T ha i r   A l - H e e t y ,   Ce n t r e   o f   A dv a n c e d  E l e c t r o n i c   a n d   Co m m u n i c a t i o n   E n gi n e e ri n g,   F a c u l t y   of   E n g i n e e ri n g   a n d   B ui l t ,   E n v i r o n m e n t ,   U n i v e r s i t i   K e b a n gs a a n  M a l a y s i a .   43 000   K a j a ng,   M a l a y s i a .   E m a i l :   a hm e dt h 1 62@ gm a i l . c o m       1.   I N TR O D U C TI O N     It   i s   e xpe c t e d  t h a t   i n   t h e   n e xt   de c a de ,   t h e r e   w i l l   b e   a   r e s e a rc h   b oo m   i n   t h e   a r e a   o f   f i f t h   ge n e ra t i o n  w i r e l e s s   c e l l ul a r  n e t w o r ks .   M o r e   s o ,   t h e r e   i s   a n  e m e r ge n c e   o f  m a n y   po t e n t i a l   t r a n s m i s s i o n  t e c hn o l o gi e s   w h i c h  a r e   c a pa b l e   o f   h a ndl i n g  1 000  t i m e s   v o l um e   of   w i r e l e s s   t ra ff i c   i n  f ut u r e   w i r e l e s s   c o m m u n i c a t i o n s   [1] .   T h e   m i l l i m e t e r - w a v e   m a s s i v e   M IM O   i s   pe r c e i v e d  a s   a   p r o m i s i n g   t e c hni que   a n d  5G   t ra n s m i s s i o n   t e c hn o l o g y ,   b e c a us e   i t   o ff e r s   gi g a b i t - pe r - s e c o n d  d a t a   r a t e s .   It   de m o ns t ra t e s   t h e   po t e n t i a l s   o f   p r o v i di n g   s i g ni f i c a nt   e nh a n c e m e n t   i n  e n e r gy   a n d   s pe c t r a l   e ff i c i e n c i e s ,   a s   w e l l   a s   i n c r e a s i ng   t h e   c a pa c i t y   of   m o b i l e   n e t w o r ks .   A n o t h e r   m a j o r  t e c hn o l o gy   t h a t   i s   o f t e n   f e a t u r e d  i n  t h e   l i s t   o f   5G   e na b l e r s   i s   t h e   s m a l l   c e l l   n e t w o r k,   a n d   t h e   de pl oy m e n t   of   t h e s e   s m a l l   c e l l   b a s e   s t a t i o n s   o n l y   r e qui r e s   l o w   pow e r ,   i t   i s   s e l f - o r ga n i z i n g   a n d  c o s t   e f f i c i e n t   [2 ,  3]   T h e   m a i n  a i m   o f   us i n g   s m a l l   c e l l s   i s   t o   i m p r o v e   t h e   e n e r g y   e ff i c i e n c y   a n d   t hr o ug hput   o f   c e l l ul a r  n e t w o r ks .   T h e   s m a l l   c e l l s   ha v e   b e c o m e   a t t ra c t i v e   t o   m o b i l e   o pe r a t o r s   t ha t   a r e   i n v o l ve d  i n  t h e   de v e l o pm e n t   o f  w i r e l e s s   t ra n s m i s s i o n  s y s t e m s ,   b e c a us e   t h e r e   i s   n e e d  f o r  t h e   n e xt   ge n e ra t i o n  w i r e l e s s   n e t w o r ks   t o   s up po r t   hi g h e r   v o l um e s   o f   da t a   (o n e   t h o us a n d   t i m e s   h i g h e r  m o b i l e   da t a   r a t e   vo l um e   pe r   a r e a )   w i t h  l o w e r   e n e r gy   c o n s um p t i o n ,   a n d  t hi s   c a n   o n l y   be   a c h i e v e d  t hr o ug h   t h e   us e   o f   s m a l l   c e l l s   t ha t   e nh a n c e   t h e   o v e r l a y i n g  o f   a   s m a l l   ge o gr a p hi c a l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       P e r f or m anc e   e v a l uat i on   of   w i r e l e s s   da t a   t r af f i c   i n  m m   w av e   m as s i v e   MIMO   … .   ( A hm e d   T ha i r   A l - H e e t y )   1343   l o c a t i o n   o f   o ut do o r / i n do o r   a ppl i c a t i o n s   by   t h e   w i r e l e s s   t ra n s m i s s i o n  s y s t e m s .   T h e   u l t ra - de n s e   n e t w o r k  (U D N )  ha s   b e e n  p r o po s e d  a s   a   m a j o r  s y s t e m   a r c hi t e c t u r e   t h a t   c a n  b e   us e d  t o   a c hi e v e   a n  a g g r e s s i v e   ve r s i o n  o f   5G ;   t hi s   i s   b e c a us e   t h e   U D N   i s   c a p a b l e   o f   f a c i l i t a t i n g   g r e e n   c o m m u n i c a t i o n s ,   p r o v i di n g  s e a m l e s s   c o ve r a ge ,   a n d  e n a b l i ng  G b ps   us e r  e xpe ri e n c e   [4 ,   5 ] .   W h e n  t h e   t r a n s m i s s i o n  po w e r   o f   t h e   5G   b a s e   s t a t i o n s   i s   c o n s t ra i n e d   a t   t h e   s a m e   l e v e l   o f   4G   b a s e   s t a t i o n  t r a n s m i s s i o n  po w e r ,   t h e n  i t   b e c o m e s   n e c e s s a r y   f o r   t h e   a n t e nna s   t ra n s m i s s i o n   pow e r   a t   5G   B S   t o   b e   de c l i n e d  t e n   t o   t w e n t y   t i m e s   c o m pa r e d   w i t h   e a c h   a nt e nna   t r a n s m i s s i o n   po w e r   a t   4G   B S   a n d   m m   w a v e   c o m m uni c a t i o n  t e c hn o l o gy   i s   e xpl o r e d   f o r   a pp l i c a t i o n  i n  c e l l ul a r  n e t w o r ks ,   a n d   t h i s   c o m m uni c a t i o n   t e c hn o l o g y   i s   c a pa b l e   t o   o ffe r i n g  o v er   1 00  M H z   f r e que n c y   b a n dw i dt h s   a s   p r e s e n t   i n     F i gu r e   1   [ 6,   7 ] .       F i g u r e   1 .   M m W a v e   m a s s i v e   M IM O   b a s e d  w i r e l e s s   b a c kha u l   f o r   5G   U D N       H uge   pa t h  l o s s e s   c a n   b e   r e c o m pe n s e d  us i n g  a nt e nn a   a rra y s   t ha t   a r e   h i g hl y   di r e c t i o na l .   I n  U D N ,   i t   i s   t h e   m a c r o - c e l l   b a s e   s t a t i o n s   (B S s )  t ha t   a r e   r e s po n s i b l e   f o r   c o n t r o l l i n g   t h e   a l l o c a t i o n  o f   r e s o ur c e s ,     us e r   s c h e dul i n g ,   a nd  s uppo rt i ng  h i g h - m o b i l i t y   us e r s ;   t h e s e   m a c r o - c e l l   B S s   a r e   o f t e n   c h a ra c t e ri z e d  by   h uge   c ove r a ge .   D e s pi t e   t h e   b e n e f i t s   o ffe r e d  by   t h e   t w o   a r c h i t e c t u re s   de pl oy i n g  s m a l l   c e l l s   i n   U D N ,   t h e r e   a r e   s o m e   l i m i t a t i o n s   t ha t   a r e   a s s o c i a t e d  w i t h   t h e s e   a r c hi t e c t u r e s   a nd   t h e y   i n c l u de   (1) .   