Yusuf Salih Gurbet: 5G Teknolojisinin Gelişim Süreci
Teknoloji insanlık tarihinin ilk dönemlerinden bu yana insanoğlunun ihtiyaçları doğrultusunda sürekli olarak gelişim göstermiş olup bu gelişimini günümüzde de sürdürmektedir. İnsanoğlunun en temel ihtiyaçlarından biri olan haberleşme de bu gelişim sürecinden önemli ölçüde etkilenmiştir. İnsanlık tarihindeki haberleşme yöntemlerinden biri olan duman ile haberleşme insanoğlunun birbiriyle iletişim kurmasını sağlayan ilk yöntemlerden biridir. Diğer yöntemlere örnek olarak ağaçlara vurarak haberleşme, güvercin ile haberleşme, mektup ile haberleşme, ulak ile haberleşme gibi yöntemler sayılabilir. Sonrasında 1876 yılında Alexander Graham Bell tarafından icat edilen telefon ise haberleşme teknolojilerinde bir devrim niteliği taşımaktadır. 1897 yılında ise Guglielmo Marconi telsiz telgrafı icat ederek kablosuz haberleşmenin ve bu süreci mobil telefonların takibiyle hücresel haberleşme teknolojilerinin temelleri atılmıştır. Bu temelin atılmasıyla hücresel haberleşme günden güne tüm dünyada hızla yaygınlaşmaya başlamıştır. Bunun nedenleri olarak; telefonların boyutlarının küçülerek insanlar tarafından daha kolay taşınmasına olanak sağlaması ve önceki teknolojilere göre düşük maliyetli olması öne sürülebilir. Hücresel haberleşmenin ilk versiyonlarında alıcıdan vericiye iletim ortamı üzerinde yalnızca ses verisi gönderilebiliyorken son versiyonlarla birlikte iletim ortamı üzerinden yazılı mesaj, ses kaydı, resim veya müzik gibi multimedya verileri de gönderilebilmektedir. Bu gelişmeler hücresel haberleşmenin insanlar arasındaki popülerliğini daha da artırmış ve hücresel haberleşme teknolojisinin gelişim süreci hızlanmıştır.
Bu yazıda hücresel haberleşme teknolojileri, sıfırıncı nesilden beşinci nesle kadar olan teknolojik detaylar irdelenmiştir.
Hücresel Haberleşme Teknolojileri
Hücresel Haberleşme 1940’lı yıllarda 0G (zeroth generation) ile başlamıştır. Bu nesil modern hücresel haberleşmenin atası olduğundan hücreselden önce (precellular) olarak da isimlendirilebilir. Motorola ve Bell Systems tarafından geliştirilen 0G teknolojisi, mobil radyo telefonları ile tanınmıştır. Mobil radyo telefonları Bas Konuş (PTT:Push to Talk Mobile) yöntemiyle çalışmaktadır. Bu yöntemde bir kişi başka bir kişiyle konuşmak için tuşa basar, konuşur ve tuşu bırakır. Ayrıca bu nesilde PTT sisteminin yanı sıra Mobile Telephone System (MTS), Improved Mobile Telephone System (IMTS), Advanced Mobile Telephone System (AMTS) sistemleri de kullanılmıştır. Mobil radyo telefonları büyüklüklerinden dolayı taşınmaları zor olduğundan genellikle arabalarda sürücünün yanına sabitlenmiştir. Telefonun alıcı ve vericisi ise arabanın bagajına yerleştirilmiştir. Daha sonrasında bu telefonların elde taşınabilmesi için için el çantaları yapılsa da bu çözümün elverişsiz olduğu zamanla anlaşılmıştır.
1979 yılına gelindiğinde 1G (first generation) teknolojisi geliştirildi. İlk defa ticari olarak Japonya’nın Tokyo şehrinde piyasaya sürülmüş ve 5 yıl içinde tüm ülkeye yayılmıştır. Bu nesil 150 MHz frekansına sahip analog radyo sinyali kullanır. Sesli arama modülasyonu, frekans modülasyonu (FM: Frequency Modulation), frekans bölmeli çoklu erişim (FDMA:Frequency Division Multiple Access) tekniğinin kullanılması ve düşük bant genişlikli kanalların kullanılmasında dolayı veri aktarımı kısıtlıydı. Bu teknolojide iletim kanalı üzerinden sadece ses verisinin iletilmesine izin verilmesi de bu neslin diğer bir olumsuz yanıdır. Ayrıca, bu teknolojideki sesli iletişimin kalitesi oldukça düşüktür. 1G’nin bir diğer negatif yanı olarak da bu sistemin tamamen analog olmasından dolayı ses verisinin üçüncü şahıslar tarafından dinlenmesi söylenebilir.
