Kablosuz İletişimde 4G Devrimi

3G’den kat kat hızlı olan 4G, verimlilik açısından da büyük artılara sahip. 4G’nin temel hedeflerinden biri, daha düşük bantgenişliği kullanarak daha çok veriyi daha hızlı bir şekilde iletmek. Gelin bu teknolojiyi ve getireceği yenilikleri birlikte inceleyelim.

4G Teknolojisi

3G teknolojisinin ardılı olan 4G, telekomünikasyonda dördüncü nesil kablosuz iletişim standardıdır ve kablosuz USB modem desteği olan dizüstü bilgisayarlar, akıllı telefonlar ve diğer mobil cihazlar için kablosuz internet erişimi sağlar. 4G’nin muhtemel kullanım alanları arasında mobil internet erişimi, internet üzerinden sesli görüşme, oyun servisleri, yüksek çözünürlüklüklü mobil televizyon, görüntülü konferans ve 3D (üç boyutlu) televizyon sayılabilir.

4G Standardının Tanımlanması

Uluslararası Telekomünikasyon Birliği Radyo İletişim Birimi (ITU-R), 2008 yılının Mart ayında 4G standardını tanımlamak bir teknik şartname hazırladı. Gelişmiş Uluslararası Mobil İletişim (IMT-Advanced) adı verilen bu şartnameye göre,  4G olarak kabul edilecek mobil iletişim sistemlerinin şu kriterlere sahip olması  gerekiyor:

• Maksimum hız, yüksek hızlı mobil iletişimde 100 Mbit/s, yavaş veya durağan mobil iletişimde 1 Gbit/s
• 5 ila 20 MHz (tercihen 40 MHz) aralığında ayarlanabilir bantgenişliği
• IP bazlı paket anahtarlamalı ağ uyumluluğu
• Daha fazla eşzamanlı kullanıcıya hizmet verebilme kapasitesi
• Türdeş olmayan ağlar arasında kolay geçiş
• Gelecek nesil çoklu ortam destekleyicileri için yüksel kalitede hizmet
• Spektral bağlantı hızı, indirilen bağlantılarda 15 bit/s/Hz, gönderilen bağlantılarda 6.75 bit/s/Hz
• Spektral sistem hızı, indirilen bağlantılarda 2.25 bit/s/Hz/hücre, gönderilen bağlantılarda 3 bit/s/Hz/hücre

4G Sistem Standartları

4G standardı için şimdiye kadar geliştirilen sistemler şunlardır:

Sonlandırılan Versiyonlar

• UMB (Ultra Mobil Genişbant)
• Flash OFDM
• iBurst ve MBWA (IEEE 802.20)

4G Nedir? LTE Nedir? İşte 4G ile LTE’nin Farkı ve Yanlış bilinenler…

4G’ye aday gösterilen standartlardan iki tanesi sonradan ticari kullanıma açılarak piyasaya sürüldü. Bunlar Güney Kore çıkışlı Mobile WiMAX (Dünya Çapında İşbirliğiyle Mikrodalga Erişimi) ile İskandinavya çıkışlı LTE (Uzun Süreli Evrim) idi. Bu versiyonlar 1Gbit/s’lik bit hızının çok altında kaldıkları için Gelişmiş IMT şartlarına uygun değillerdi, bu nedenle kimilerince pre-4G olarak adlandırıldılar. Fakat servis sağlayıcılarının bu standartları 4G etiketiyle piyasaya sürmesi kafa karışıklığına yol açtı. ITU-R’nin 6 Aralık 2010’da yaptığı açıklamayla bu iki standart, Gelişmiş IMT’ye uygun olan sürümlerin ilk adımları olmaları nedeniyle 4G olarak kabul edildi.

• Mobile WiMAX (IEEE 802.16e): Intel, Motorola ve Samsung tarafından ortaklaşa geliştirilen ve WiBro olarak da bilinen Mobile WiMAX standardının bit hızı, 20 MHz’lik kanal üstünde indirme için 128 Mbit/s, gönderme için 56 Mbit/s’tir.

Mobile WiMAX servisi, dünyada ilk defa KT tarafından Ha<iran 2006’da Seoul’da piyasaya sürüldü.

Amerikalı GSM operatörlerinden Sprint Nextel, 29 Haziran 2008 itirabiyle Mobile WiMAX servisi sağlamaya başladı.

Rus telekomünikasyon firmalarından Yota da Rusya, Belarus ve Nikaragua’da 4G adıyla Mobile WiMAX hizmeti veriyor.

• 3GPP LTE: 3. Jenerasyon Ortaklık Projesi (3GPP) tarafından geliştirilen LTE standardı, 20 MHz’lik kanal üstünde indirme için 100 Mbit/s, gönderme için 50 Mbit/s bit hızına sahip. Bu değerler MIMO anten dizileriyle desteklenerek artırılabiliyor. Bu standardın güncel sürümü olan 3GPP Sürüm 8’in download hızı 300 Mbit/s.

LTE servisi dünyada ilk defa 14 Aralık 2009’da Stockholm ve Oslo’da piyasaya sürüldü.

Amerikan GSM operatörlerinden MetroPCS, Verizon ve AT&T, LTE hizmeti veriyor. Sprint Nextel de yakın zamanda WiMAX’ten LTE’ye geçmeyi planlıyor.

Güney Kore’de ise SK Telecom ve LG U+, 1 Temmuz 2011’den itibaren LTE servisi vermeye başladı.

Gelişmiş IMT (IMT-Advanced) Kriterlerine Uygun Versiyonlar

Eylül 2009’da ITU’ya yapılan başvurularda 4G’ye aday gösterilen sistemler, temelde iki standarda dayanıyordu. Bunlar Gelişmiş LTE ve Gelişmiş WirelessMAN idi ve her ikisi de Gelişmiş IMT Standardı olarak kabul edildi.