D e n s i f i c a t i o n  f o r  s m a l l   c e l l s   a n d   c o n n e c t i v i t y   w i t h   m m   W a v e   m a s s i v e   M IM O   w i t h   i nt e g r a t e d  a c c e s s   a n d  b a c kha ul   f o r   t w o   a r c hi t e c t u r e s   i n   u l t ra - de n s e   c e l l u l a r  n e t w o r ks ,   (2)   T r a n s m i s s i o n  o f   pow e r   i n  t h e   d ow n l i n k ,   (3)   l a c k   o f   a   m e t h o d  o f   o pt i m i z i n g   t h e   t hr o ughput   o f   t h e   upl i n k,   do w n l i nk,   a nd  t h e   o v e r a l l   s y s t e m   i n   u l t ra - de n s e   c e l l ul a r   n e t w o r ks   a n d ,     (4)  T h e   e n e r gy   c o n s um p t i o n  o f   t h e   s y s t e m   a n d   h o w   t o   o pt i m i z e   t h e   di s s i p a t e d   e n e r gy   a n d   e n e r gy   e ff i c i e n c y   i n  t h e   s y s t e m .   T h e   c o n t r i b ut i o n s   o f   t hi s   a r t i c l e   a r e   i n  t hr e e   a r e a s ;   (1)   i n v e s t i ga t i o n  o f   5G   c o n c e pt s ,   f e a t u r e s ,   t h e   de pl oy m e n t   o f   s m a l l   c e l l s   i n  U l t ra - de n s e   n e t w o r k  (U D N )  i n  5G   n e t w o r ks ,   a n d   de s i g n  r e qui r e m e nt   w h e n  us i ng  m m   W a v e   w i t h   m a s s i v e   M IM O   f o r   t h e   i m p r o v e m e n t   o f   l i nk  re l i a b i l i t y ;   (2)de ve l o pm e n t   a nd  s i m ul a t i o n   o f   m m   W a v e s   m a s s i v e   M IM O   b a c kh a ul i ng  f o r   t w o   a r c hi t e c t u r e s   (C o n v e n t i o na l   a p p r o a c h   a n d   di s t ri b ut i o n  a p p r o a c h ) ,   t a k i n g   a c c o un t   o f   L O S   c h a nn e l s   b e t w e e n   s m a l l   c e l l s ;   (3) a n a l y s i s   a n d   di s c us s i o n  o f   t h e   c ha n ge s   t h a t   o c c ur  i n  t h e   e n e r gy   e ff i c i e n c y ,   s pe c t r a l   e ff i c i e n c y ,   a n d   t h e   c a pa c i t y   o f  a   b a c kha ul   l i n k   o v e r   num b e r  o f   s m a l l   c e l l s .   U l t r a - D e n s e   N e t w o r k  fo r   s m a l l   c e l l s .   It   i s   e xpe c t e d  t h a t   t h e   c ov e r a ge   o f   c e l l   s i t e   w i l l   b e c o m e   s m a l l e r   t h a n  w ha t   i s   o b t a i n a b l e   t o da y   (i . e . ,   m i c r o   o r  m a c r o   c e l l )  b e c a us e   t h e   us e   o f   h i g h e r  R A N   f r e que n c i e s   i s   e m pl o y e d   by   5G .   In c r e a s i n g  t h e   c a pa c i t y   o f   c e l l   s i t e   by   1000  t i m e s   i s   n o t   a c hi e v a b l e .   T h us ,   t h e   de pl o y m e n t   o f   de n s e   s m a l l   c e l l   i s   t h e   m e r e l y   e ff i c a c i o us   m e t h o d  o f   f a c i l i t a t i n g   o n e   t h o us a n d   t i m e s   e x t r a   c a p a c i t y   i n  n e t w o r k   o f   5G   n e t w o r k.   D ue   t o   t h e   i nh e r e nt l y   of   de n s e   s m a l l   c e l l s   de pl o y e d  i n  g ri d,   5G   b a c k h a ul   w i l l   b e   c o n f r o n t e d  b y   t h e   fo l l ow i n g   c ha l l e n ge s :   1.   T h e   r e us e   o f   f r e que n c y   w i l l   b e   h i g hl y   l i m i t e d   by   de n s e r  b a c kha ul   l i nk  c a us e d  by   de n s e r  s m a l l   c e l l   gri d.   W i t h  t hi s ,   t h e r e   w i l l   b e   n e e d  f o r   b e t t e r   us e   of   w i r e l e s s   ba c kha ul   s pe c t r u m ,   s o m e   s e t   of   n e w   r e qui r e m e n t s   fo r   t h e   s y n c r o n i z a t i o n   o f   c e l l   s i t e .   A s   f o r e c a s t e d,   m o r e   p r e c i s e d  r e qu i r e m e n t s   w i l l   b e   r e qui r e d   by   5G   n e t w o r k  t h a n  L T E - A   ( i . e . ,   1. 5   μ s   t o   a pp r o x.   0 . 5  μ s ) .     M a s s i v e   M IM O   U D N .  M ul t i p l e   i nput   m ul t i p l e - o ut put   w i r e l e s s   s y s t e m s   h a v e   b e e n   i n c o r po r a t e   i nt o   c urr e n t   s t a nd a r ds ,   a n d   a r e   n o w   us e d  gl o b a l l y .   In  r e c e n t   t i m e s ,   m a s s i v e   M IM O   s y s t e m s ,   w h i c h  a r e   e qu i ppe d  w i t h  t e n s   o r   e v e n   hu n d r e ds   o f   a n t e nna s ,   h a v e   e m e r ge d  a s   i m p r o v e d  M IM O   t e c hni que   de s i g n e d   t o   m e e t     t h e   g r o w i n g  t r a f f i c   de m a n d   o f   5 G   w i r e l e s s   c o m m uni c a t i o n   n e t w o r ks .   M a s s i v e   M IM O   (M M )  i s   a     m ul t i - us e r   M IM O   t e c hn o l o g y   i n v o l v i n g   t h e   s e r v i c i n g   o f   K   s i n g l e - a nt e nna   us e r   e qu i pm e n t   (U E s )  o n  t h e   s a m e   time - f r e que n c y   r e s o ur c e   by   a   b a s e   s t a t i o n  (B S )  e qu i ppe d   w i t h  a   r e l a t i v e l y   l a r ge   n u m b e r  M   o f   a n t e nn a s .   B a s i c a l l y ,   t h e   m a s s i v e   M IM O   i s   s pe c i f i c a l l y   t a i l o r e d  f o r   us e   i n   a   c e l l u l a r  n e t w o r k,   w h e r e by   a   s e t   o f   s i n g l e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   3 ,  D e c e m be r   2 020   :     13 42   -   1 3 50   1344   a n t e nn a   c o - c h a nn e l   us e r s   a r e   s e r v e d  by   a   l a rge   n u m b e r  N t   of   a n t e nna s   [ 8 - 1 0 ] .   I n  t h i s   p r o c e s s ,   t h e   c h a nn e l   b e c o m e s   n e a r - de t e r m i n i s t i c   b e c a us e   t h e   B S - U E   r a di o   l i nks   b e c o m e   n e a rl y   o r t h o go n a l   t o   e a c h   o t h e r.   T h i s   i s   a t t ri b ut e d  t o   t h e   a s y m pt o t i c   di s a ppe a ra n c e   o f   i nt r a   c e l l   i nt e r f e r e n c e ,   f a s t   f a d i n g   a nd   i rr e l e v a n t   n o i s e   f r o m   t h e   M   e n gi n e .   F a v o r a b l e   p r o pa g a t i o n  i s   c a p a b l e   o f   y i e l di n g   s i g ni f i c a n t   E E   g a i n s ,   b e c a us e   i t   a l l o w s   t h e   r e a l i z a t i o n   of   m ul t i p l e   o r de r s   o f   m ul t i p l e xi n g   a n d   a rr a y   ga i n s   [1 1 - 13]   M i l l i m e t e r   W a v e   i n  U D N .   By   m e a n s   o f   M m   W a v e   c o m m u n i c a t i o n ,   h i g h  b a n dw i dt h  i s   o ffe r e d,     t h e r e   b y   i n c r e a s i ng  t h e   da t a   r a t e .   