1990’lı yıllara gelindiğinde günümüz hücresel haberleşmenin bu denli gelişmesinin nedeni olan 2G (second generation) teknolojisi geliştirildi. 2G teknolojisi GSM (Global System for Mobile
Communication), GPRS (2.5G) ve EDGE (2.75G) standartlarına sahiptir. Bu teknoloji GSM standardı ile ilk defa ticari olarak Finlandiya’da piyasaya sürülmüştür. Bu nesilde dijital sistem kullanılmasının yanı sıra kod bölmeli çoklu erişim (CDMA: Code Division Multiple Access), zaman bölmeli çoklu erişim (TDMA: Time Division Multiple Access) ve FDMA teknikleri kullanılmıştır. Bu tekniklere ek olarak geniş frekans kanalları kullanımıyla birlikte bu nesilde ses iletimi hem daha hızlı sağlanmış olup hem de daha hızlı hale gelmiştir. Ayrıca, bu nesille birlikte insanlık SMS (Short Message Service) özelliğiyle tanışmıştır.
2000’li yıllara gelindiğinde 3G (third generation) teknolojisi geliştirildi. Bu nesilde kullanılan tekniklerin gelişmesinin yanı sıra kullanılan kanalların bant genişliği KHz seviyelerinden MHz seviyelerine çıkmıştır. Bunların yanı sıra bu teknolojiyle birlikte video izleme, müzik dinleme ve görüntülü konuşma gibi yeni özellikler insanların kullanımına sunulmuştur. Bu nesille birlikte ortaya sosyal medya kavramı çıkmıştır ve günümüzde de varlığını sürdürmektedir.
4G (fourth generation) teknolojisi ise 3G’den yaklaşık 10 sene sonra piyasaya sürülmüştür. Bu nesilde bir önceki nesile göre çok daha geniş frekans kanalları, daha gelişmiş teknikler ve çoklu anten sistemleri kullanılmıştır. Bunların sonucu olarak kapasite ve hızda büyük oranda artış yaşanmış olup tüketiciye verilen hizmet kalitesi artmıştır. Ayrıca bu teknolojiyle birlikte gecikme süresi 30 ile 50 Ms aralığına düşmüştür.
Toplumda mobil iletişimin kullanımının en yüksek seviyelere çıktığı 2020’li yıllara doğru ise 5G (fifth generation) teknolojisi geliştirildi. 5G bundan önceki tüm teknolojilere olan üstünlüğü 3 maddeyle açıklanabilir; internet hızı, gecikme ve bağlanabilirlik.
1) İnternet Hızı: 5G teknolojisiyle birlikte mevcut internet hızı 10 ile 100 kat arasında artmaktadır.
2) Gecikme: Normal bir insanın bir olaya karşı tepki verme süresi yaklaşık olarak 300 Ms’dir. 5G teknolojisindeki tepki yani gecikme süresi ise 1 Ms’dir.
3) Bağlanabilirlik: Bağlanabilirlik ile mevcut ağa bağlanabilen cihaz sayısı artış göstermektedir.