• Gelişmiş LTE (LTE Advanced):

LTE’nin geliştirilmiş versiyonu olan ve LTE’ye güncelleme olacak şekilde tasarlanan bu sürüm, 3GPP tarafından 2009 sonbaharında ITU’ye gönderildi.

Gelişmiş LTE’nin, ekstra spektrum ve çoklama özellikleri sayesinde daha yüksek veri hızına ulaşması, Koordineli Çoklu Nokta Aktarımı sayesinde de sistem kapasitesinin artan veri hızıyla daha kolay başa çıkması hedefleniyor.

2013 yılında hazır hale gelmesi beklenen Sürüm 10’un, Gelişmiş IMT şartnamesinin 1 Gbit/s hız kriterini yakalayacağı öngörülüyor.

• Gelişmiş WirelessMAN (WirelessMAN-Advanced/Mobile WiMAX Sürüm 2/IEEE 802.16m)

Mobile WiMAX’in ikinci sürümü olan Gelişmiş WirelessMAN’ın yapım aşaması devam etmektedir. Belirlenen hedef, Gelişmiş IMT kriterlerinden biri olan 1 Gbit/s’lik sabit bit hızı ile 100 Mbit/s’lik mobil bit hızına ulaşabilmektir.

Teknik Donanım

• Temel Özellikler

4G’ye aday gösterilen tüm sistemlerde bulunan ortak özellikleri şöyle sıralayabiliriz:

• MIMO (Çok girişli çok çıkışlı anten sistemi): Yüksek spektral verim elde etmek ve iletişim kalitesini artırmak için hem alıcıda hem vericide birden fazla anten bulunması
• Kanala bağlı programlama
• Bağlantı adaptasyonu
• Mobilite için mobil IP değerlendirmesi
• IP bazlı küçük hücresel baz istasyonu

4G, önceki jenerasyonlardan farklı olarak, sadece IP bazlı iletişimi destekliyor. Bunun yanı sıra 4G’de, 3G sistemlerin Yayılma Spektrumlu Radyo Teknolojisi yerine Çok Taşıyıcılı İletişim ve Frekans Alanı Eşitleme şemaları kullanılıyor; bu da ekoya neden olan çok yollu yoğun radyo yayılımlarının etkisini azaltarak oldukça yüksek oranda veri taşımayı mümkün kılıyor. Maksimum veri taşıma hızı, MIMO sistemiyle artırılabiliyor.

• Geliştirilmiş Çoklama ve Erişim Şemaları

Son zamanlarda geliştirilen erişim şemaları, yeni nesil teknolojiler için gittikçe önem kazanıyor. Bu şemalar, bantgenişliği kontrolünü, spektrum oluşumunu ve alıcı tarafında yapılacak eşitlemeyi oldukça kolay bir hale getiriyorlar.

• IPv6 desteği

4G, devre anahtarlamalı ve paket anahtarlamalı olmak üzere iki paralel altyapı kullanan 3G’nin aksine, sadece paket anahtarlama kullanacak, ki bu da veri alışverişinde gecikme süresini (lag) kısaltacak. IP adreslerinin sayısının artmasıyla, sınırlı sayıda adresin çok sayıda cihaz arasında paylaştırılmasını sağlayan bir yöntem olan Ağ Adres Çevrimi’ne ihtiyaç kalmayacak.

• Gelişmiş Anten Sistemleri

Radyo iletişiminin kalitesi anten sistemiyle yakından ilişki olduğundan, 4G sistemlerinin hedeflediği yüksek hızda, yüksek güvenlikli uzun mesafe iletimini gerçekleştirebilmek için son zamanlarda çeşitli çoklu anten teknolojileri geliştiriliyor. Artan veri hızına uyum sağlayabilmek için geliştirilen pek çok aktarım şemasından biri olan Üç Boyutlu Çoklama, verimli bantgenişliği kullanımı ve güç tasarrufuyla dikkat çekiyor. Üç Boyutlu Çoklama şemasında, hem alıcıda hem vericide birden fazla anten bulunuyor ve bu antenlerden birbirinden bağımsız çok sayıda veri akışı aynı anda gerçekleştirilebiliyor. MIMO adı da verilen bu yöntem, temel veri hızını alıcı ve verici anten sayısı kadar artırıyor.

• Açık Kablosuz Mimari ve Software Tanımlı Radyo Teknolojisi

4G’nin kilit özelliklerinden biri olan Açık Kablosuz Mimari, açık bir yapısal platformda birden fazla kablosuz hava arayüzünü destekliyor.

Dünyada 4G

4G’nin pek çok ülkede ticari olarak hizmete girmesiyle 4G destekli cihaz sayısında da büyük bir artış yaşandı ve 4G destekli akıllı telefon ve tablet sayısı katlanarak arttı. Tüm dünyada 20’den fazla operatör 4G hizmeti verirken, 200’ün üstünde operatör de LTE’ye yatırım yapıyor. Çeşitli hız testleriyle kimin 4G hizmetinin daha iyi olduğu belirlenmeye çalışılıyor.

Ne var ki günümüzde kullanılan 4G’nin Gelişmiş IMT kriterlerine uymadığını ve dolayısıyla gerçek 4G teknolojisi olmadığını daha önce belirtmiştik. Gerçek 4G’nin ortaya çıkmasına da nereden baksak en az bir yıl var. Fakat 2000 yılında kabul edilen 3G standardının ülkemize 2009 yılında geldiğini göz önünce alarak beklentileri şimdilik çok yüksek tutmamakta yarar var diye düşünüyoruz.