T h e   f r e que n c y   b a n d   o f   t h e   m i l l i m e t e r   w a v e   (m m   W a v e )  i s   30   ˜  3 00  G H z ,   c o r r e s po n di ng  t o   w a v e l e n gt h s   f r o m   10  t o   1  m m .   A s   a   r e s ul t   of   t h e   p h y s i c a l   p r o pe r t i e s   po s s e s s e d  by   t h e   m m   W a v e ,   i t   i s   a b l e   t o   e f fe c t i ve l y   s o l ve   s e ve r a l   p r o b l e m s   a s s oc i a t e d  w i t h   hi g h - s pe e d  b r o a db a n d   w i r e l e s s     a c c e s s   [14 - 16] .   U D N   i n v o l ve s   t h e   de n s e   de pl o y m e n t   o f  s m a l l   c e l l s   i n  h o t s po t s   l i ke   s h o ppi n g   m a l l s ,     off i c e   b ui l di n gs ,   e t c .   H ow e v e r ,   t h e   de pl oy m e n t   o f   t h e s e   s m a l l   c e l l s   r e qui r e s   h i g h  d a t a   ra t e   s o   t h a t   t r a f f i c   c a n   b e   off l o a de d  f r o m   m a c r o   c e l l s ,   s i n c e   t h e   l a r ge   m a j o r i t y   of   t r a f f i c   de m a n d  c o m e s   f r o m   t h e s e   h o t s po t s .     M o r e   s o ,   i t   i s   i m po rt a nt   f o r  t h e   o pe ra t o r  t o   pa y   a t t e n t i o n  t o   c os t   o f   de pl oy m e n t   a n d   po w e r   e ff i c i e n c y   a s   t h e y   a r e   c r uc i a l   [17 ,  18]   H ow e v e r ,   t h e   f o l l o w i n g  r e a s o n s   m a ke   t h e   m m   W a v e   m o r e   a pp r o p r i a t e   f o r   b a c k h a u l   i n  U D N :   H i gh   Ca p a c i t y   a n d   I n e xpe n s i v e :   [19 - 2 1]   t h e   po t e n t i a l   G i ga h e r t z   t ra n s m i s s i o n  b a n dw i dt h  c a n  b e   a c hi e v e d   by   m e a n s   o f   t h e   l a r ge   a m o u n t   o f   un de r ut i l i z e d  m m   W a v e   i n c l udi n g   u n l i c e n s e d  V - b a n d  ( 57  6 7G H z )  a n d   l i g h t l y   l i c e n s e d  . E - b a n d   (71 - 76G H z   a n d  81 -   8 6G H z )  (t h e   s pe c i f i c   r e gu l a t i o n  m a y   v a r y   f r o m   c o un t r y   t o   c o un t r y )     a n d   Im m u ni t y   t o   I n t e r f e r e n c e :   ra i n  a t t e n u a t i o n  c a us e s   t h e   E - b a n d’s   t ra n s m i s s i o n  di s t a n c e   c o m f o r t   z o n e   t o   b e   up  t o   s e v e r a l   ki l o m e t e r s ,   w hi l e   o xy ge n   a n d   ra i n  a t t e n u a t i o n  c a u s e s   t h e   V - b a n d   t o   b e   a b o ut     500 - 700 m   [ 22 - 25 ] .   T h e   hi g h   p a t h  l o s s   m a ke s   t h e   m m   W a v e   t o   be   a   m o r e   s ui t a b l e   c a n di d a t e   f o r   U D N ,   w h e r e   m i ni m a l   i nt e r - c e l l   i nt e r f e r e n c e   a nd  i m p r o v e d  f r e que n c y   r e us e s   a r e   e xpe c t e d.   It   i s   i m po rt a nt   t o   n o t e   t ha t   w h e n   m m   W a v e   i s   u t i l i z e d   i n  U D N ,   r a i n  a t t e n ua t i o n  i s   m i n o r  i s s ue .       2.   S Y S TE M   M O D EL   2. 1 .       C o n v e n ti o n al   ap p r o ac h   O n e   o f   t h e   ke y   s o l ut i o n s   f o r   t h e   f i f t h  ge n e r a t i o n  w i r e l e s s   ne t w o r k  w i t h   r e g a r ds   t o   m a s s i v e   M IM O   (L a r ge - S c a l e   M IM O )   m i l l i m e t e r  w a v e   c o m m uni c a t i o n  t e c hn o l o gi e s ,   i s   t h e   s m a l l   c e l l s .   T h e   s c e n a ri o   o f   s m a l l   c e l l   i s   a n  i n e v i t a b l e   s o l ut i o n  f o r  t h e   f ut u r e   5G   w i r e l e s s   n e t w or k .   T h e   us u a l   a r c h i t e c t u r e   o f   c e l l ul a r  n e t w o r k   i s   a   ki n d   o f   t r e e   g ri d   a r c hi t e c t u r e   i n  w hi c h   t h e   b a s e   s t a t i o n  m a na ge r s   i n  t h e   c o r e   n e t w o r k  m o n i t o r  e a c h   m a c r o   c e l l   b a s e   s t a t i o n,   a n d   t h e   gi v e n   g a t e w a y   fo r w a r ds   t h e   b a c kha ul   t r a f f i c   t o   t h e   c o r e   n e t w o r k.   I n   t h e   f i r s t   b a c k h a ul   s o l ut i o n ,   i t   i s   a s s um e d  t h a t   t h e   m a c r o c e l l   b a s e   s t a t i o n   i s   s i t u a t e d  w i t h i n  t h e   c e nt e r  o f   t h e   m a c r o c e l l ,   a n d   i t   i s   a s s um e d  t h a t   t h e   s m a l l   c e l l s   a r e   d i s t r i b ut e d  h o m o ge n o us l y   w i t h i n  t h e   m a c r o c e l l .   I n  t h e   m a s s i v e   M IM O ,   t h e   M a i n  b a s e   s t a t i o n  s i m ul t a n e o u s l y   us e s   a n  a nt e nn a   w i t h  a   f e w   h u nd r e d  b a s e   s t a t i o n   a n t e nna s .   H e r e ,   t h e   c o m b i na t i o n   o f   h uge   a v a i l a b l e   b a n dw i dt h  (i n  m i l l i m e t e r  W a v e   f r e que n c y   b a n ds )  a n d   h i g h  a nt e nna   ga i n s   t ha t   c a n  b e   a c h i e v e d  w i t h  m a s s i v e   M IM O   a nt e nna   a rra y s   e n a b l e s   t h e   e xpl o i t a t i o n   o f   s p a t i a l   do m a i n  D o F   f o r   t h e   fo r m a t i o n   o f   hi g h - r e s o l ut i o n  b e a m a s   a s   p r e s e n t e d  i n   F i gu r e   2 .   T h i s   i n  t u rn  e nh a n c e s   b e t t e r   s pe c t r a l   e f f i c i e n c y ,   c o m pa c t n e s s ,   i n c r e a s e d  r e l i a b i l i t y ,   a n d  i n c l us i v e   s y s t e m   c a pa c i t y .   T h e   c o n f i gura t i o n  o f   a l l   t h e   s m a l l   c e l l s   b a s e   s t a t i o n s   i s   do n e   us i ng   t h e   s a m e   t ra n s m i s s i o n  po w e r   a n d   c o ve r a ge .   I n  c o n v e n t i o n a l   c e l l ul a r   n e t w o r ks   t h a t   r e qui r e   t h e   de pl oy m e n t   o f   m i c r o c e l l s ,   a   h y b r i d  a r c h i t e c t ur e   i s   p r o v i de d  s o   a s   t o   e nh a n c e   t h e   de p l oy m e n t   o f   h o t s po t s   a n d  m i c r o c e l l s   s uc h  a s   pi c o c e l l s ,   f e m t o c e l l s .     2. 2 .      