5G teknolojisinin getireceği bir takım önemli kolaylıklar vardır. Örneğin, 4G teknolojinde 30 – 50 ms aralığında olan gecikme süresi 5G teknolojisinde 1ms ye düştüğü için doktorlar hastalarını gerçek dünyadaymış gibi uzaktan ameliyat etme olanağına sahip olacaklardır. 5G’deki düşük gecikme süresi ameliyat sırasında kullanılan cerrahi aletlerin tepki süresini en aza indirerek ameliyat anında oluşabilecek bir riski ortadan kaldırmaktadır. Sonuç olarak, bir doktor hastasını uzakta olsa da ona bu teknoloji sayesinde cerrahi işlem uygulayabilmektedir. 2019 yılında Çin’de, bir cerrah 5G teknolojisiyle yaklaşık 50 km uzaktaki cerrahi aletleri anlık olarak kontrol etmesi bu duruma kanıt olarak verilebilir. Bir diğer örnek otonom araçlar ile ilgilidir; 5G teknolojisiyle birlikte sürücüsüz otomobiller sadece 1 Ms’lik gecikme süresiyle diğer sürücüsüz otomobillerle ve trafik ışıkları gibi diğer çevre ekipmanlarıyla sürekli haberleşebilecektir. Dünya Sağlık Örgütü’nün 2019 yılında paylaştığı veriye göre 24 saniye de bir kişi trafikte hayatını kaybediyor. 5G teknolojisiyle birlikte trafik güvenliğinin neredeyse %100’e çıktığı görülecektir. Son bir örnek olarak; 5G teknolojisiyle birlikte şehirlere sık aralıklarla küçük baz istasyonları, çeşitli kameralar ve sensörler yerleştirilecektir. Bu sayede bir şehrin her yeri anlık olarak takip edilebilecek ve bu da şehir güvenliğini artıracaktır.
5G teknolojisinin getireceği bu olumlu özelliklerin yanında bazı olumsuz özelliklerde beklenmektedir. 5G ile anlık olarak haberleşme sağlanabilmesi için her 250 metreye bir küçük baz istasyonları (Small Cells) inşa edilecektir. Bu durumda çevreye daha fazla elektromanyetik dalga yani radyasyon yayılmasına yol açacaktır. Bu da insan sağlığını önemli ölçüde etkileyebilmektedir. Ayrıca, bu teknolojiyle neredeyse şehirlerin her köşesine yerleştirilen kameralar yüzünden insanların her anı izlenecektir. Bu durumda insanların veri güvenliklerinin kötüye kullanımı durumu ortaya çıkabilir. Bu gibi olumsuz olabilecek durumlardan dolayı toplumun belli bir kısmı bu teknolojiye karşı endişelidir.
Sonuç olarak, bu yazıda hücresel haberleşme teknolojilerin başından başlayarak 5G teknolojisi üzerinde durulmuştur. Görüldüğü üzere bu teknolojinin çeşitli pozitif özelliklerinin yanında negatif özellikleri de bulunmaktadır. Gerekli sağlık ve güvenlik gibi şartlar sağlanıp tüm dünyada 5G altyapısının kurulmasıyla insanlık tarihinin en büyük devrimlerinden birinin yaşanacağı açıkça görülmektedir.
Kaynakça
5G Technology-Evolution and Revolution, M.E. [I st year] C.S.E. Sipna College of Engineering, Amravati, Head of Department, Electronics and Telecommunication, Sipna College of Engineering, Amravati
Geçmişten Günümüze Hücresel Haberleşme Teknolojilerinin Gelişimi,DEÜ Mühendislik Fakültesi
Fundamentals of Network Planning and Optimisation,Ajay R. Mishra,Second Edition
5G ve Ötesi BEYAZ KİTAP, Bilgi Teknolojileri ve İletişim Kurumu
Anahtar Kelimeler
Haberleşme, Telsiz Telgraf, Hücresel Haberleşme Teknolojileri, 0G (zeroth generation), Bas Konuş (PTT:Push to Talk Mobile), Mobile Telephone System (MTS), Improved Mobile Telephone System (IMTS), Advanced Mobile Telephone System (AMTS), 1G (first generation), frekans modülasyonu (FM: Frequency Modulation), frekans bölmeli çoklu erişim (FDMA:Frequency Division Multiple Access), 2G (second generation), GSM (Global System for Mobile Communication), GPRS (2.5G) ve EDGE (2.75G), dijital sistem, kod bölmeli çoklu erişim (CDMA: Code Division Multiple Access), zaman bölmeli çoklu erişim (TDMA: Time Division Multiple Access), SMS (Short Message Service), 3G (third generation), 4G (fourth generation), 5G (fifth generation), küçük baz istasyonları (Small Cells)
Yusuf Salih Gurbet
Yıldız Teknik Üniversitesi
Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği
T.C. Cumhurbaşkanlığı - Savunma Sanayii Başkanlığı himayesinde yürütülmektedir.