D i s tr i b u ti o n   ap p r o ac h   D ue   t o   t h e   h i g h   de m a n d   o f   t h e   m i l l i m e t e r   w a v e   c o m m u n i c a t i o n  t e c hn o l o gi e s   a l o n gs i de   t h e   m a s s i v e   m ul t i   i n put   o ut p ut   a n t e nna ,   t h e r e   i s   n e e d   f o r   t h e   de n s i f i c a t i o n  o f   s m a l l   c e l l s   i n  t h e   5G   w i r e l e s s   n e t w o r ks .   N e ve r t h e l e s s ,   i t   i s   s o   t r i c ky   fo r   t h e   b r o a db a nd   i nt e rn e t   o r  t h e   f i be r   l i n k   t o   f o r w a r d   t h e   b a c k h a u l   t ra f f i c   of   e a c h   s m a l l   c e l l   b a s e   s t a t i o n,   g i v e n   c ha l l e nge s   a s s o c i a t e d  w i t h   t h e   l o c a t i o n   a n d  c o s t   o f   de pl oy m e n t   i n   u r b a n   a r e a s .   W h e n   t h i s   w a s   c o m pa r e d  w i t h  t h e   c e n t ra l   a p p r o a c h,   i t   w a s   o b s e r v e d  t h a t   t h e r e   a r e   n o   m a i n  b a s e   s t a t i o n s   t hr o ugh  w h i c h  a l l   b a c kha ul   t r a f f i c   f r o m   s m a l l   c e l l s   c a n  b e   c o m b i n e d.   I n  a dd i t i o n  t o   t hi s ,   a l l   b a c k h a ul   t ra f f i c   i s   r e l a y e d   t o   c e r t a i n   s m a l l   c e l l s   b a s e   s t a t i o n s   a s m e n s i o n e d  i n  F i gu r e   3  .   It   i s   a s s u m e d  t ha t   a l l   t h e   s m a l l   c e l l s   b a s e   s t a t i o n s   a r e   d i s t r i b ut e d  h o m o ge n o us l y   w i t h i n  a   s pe c i f i c   s po t .   I n  o r de r  t o   e n a b l e   t h e   r e c e pt i o n  o f   t h e   w i r e l e s s   b a c k h a u l   da t a   t r a f f i c   f r o m   t h e   s m a l l   c e l l s   i n  t h e   m a c r o c e l l ,   t h e   c o n f i gu ra t i o n   o f   t h e   ga t e w a y   i s   do n e   a t   t h e   m a c r o c e l l   b a s e   s t a t i o n s   w h i c h  o f t e n   ha v e   s uff i c i e n t   s pa c e   f o r   t h e   i n s t a l l a t i o n  o f   m a s s i v e   M IM O   m i l l i m e t e r  w a v e   a n t e nn a s .     In  t h e   d i s t ri b ut i o n  a r c h i t e c t ur e   o f   ul t ra - de n s e   c e l l ul a r  n e t w o r ks ,   t h e   de pl oy m e n t   o f   m ul t i p l e   ga t e w a y s   a l l ow s   f l e xi b i l i t y   i n   t e rm s   o f   fo r w a r d i n g   t h e   b a c kha ul   t ra f f i c   i n t o   t h e   c o r e   n e t w o r k.   H e r e ,   t h e   de pl oy m e n t   o f   ga t e w a y s   i s   do n e   a t   m u l t i pl e   s m a l l   c e l l   b a s e   s t a t i o n s   i n  a c c o r da n c e   t o   t h e   r e qu i r e m e n t   o f   b a c kh a u l   t r a f f i c   a n d   ge o gra p h y   s c e n a r i o s .   T h e   a dj a c e n t   S B S s   e m pl oy s   t h e   us e   of   m i l l i m e t e r   w a ve   c o m m uni c a t i o n s   t o   r e l a y   t h e   b a c kha ul   t r a f f i c   of   a   S B S .   A l l   b a c k h a ul   t r a f f i c   f r o m   a dj a c e nt   S B S s   w i l l   b e   c oo pe r a t i v e l y   fo r w a r de d  t o   a   s pe c i f i e d  S B S   w h i c h  i s   c o nn e c t e d  t o   t h e   c o r e   n e t w o r k  b y   F T T C  l i n ks   a s   m e n t i o n e d .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       P e r f or m anc e   e v a l uat i on   of   w i r e l e s s   da t a   t r af f i c   i n  m m   w av e   m as s i v e   MIMO   … .   ( A hm e d   T ha i r   A l - H e e t y )   1345       F i gu r e   2 .   L o gi c a l   a r c h i t e c t ur e   o f   c e n t ra l - u l t ra - de n s e   n e t w o r ks       F i gu r e   3 .   L o gi c a l   a r c h i t e c t ur e   o f   di s t ri b ut i o n - ul t ra - de n s e   n e t w o r ks       3.   M ET H O D O L O G Y   T h e   s i m u l a t i o n  s t a r t s   t o   s i m ul a t e   t h e   e n e r gy   e ff i c i e n c y   of   bo t h  c o n f i gu r a t i o n s   u nde r  c h a ngi ng    t h e   m m w a v e   f r e que n c y   b a n d  t o   de t e rm i n e   t h e   e ff e c t   of   c h a ngi n g   f r e que n c y   b a n ds   o n   5G   b a c k h a u l i n g .     T h e   e ff e c t   of   c h a ngi n g  t h e   n u m b e r   o f   us e r s   i s   a l s o   s i m ul a t e d.   T h e   pe r f o r m a n c e   e v a l ua t i o n  o f   t h e   t w o   pr o pos e d   s y s t e m   c o n s i de r s   L O S   c o m m u n i c a t i o n   b e t w e e n   n o de s .   If   t he   s y s t e m   i s   c o n s i de r e d  L O S ,   a l l   c o m m u ni c a t i o n  b e t w e e n   n o de s   i s   L O S .   T h i s   c a n   i m p r o v e   t h e   s y s t e m   c a pa c i t y .   T h e r e   a r e   t w o   pe r fo r m a n c e   m e t r i c s   us e d  i n   t h i s   pa pe r,   t h e   f i r s t   o n e   i s   t h e   e n e r gy   e ff i c i e n c y   (E E ),   t h e   s e c o n d  o n e   i s   t h e   c a pa c i t y   of   w i r e l e s s   b a c kh a ul   (C ).   T h e   de s c r i pt i o n   o f   t h e s e   pa ra m e t e r s   i s   a s   f o l l ow s :     3. 1 .       C ap a c i t y  w i th   d e p l o ye d   s m al l   c e l l s   Ca pa c i t y   i s   a   m e a s u r e   o f   h o w   m a n y   i n f o r m a t i o n   b i t s   pe r  t i m e   u n i t   c a n  b e   t r a n s f e rr e d  w i t h o ut   e rr o r   ov e r   a   gi v e n  c ha nn e l .   =   2   ( 1 + ) .  W e   a r e   f o c us i n g   o n  t   t h e   c ha nn e l s   b e t w e e n   de pl oy e d  t ra n s m i t t e r s   a n d  r e c e i v e r s ,   t h e i r  r e s pe c t i v e   c a pa c i t i e s       =   2   ( 1 + )   (1)                 In s t e a d  t h e   S N R ,   w e   a ddi n g  a   s o   c a l l e d  i n t e r f e r e n c e   m a r gi n.   T h i s   t e rm   de s c r i b e s   h o w   m uc h    t h e   e xpe ri e n c e d  n o i s e   i n c r e a s e s   due   t o   i n t e r f e r e n c e .       =     = 2 ⁄ − 1   ,                                                                                                          = 10 10   ( 2 )     ,      = − −      (2)       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   3 ,  D e c e m be r   2 020   :     13 42   -   1 3 50   1346    =      (3)          ∴ =    ,  ∴ =        ,  ∴ =       F r o m   ( 2)  a n d   (3) ,   w h e r e   t r a n s m i t t e r       a nd  r e c e i v e r     i s   a n t e nna   ga i n s ,   w e   ge t     (n ) = −  (  ) + +   (4)     = ( , ) =   2   ( 1 + + ( , ) ) =   2   ( 1 + 10 ) ( , 10 ⁄   )       3. 2 .       En e r g y  E ffi c i e n c y   E xpe c t   f o r   t h e   b a c k h a u l   n e t w o r k  c a p a c i t y ,   t h e   b a c k h a ul   e ne r gy   e f f i c i e n c y   i s   a n o t h e r  ke y   c o n s t r a i n  pa r a m e t e r  w hi c h  r e s t r i c t   t h e   de n s i f i c a t i o n  o f   5G   ul t ra - de n s e   c e l l ul a r   n e t w o r ks .   E n e r gy   e ff i c i e n c y   de f i n i t i o n  f un c t i o n:   P   =   t ra n s m i t   po w e r ,   S N R ,  t h e   e n e r gy   w i l l   b e       ( ) = (  + )     [   ]   (5)       de pe n d   o n  P   o r   R           ∴ =       , ∴ =    F r o m   ( 1)  t h e   m o de l   o f   e n e r gy   e ff i c i e n c y     = ( , ) = (  + ∑ = 2 = ( , )   [   ]     ∑ = 2   =   T ra n s f e r   A m pl i f i e r   =  2 ( 1 + )     ∴ =      ℎ      ( 1 − − )  ,        ( 1 −  ( ) )   ,   W e   i n c l ude   ge n e ra l   f un c t i o n   o f   e ff i c i e n c y      ( )      =  ( ) (  =   ) = ( )  +     [   ] ⁄         T a b l e   1  s a m m u ri z e d  t h e   pa ra m e t e r s   us e d  i n  t hi s   c o m pa r i t i v e   s t ud y .   T h e r e   a r e   t w o   o pe r a t o r s   i n    t h e   s c e n a ri o   a s   m e n t i o n e d  a b ov e   n a m e d   by   C  a nd   E E   t o   pe r f orm   t o ge t h e r  a   c o gn e t i v e   n e t w o r k.   T h e   num b e r  o f  s a m a l l   c e l l s   i s   15   a n d   e n e r gy   e ff i c i e n c y   i s   28  us e d  a n d   c h a n ge d  t o   50   a n d   E E   38  G H z   t o   a l s o   m a ke   a   c o m pa r i s o n   b e t w e e n   t h e   e f fe c t   of   us i n g   t h e   t w o   t y p e s   o n   t h e   pe r f o r m a n c e   m e t r i c s   u nde r  s t udy . t h e   c ha nn e l   t y pe   i s   L O S .   T h e   c a rri e r  f r e que n c y   us e d  i s   t h e   38   G H z   t o   s a t i s fy   t h e   5G   r e qui re m e n t   a nd  m m w a v e   c o n c e pt .       T a b l e   1 .   S i m u l a t i o n  p a r a m e t e r s   a nd  v a l ue s   P a ra m e t e r s   V a l u e s   Ca rri e r   b a c k h a u l   fre q u e n c y   N u m b e r   o f  n o d e s   T ra n s m i s s i o n   a n t e n n a   o / p   p o w e r   A d v a n c e d   e l e m e n t   t ra n s m i s s i o n   a n t e n n a   g a i n   A d v a n c e   e l e m e n t   re c e i v e r  a n t e n n a   g a i n   N o i s e   f i g u r e   N u m b e r   o f  s u b s c ri b e r   Ba n d w i d t h   S p e c t ru m   e ff i c i e n c y   2 . 3 ,   3 8 ,   7 3   G H z   50   4 5 . 4   d Bm   2 4   d Bi   2 4   d Bi   9   d B   1 0 , 1 5 , 2 5   2 0   M H z   1 5 , 2 0 , 3 0   b i t / H z       4.   R ES U LTS   A N D   A N A L Y S I S   T h i s   s e c t i o n   gi v e s   t h e   s i m u l a t i o n  r e s ul t s   o f   t h e   pe r f o r m a n c e   e v a l ua t i o n  o f   t h e   t w o   a r c h i t e c t u r e s   pr o p o s e d  t h a t   m e n t i o n e d  i n  f i gu r e   2   a n d   3 .   I t   c o n s i s t s   o f   t w o   s e c t i o n s   t ha t   a r e   t ra n s a c t   w i t h  a l l   pe r f o r m a n c e   m e t r i c   m e n t i o n e d  i n   s e c t i o n   3   i n   o r de r  t o   m a ke   a   f ul l   o v e r v i e w   of   t h e   s m a l l   c e l l   de pl o y m e n t   i n   U D N   s y s t e m s .   H e r e ,   F i gu r e   4   s h o w s   Co n v e n t i o na l   a p p r o a c h,   t h e   e n e rgy   e ff i c i e n c y   b a c kh a ul   o f   ul t ra - de n s e   n e t w o r ks   w a s   a n a l y z e d,   c o n s i de r i ng  t h e   s m a l l   c e l l   ( ra d i o   a c c e s s   n o de s )  b a s e   ra di o   s t a t i o n   num b e r.   I n  a ddi t i o n,   t h e   s m a l l   c e l l   B S   o pe r a t i n g   po w e r ,   t h e   l i n e a r  f un c t i o n  o f   t h e   r a d i o   a c c e s s   no de s ,   a n d  B S   b a c k h a u l   t ra n s m i s s i o n  po w e r   w e r e   a l s o   c o n s i de r e d .   F i r s t l y ,   i t   w a s   o b s e r v e d  t ha t ,   a n  i n c r e a s e   o c c urr e d   i n  t h e   e n e r gy   e ff i c i e n c y   due   t o   t h e   i n c r e a s e   i n   t h e   n u m b e r   o f   ra d i o   a c c e s s   n o de s   b a s e   s t a t i o n .   S e c o n dl y ,   t h e   r a i s e   i n  t h e   n u m b e r   o f   f r e que n c y   b a n ds   w i t h   m a de   t h e   n u m b e r   o f   s m a l l   c e l l s   f i xe d,   t h e r e by   r e duc i n g  t h e   e n e r gy   e f f i c i e n c y   o f   w i r e l e s s   b a c kh a u l   n e t w o r ks .   It   w a s   c l e a r   t h a t   a   r e a l   g a p  e xi s t s   b e t w e e n   t h e   t hr e e   b a nds .   T h e   hi g h e s t   E E   v a l ue s   w i t h   50  n o de s   i s   6  M b / s   unde r  38  G H z   a nd  9   M b / s   u n de r  73   G H z .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       P e r f or m anc e   e v a l uat i on   of   w i r e l e s s   da t a   t r af f i c   i n  m m   w av e   m as s i v e   MIMO   … .   ( A hm e d   T ha i r   A l - H e e t y )   1347       F i gu r e   4 .   E n e r gy   e ff i c i e n c y   of   c o n v e n t i o na l   a p p r o a c h  w i t h   5 0  n o de s   o n l y       F i gu r e   5   a s   a n  i n c r e a s e   o c c ur s   i n  t h e   n u m b e r   o f   s m a l l   c e l l s   i n  t h e   d i s t r i b ut i o n  a p p r o a c h,   a   s i g ni f i c a n t   i n c r e a s e   o c c ur s   i n  t h e   e n e rgy   e ff i c i e n c y   of   b a c kh a ul   n e t w or ks .   I t   c a n  b e   ob s e r v e d  f r o m   t h i s   f i gu r e   t h a t   i n    th e   di s t ri b ut i o n  a p p r o a c h,   t h e   e n e r gy   e ff i c i e n c y   of   t h e   t hr e e   M i l l i m e t e r  w a v e   f r e que n c y   b a n ds   i s   a b o ut     t h e   s a m e   e s pe c i a l l y   a t   2. 3G H z ,   a n d   38   G H z ,   a n d   a pp r o a c h e s   500 0   M b / s   a t   50   n o de s .   I t   c a n  a l s o   b e   o bs e r v e d   t h a t   t h e   l o w e s t   v a l ue   f o r   e n e r gy   e f f i c i e n c y   b a c kh a u l   w a s   a b o ut   4200   M b / s   t hr o ug h  7 3  G H z .   T h e   e n e r g y   e ff i c i e n c y   of   t h e   73  G H z   b a n d  i s   l o w e r   t h a n  t ha t   o f   ot h e r s ,   b e c a us e   o f   t h e   de c r e a s e   t h a t   o c c ur s   i n    t h e   e f f i c i e n c y   of   e n e rgy   due   t o   t h e   i n c r e a s e   i n  f r e que n c y   t ha t   r e s ul t s   f r o m   t h e   h i g h  a t m o s p h e ri c   a t t e n u a t i o n  a s   t h e   f r e que n c y   b a n d   r a i s e .   T h e   ga s e s   t ha t   a r e   p r e s e nt   i n  t h e   a t m o s ph e r e ,   a b s o r b   t h e   h i g h  f r e que n c y   s i g n a l s .     In  a dd i t i o n   t o   t h i s ,   t h e y   h a v e   a   s h o r t   r a nge ,   a nd  a s   s uc h   e xpe ri e n c e   h i g h   a t t e n u a t i o n   t h a t   r e s ul t s   i n    t h e   r e duc t i o n  o f   t h e   r e c e i ve d  pow e r ,   t h e r e by   r e duc i n g   t h e   e n e r gy   e ff i c i e n c y .           F i gu r e   5 .   E n e r gy   e ff i c i e n c y   of   di s t ri b ut i o n  a pp r o a c h  w i t h   5 0  n o de s   o n l y       F i gu r e   6,   t h e   pe r f o r m a n c e   a na l y s i s   of   us i n g  di f f e r e n t   n u m b e r   o f   us e r s   (s ub s c r i b e r s )  i s   s t u di e d.     T h e   a i m   o f   t hi s   i s   t o   p r e s e n t   a   di s c us s i o n  o n  t h e   pe r f o r m a n c e   of   t h e   t w o   di f f e r e n t   a r c hi t e c t u r e s   i n  t e rm s   of  e n e r gy   e ff i c i e n c y .   F r o m   t h e   s i m u l a t i o n  r e s ul t s   p r e s e nt e d  i n  F i gur e   6,   i t   c a n   b e   o b s e r v e d  t h a t   a s   d i s t a n c e   i n c r e a s e   w i t h   f i xe d  n u m b e r   o f   n e t w o r k  us e r s ,   a   de c r e a s e   o c c ur s   i n   t h e   e n e r gy   e f f i c i e n c y   of   w i r e l e s s   b a c kh a ul   n e t w o r ks .   T h e   e f f i c i e n c y   o f   e n e r gy   i s   de pe n de n t   o n   t h e   n u m b e r  o f   us e r s .   A s   t h e   n u m b e r   s ub s c r i b e r s   r e duc e s   w i t h  a   f i xe d  di s t a n c e   o f   a r e a ,   a n  i n c r e a s e   o c c ur s   i n  t h e   e n e r gy   e ff i c i e n c y   of   b a c kh a u l   n e t w o r ks .   T h e   r e s ul t   p r e s e nt e d  i n  t h i s   f i gur e ,   s h o w s   t h e   v a l ue   o f   e n e r gy   e ff i c i e n c y   of   3000  M b / s   w a s   a c h i e v e d  w h e n  n u m b e r   o f   us e r s   i s   1 0  s ub s c r i b e r s   a n d  t h e   d i s t a n c e   o n l y   50  m e t e r s ,   t h e n   w h e n   t h e   num b e r   o f   s ub s c r i b e r s   i n c r e a s e d  t o   25  w i t h   t h e   s a m e   n um b e r  of   di s t a n c e ,   t h e   e n e r gy   e ff i c i e n c y   be c a m e   500M b / s .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   3 ,  D e c e m be r   2 020   :     13 42   -   1 3 50   1348       F i gu r e   6 .   V a r i a t i o n   o f   e n e r gy   e ff i c i e n c y   ve r s us   n u m b e r   o f   us e r s   i n  c o n v e n t i o na l   a pp r o a c h       I n  t h i s   F i gu r e   7 ,   t h e   c o rr e l a t i o n  b e t w e e n   t h e   e n e r gy   e ff i c i e n c y   of   w i r e l e s s   b a c kh a u l   n e t w o r ks   a n d   di s t a n c e   w i t h  n u m b e r   o f   us e r s   i n  Co n v e n t i o n a l   a r c h i t e c t ur e   i s   h i g hl i g ht e d.   I t   c a n  b e   c l e a r l y   s e e n   t ha t     t h e   num b e r   o f   us e r s   w i t h   f i xe d  di s t a n c e   r e s ul t s   i n   t h e   de c r e a s e   i n   t h e   e n e r gy   e ff i c i e n c y .   T h e   s i m ul a t i o n   pe r f o r m a n c e   pe r f o r m e d   u n de r   100   m e t e r s .   T h e   r e s ul t s   s h o w e d  t ha t   t h e   h i g h e s t   v a l ue   o f   e n e r gy   e ff i c i e n c y   a t   110  M b / s   w i t h  30  m e t e r s   w a s   a c h i e v e d  f o r   25  s ub s c r i b e r s .           F i gu r e   7 .   V a r i a t i o n   o f   e n e r gy   e ff i c i e n c y   ve r s us   n u m b e r   o f   us e r s   i n  d i s t ri b ut i o n  a p p r o a c h       F r o m   t h e   F i gu r e   8   a nd   F i gu r e   9,   i t   c a n  b e   o b s e r v e d  t h a t   t h e   c a pa c i t y   of   t h e   w i r e l e s s   b a c kha ul   n e t w o r ks   i s   a f f e c t e d  by   t h e   n u m b e r   o f   s m a l l   c e l l s   i n  t h e   a r c hi t e c t u r e ,   c o n s i de ri n g   t h e   t hr e e   di f f e r e n t   s pe c t r um   e f f i c i e n c y   (15,   20,   30)   b i t / H z .   A s   a n  i n c r e a s e   o c c ur s   i n  t h e   num b e r  o f   s m a l l   c e l l s   w i t hi n  t h e   Co n v e n t i o n a l   a r c hi t e c t u r e ,   a n  i n c r e a s e   a l s o   o c c ur s   i n  t h e   b a c k h a u l   c a pa c i t y .   T h e   f i gu r e   c l e a rl y   s h o w s   t ha t   w i t h  50   S b s ,     t h e   h i g h e s t   v a l ue   o f   w h i c h  w a s   o b t a i n e d   w a s   a b o ut   27   G b ps   w h e n   t h e   s pe c t r u m   e f f i c i e n c y   w a s   30   b i t / H z .   A l s o ,   w i t h  t h e   s a m e   n u m b e r  o f   S B s ,   a n d   w i t h   15   b i t / H z   t h e   ob t a i n e d  c a pa c i t y   w a s   3G b ps .   T h i s   s h o w s   t ha t     t h e   r o l e   o f   t h e   s pe c t r um   e f f i c i e n c y   i n   t h e   c e nt r a l   a r c h i t e c t u r e   i s   c r uc i a l ,   a nd  a s   s uc h ,   c a nn o t   b e   unde r e s t i m a t e d.   O n  t h e   o t h e r   ha n d ,   t h e   F i g u r e   9  s h o w s   t ha t   f o r   d i s t r i b ut i o n   a r c h i t e c t ur e ,   a n   e xpo n e nt i a l   i n c r e a s e   o c c ur s   i n   t h e   b a c kh a u l   c a pa c i t y   w h e n   t h e r e   i s   a n   i n c r e a s e   i n  t h e   n u m b e r   o f   s m a l l   c e l l s .   A l s o ,   w i t h   a   f i xe d  a m o u n t   o f   s m a l l   c e l l s ,   a n  i n c r e a s e   o c c ur s   i n   t h e   b a c k h a u l   c a pa c i t y   a s   t h e   s pe c t r u m   e f f i c i e n c y   of   s m a l l   c e l l s   i n c r e a s e s .   It   w a s   ob s e r ve d  t ha t   t h e   h i g h e s t   v a l ue   r e a c h e d  t o   3500  G b ps .   T hi s   i m pl i e s   t h e   p r e s e n c e   of   s pe c t r u m   e f f i c i e n c y   ga ps   i n   1 5,   20 ,   3 0  b i t / H z .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       P e r f or m anc e   e v a l uat i on   of   w i r e l e s s   da t a   t r af f i c   i n  m m   w av e   m as s i v e   MIMO   … .   ( A hm e d   T ha i r   A l - H e e t y )   1349       F i gu r e   8 .   T h e   b a c k h a u l   n e t w o r k  c a p a c i t y   a gi n s t   t h e   n u m b e r   o f   s m a l l   c e l l   f o r  c o n v e n t i o na l   a pp r o a c h           F i gu r e   9 .   T h e   b a c k h a u l   n e t w o r k  c a p a c i t y   a gi n s t   t h e   n u m b e r   o f   s m a l l   c e l l   f o r  d i s t ri b ut i o n  a pp r o a c h       5.   C O N C LU S I O N     In  t hi s   a rt i c l e ,   t h e   M a s s i v e   M IM O ,   m i l l i m e t e r   w a v e   c o m m uni c a t i o n s ,   a n d   s m a l l   c e l l s   t e c hn o l o gi e s   w e r e   c o n s i de r e d  f o r   t h e   r e a l i z a t i o n  o f   G i ga b i t   t ra n s f e r e n c e   r a t e   i n   ( 5G )  n e t w o r ks .   I n  a dd i t i o n,     th e   pe r f o r m a n c e   o f   di s t r i b ut e d  a nd  Co n v e n t i o n a l   a r c hi t e c t u r e   us e d  w i t h   s m a l l   c e l l   c o m m u ni c a t i o n   t e c hn o l o gi e s   a n d  m i l l i m e t e r   w a v e   (m m )   m a s s i v e   M IM O   a n t e nna s   i n  u l t r a - de n s e   c e l l ul a r   n e t w o r ks ,   w a s   e v a l ua t e d  a n d  di s c us s e d.   A   c o m pa ri s o n   b e t w e e n   t h e   e n e r gy   e ff i c i e n c y   o f  w i r e l e s s   b a c kh a u l   n e t w o r ks   a n d  t h a t   o f   o t h e r   n e t w o r k  a r c hi t e c t u r e s   w a s   c a rri e d  o ut .   B a s i c a l l y ,   t h e   us e   o f   t h e s e   t w o   a r c hi t e c t u r e s   i s   w i de l y   e m pl oy e d  i n  t h e   de ve l o pm e n t   o f   f i f t h   ge n e r a t i o n  s y s t e m s   w i t h  t h e   a i m   o f   i n c r e a s i ng   t h e   c a pa c i t y   a n d   t h e   e n e r g y   e ff i c i e n c y   of  t h e   e n t i r e   s y s t e m .   B a s e d  o n   t h e   r e s ul t s ,   t h e   e n e r gy   e ff i c i e n c y   of   t h e   di s t ri b ut i o n   a p p r o a c h   i s   h i g h e r   a s   c o m pa r e d  t o   t h a t   o f   t h e   Co n v e n t i o n a l   a pp r o a c h   i n   5G   m o b i l e   n e t w o r ks .   W i t h   hi g h  b a n dw i dt h,   t h e   c a p a c i t y   of   t h e   m o b i l e   n e t w o r ks   i s   s i g ni f i c a nt l y   i n c r e a s e d .       R EF ER EN C ES     [ 1]   M .   K h a t u n,   C .   G uo ,   D .   M a t o l a k ,   a n d  H .   M e hr po u y a n,   “ I ndoo r   a nd   o ut do o r   pe ne t r a t i o n  l o s s   m e a s ur e m e n t s   a t   73   a nd   81  G H z , ”   20 19   I E E E   G l ob .   C om m un .   C o nf .   G L O B E C O M   20 19   -   P r oc . ,   no .   J u l y ,   2019 .   [ 2]   ;   a nd   C r i s t i a no @uf s j . e du . br ,   “ M M   -   w a v e   ba c kha ul i ng   f o r   5g   s m a l l   c e l l s , ”   v o l .   8 ,   no .   M a y ,   2019 .   [ 3]   I .   M .   A l - j o bo ur y   a nd   E .   H .   A l - he m i a r y ,   “ P e r f o r m a nc e   A na l y s i s   o f   I nt e r ne t   o f   T hi ng s   P r o t o c o l s   B a s e d   F o g   /   C l o ud  o v e r   H i g h  T r a f f i c , ”   v o l .   10 ,   no .   M a r c h,   pp .   1 76 – 1 81 ,   2 018 .   [ 4]   M .   K ha t un ,   C .   G uo ,   L .   M o r o ,   D .   M a t o l a k ,   a nd   H .   M e hr po u y a n,   M i l l i m e t e r - W av e   P at h  L os s   a t   7 3  G H z   i n  I ndo or   and   O ut do or   A i r po r t   E nv i r onm e nt s .   20 19.   [ 5]   A .   M o r g a do ,   K .   M .   S .   H uq ,   S .   M um t a z ,   a nd  J .   R o dr i g ue z ,   “ A   s ur v e y   of   5G   t e c hno l o g i e s :   r e g ul a t o r y ,   s t a nd a r di z a t i o n  a nd  i n dus t r i a l   pe r s p e c t i v e s , ”   D i gi t .   C om m u n.   N e t w or k s ,   v o l .   4 ,   no .   2,   pp .   87 – 9 7,   20 18.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   3 ,  D e c e m be r   2 020   :     13 42   -   1 3 50   1350   [ 6]   M .   O l y a e e ,   M .   E s l a m i ,   a nd   J .   H a g hi g ha t ,   “ P e r f o r m a nc e   o f   m a xi m um   r a t i o   c o m bi ni ng   o f   f l uc t ua t i ng   t w o - r a y   ( F T R )   m m W a v e   c ha nne l s   f o r   5G   a nd  be y o nd  c o m m uni c a t i o n s , ”   T r ans .   E m e r g.   T e l e c om m un .   T e c hno l . ,   v o l .   30,   no .   10,   pp .   1 – 14 ,   2019 .   [ 7]   T .   L e e ,   S .   P a r k,   H . - S .   K i m ,   a n d  S .   B a hk ,   “ S o undi ng   r e s o ur c e   m a na g e m e n t   f o r   Q o S   s u ppo r t   i n  m a s s i v e   M I M O   s y s t e m s , ”   C om p ut .   N e t w or k s ,   v o l .   70,   p p.   14 2 – 15 3,   20 14 .   [ 8]   J .   G uo ,   N .   L i ,   Z .   J i a ng ,   S .   L i u,   a n d  P .   C h e n,   “ S y s t e m - l e v e l   E v a l ua t i o n  o n  P r a c t i c a l   M a s s i v e   M I M O   D e p l oy m e nt   S c e na r i o s   f o r   5G , ”   201 9  I E E E   5t h  I n t .   C on f .   C om pu t .   C om m un .   I C C C   201 9 ,   pp .   993 – 998 ,   201 9.   [ 9]   H .   H a bi bz a d e h ,   T .   S o y a t a ,   B .   K a n t a r c i ,   A .   B o uke r c he ,   a nd   C .   K a p t a n,   “ S e n s i ng ,   c o m m uni c a t i o n  a nd   s e c u r i t y   pl a ne s :   A   ne w   c ha l l e ng e   f o r   a   s m a r t   c i t y   s y s t e m   de s i g n , ”   C om pu t .   N e t w or k s ,   v o l .   1 44,   p p.   16 3 – 20 0,   20 18.   [ 10]   A .   G o pa l a s i ng ha m   e t   al . ,   “ S o f t w a r e - D e f i ne d   m o bi l e   ba c kha ul   f o r   f ut u r e   T r a i n  t o   g r o und  C o m m uni c a t i o n   s e r v i c e s , ”   i n  2016   9 t h   I F I P   W i r e l e s s   a nd   M obi l e   N e t w or k i ng   C on f e r e nc e   ( W M N C ) ,   20 16,   p p.   16 1 – 16 7.   [ 11]   C .   F .   D .   F e l i pe   A .   P .   d e   F i g ue i r e do ,   E .   R .   d e   L i m a ,   a n d    a nd  G .   F r a i d e nr a i c h,   “ C a pa c i t y   B o unds   f o r   D e ns e   M a s s i v e   M I M O   i n   a   L i ne - of - S i g ht   P r o pa g a t i o n  E nv i r o nm e nt , ”   s e n s o r s ,   v o l .   20,   pp .   1 – 2 4,   20 20.   [ 12]   F .   A r a b i a n ,   W .   H a r r i s o n,   C .   J o s e ph s o n,   E .   P e r r i ns y ,   a nd   M .   R i c e ,   “ O n  pe a k - to - a v e r a g e   po w e r   r a t i o   o pt i m i z a t i o n  f o r   c o de d  A P S K , ”   P r oc .   I n t .   Sy m p.   W i r e l .   C om m un .   Sy s t . ,   v o l .   201 8 - A ug us ,   no .   4 ,   pp .   1 – 6 ,   2018 .   [ 13]   N. - S .   V o ,   T .   Q .   D uo ng ,   M .   G u i z a ni ,   a nd   A .   K o r t un ,   “ 5G   O p t i m i z e d  C a c hi ng   a nd   D o w nl i n k  R e s o ur c e   S h a r i ng   o r   S m a r t   C i t i e s , ”   I E E E   A C C E SS ,   v o l .   6 ,   pp.   3 1457 – 314 68 ,   2 018 .   [ 14]   M .   H .   A l s ha r i f   a n d  R .   N o r di n,   “ E v o l ut i o n   t o w a r d s   f i f t h   g e ne r a t i o n  ( 5G )   w i r e l e s s   ne t w o r ks :   C ur r e n t   t r e nds   a nd   c ha l l e ng e s   i n  t he   de p l o y m e nt   o f   m i l l i m e t r e   w a v e ,   m a s s i v e   M I M O ,   a nd  s m a l l   c e l l s , ”   T e l e c om m un .   S y s t . ,   v o l .   6 4,   no .   4,   pp .   617 – 637 ,   2017 .   [ 15]   A .   S a l l e h,   C .   C .   Y a ng ,   T .   A l a m ,   M .   S .   J .   S i ng h,   M .   S a m s uz z a m a n ,   a nd   M .   T .   I s l a m ,   “ D e v e l o pm e n t   o f   M i c r o w a v e   B r a i n  S t r o ke   I m a g i ng   S y s t e m   us i ng   M u l t i p l e   A nt i po da l   V i v a l di   A nt e nna s   B a s e d  o n  R a s pb e r r y   P i   T e c hno l o g y   D e v e l o pm e nt   o f   M i c r o w a v e   B r a i n  S t r o ke   I m a g i ng   S y s t e m   us i ng   M ul t i pl e   A nt i po da l   V i v a l d i   A nt e nna s   B a s e d   o n  R a s pb e r r y   P i   T e c hno l o gy , ”   J .   K e j ur ut e r . ,   v o l .   32 ,   no .   F e br u a r y ,   p .   1 1,   202 0.   [ 16]   T .   T a l e b ,   M .   B a g a a ,   a n d  S .   N a a s ,   “ S c he du l e d   C o m m uni c a t i o ns   i n   N e xt   G e n e r a t i o nm o bi l e   N e t w o r ks , ”   i n   2 018   I E E E   G l oba l   C om m un i c a t i ons   C on f e r e nc e   ( G L O B E C O M ) ,   20 18 ,   p p.   1 – 6.   [ 17]   A .   L .   R e z a a ba d,   H .   B e y r a nv a nd ,   J .   A .   S a l e hi ,   a nd   M .   M a i e r ,   “ U l t r a - D e ns e   5G   S m a l l   C e l l   D e pl o y m e nt   f o r   F i b e r   a n d  W i r e l e s s   B a c kha u l - A w a r e   I nf r a s t r uc t u r e s , ”   I E E E   T r a ns .   V e h .   T e c h n ol . ,   v o l .   6 7,   no .   12 ,   pp.   1 2231 – 122 43 ,   2 018 .   [ 18]   M .   T .   I s l a m ,   M .   A .   U l l a h ,   T .   A l a m ,   M .   J .   S i ng h,   a nd   M .   C ho ,   “ M i c r o w a v e   i m a g i ng   s e n s o r   us i ng   l o w   p r o f i l e   m o di f i e d  s t a c ke d  t y pe   pl a na r   i nv e r t e d   F   a n t e nna , ”   Se ns o r s   ( Sw i t z e r l and) ,   v o l .   18 ,   no .   9 ,   pp .   1 – 14 ,   201 8.   [ 19]   N .   P .   K u r uv a t t i ,   H .   M .   M u t a b a z i ,   a n d  H .   D .   S c ho t t e n,   “ E xpl o i t i ng   M o bi l i t y   C o nt e xt   A w a r e n e s s   i n  C e l l ul a r   N e t w o r ks   f o r   A s s i s t i ng   V e h i c ul a r   U s e   C a s e s , ”   i n   2018   I E E E   8 8t h   V e h i c u l ar   T e c hnol o gy   C on f e r e nc e   ( V T C - F al l ) ,   20 18,   pp.   1 - 7.   [ 20]   A .   S .   A r i f i n ,   “ C a pa c i t y   A na l y s i s   f o r   H y br i d   B e a m f o r m i ng   M I M O   C h a nne l   u s i ng   D i s c r e t e   C o s i ne   T r a n s f o r m   a nd  A nt e nna   S e l e c t i o n, ”   202 0  I n t e r na t i o nal   C o nf e r e nc e   on   Sm a r t   T e c hn ol og y   and   A pp l i c a t i ons   ( I C oST A ) ,   2020 ,   pp .   1 - 4.   [ 21]   K .   C he n ,   T .   Z h a ng ,   R .   D .   G i t l i n ,   a nd   G .   F e t t w e i s ,   “ U l t r a - L o w   L a t e n c y   M o bi l e   N e t w o r k i ng , ”   I E E E   N e t w . ,   v o l .   3 3,   no .   2,   pp .   181 – 187 ,   2019 .   [ 22]   Y .   K ho ur d i   a nd  M .   B a ha j ,   B i g   D at a  an d  Sm a r t   D i g i t al   E nv i r onm e nt ,   v o l .   53 .   S pr i ng e r   I nt e r na t i o na l   P ub l i s hi ng ,   20 19.   [ 23]   F .   Z .   H . - A .   E l a bb a d i ,   “ 5G   N e t w o r k  C o ns t r uc t i o n  i n  D e ns e   U r ba n  E nv i r o nm e nt :   R a ba t - A g da l   c a s e   s t udy , ”   i n   C onf e r e nc e :   B D I oT ’ 19 :   T he   4 t h   I n t e r na t i ona l   C onf e r e nc e   O n   B i g  D at a   and   I nt e r ne t   o f   T hi ngs ,   201 9.   [ 24]   P .   P o r a m b a g e ,   J .   O kw u i b e ,   M .   L i y a na g e ,   M .   Y l i a n t t i l a ,   a nd   T .   T a l e b,   “ S ur v e y   o n  M ul t i - A c c e s s   E dg e   C o m put i ng   f o r   I nt e r ne t   o f   T hi ng s   R e a l i z a t i o n, ”   I E E E   C om m un.   S ur v .   T u t or i a l s , v o l .   20,   no .   4 ,   pp.   2 961 – 2991 ,   201 8.   [ 25]   F .   S a c c a r di   e t   a l . ,   “ S t a t u s   a nd  N e w   C h a l l e ng e s   i n  P e r f o r m a nc e   T e s t i ng   o f   W i r e l e s s   A ut o m o t i v e   C o m m uni c a t i o n  S y s t e m s , ”   i n   201 8  I E E E   M T T - S  I n t e r na t i o nal   C on f e r e nc e   on  M i c r o w av e s   f or   I n t e l l i ge nt   M ob i l i t y   ( I C M I M ) ,   201 8,   pp .   1 – 4.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.