Hücresel Haberleşme Sistemleri Nedir? Çeşitleri Nelerdir?

Hücresel ağ veya mobil ağ, uç düğümlere olan bağlantının kablosuz olduğu bir iletişim ağıdır. Cep telefonu veya hücresel haberleşme sistemleri, 1980’lerin başından beri yaygın olarak kullanılmaktadır. İlk tanıtılmasından bu yana kullanımı, dünya nüfusunun büyük bir bölümünün teknolojiye erişimi olduğu ölçüde çok hızlı bir şekilde artmıştır. Gelişmiş bir ülkeden büyüyen bir ülkeye, dünyanın tüm ülkelerinde cep telefonu veya hücresel haberleşme sistemleri kurulmuştur. Hücresel telekomünikasyon endüstrisi, radyo ve elektronik endüstrilerinin büyümesinde önemli bir itici güç olmuştur.

İletişim çağında olduğumuz bu dönemde, her yeni teknolojik gelişme iletişimimizi daha da güçlendiriyor. 1980’li yılların başından beri yaygın olarak kullanılan hücresel haberleşme sistemleri, cep telefonlarının kullanımını sağlayan bir iletişim teknolojisi biçimidir. Farklı segmentlerde bile olsa artık herkesin bir akıllı cep telefonu var. Cep telefonu, eşzamanlı iletim ve alım sağlayan çift yönlü bir radyodur. Cep telefonumuz ile yaptığımız her iletişim, hücresel iletişim olarak adlandırılır.

Hücresel iletişim, iletişim kapsama alanının hücrelere ve hücreler içinde coğrafi olarak bölünmesine dayanır. Her hücreye, çok sayıda abonenin aynı anda konuşmasına izin veren belirli sayıda frekans veya kanal tahsis edilir. İlk çıkış noktasına bakıldığı zaman sadece ses işleyebilen 2G hücresel haberleşme sisteminden, günümüzde hem ses hem de yüksek hızlı internet veri akışı sağlayabilen 5G hücresel haberleşme sistemine kadar gelmiş bulunmaktayız.

Özetle, 6G hücresel haberleşme teknolojisinin de, 2030 yılına kadar geliştirilmesi beklentisini de göz önünde bulundursak, hücresel haberleşme sistemlerinin çok hızlı mesafe kat ettiğini söyleyebiliriz.

Hücresel haberleşme sistemlerinin ortak unsuru, tanımlanmış radyo frekanslarının (RF) kullanımı ve ayrıca frekansın yeniden kullanılmasıdır. Bu, kanal sayısını (bant genişliği) azaltırken çok sayıda aboneye hizmet verilmesini sağlar. Ayrıca cep telefonunun gelişmiş yeteneklerini tam olarak entegre ederek geniş iletişim ağlarının oluşturulmasını sağlar. Talep ve tüketimdeki artışın yanı sıra farklı hizmet türlerinin gelişimi, hücresel cihazların kendilerinin sürekli gelişimi ile birlikte gelişmiş hücresel iletişim ağlarının hızlı teknolojik gelişimini hızlandırdı.

Konsept

Bir hücresel radyo sisteminde, radyo hizmeti ile sağlanan arazi alanı, arazi ve alım özelliklerine bağlı bir modelde hücrelere bölünür. Bu hücre desenleri, altıgen hücreler geleneksel olmasına rağmen, büyük ölçüde altıgenler, kareler veya daireler gibi düzenli şekiller şeklini alır. Bu hücrelerin her birine karşılık gelen radyo baz istasyonları ile bir dizi frekans ₍ f1  –  f6 ) _atanır . Aynı frekansların bitişik hücrelerde yeniden kullanılmaması koşuluyla, ortak kanal girişimine yol açabilecek frekans grupları diğer hücrelerde yeniden kullanılabilir.

Tek vericili bir ağa kıyasla hücresel ağdaki artan kapasite, Bell Labs’den Amos Joel tarafından geliştirilen ve aramaları belirli bir alanda birden fazla arayana çevirerek aynı frekans anahtarını kullanan mobil iletişim anahtarlama sisteminden gelir.

Frekansı müsait olan en yakın cep telefonu kulesine. Bu strateji uygulanabilir çünkü belirli bir radyo frekansı, farklı bir alanda ilgisiz bir yayın için yeniden kullanılabilir. Buna karşılık, tek bir verici, belirli bir frekans için yalnızca bir iletimi işleyebilir. Esasen, aynı frekansı kullanan diğer hücrelerden gelen sinyalden bir miktar parazit vardır. Sonuç olarak, standart olan hücreler arasında en az bir hücre boşluğu olmalıdır. Frekans bölmeli çoklu erişim (FDMA), sistemde aynı frekansı yeniden kullanır.

Hücresel Haberleşme Çeşitleri

Hücresel haberleşme sistemleri artık günlük hayatın bir parçası kabul edilse de, gelişmelerinin gerçekleşmesi uzun yıllar aldı. Hücresel iletişim teknolojisi için temel kavramlar 1940’larda önerilmiş olsa da, 1980’lerin ortalarına kadar radyo teknolojisi ve sistemleri yaygın kullanılabilirliği sağlamak için uygulanmadı. Bu tarihten sonra hücresel haberleşme sistemlerinin kullanımı hızla arttı ve kablolu cihazlardan daha fazla cep telefonu kullanılarak arama yapılmaya başlandı.

Hücresel haberleşme sistemlerinin büyümesinin bir örneği olarak; 2004 yılında GSMA’nın Mobil Dünya Kongresi’nde Şubat 2004’te 1 milyardan fazla GSM mobil abonesi olduğunu duyurmasıyla meydana geldi. İlk şebekenin kurulmasından bu yana 18 yıl geçmişti. Karşılaştırma yapacak olursak, aynı rakama kablolu telefon bağlantıları için ulaşılması 100 yıldan fazla sürmüştü.

2015 yılına kadar 7 milyardan fazla mobil abonelik (tüm teknolojiler için) etkinleşti. Bu, dünya nüfusunun 7 milyarın biraz üzerinde olduğu anlaşıldığında büyük bir başarıdır. Bu durum pazara nüfuz etmenin çok önemli olduğunu göstermesine rağmen, birçok kişinin birden fazla aboneliği olduğu anlamına geliyordu.

Mobil (GSM) İletişim için Küresel Sistem

GSM iletişim teknolojisi, daha önceki birinci nesil iletişim standardının yerini alan hücresel protokolü kullanan ilk GSM standardına dayanmaktadır. Bu standart, 1982’den başlayarak, ikinci nesil (2G) dijital hücresel iletişim için Avrupa İletişim Standartları Enstitüsü (ETSI) tarafından geliştirilmiştir. Dijital olarak tanımlanan bu standart, bir iletişim ağının tam çift yönlü konuşan telefona optimal geçişine dayanıyordu ve daha sonra veri paketi aktarım iletişimini içerecek şekilde genişletildi.

1989’dan itibaren GSM standardı uluslararası bir standart haline gelecek şekilde geliştirildi ve 219 ülke, bölgede ikinci nesil telefonların faaliyetlerinin %90’ına kadarını kapsıyordu. Aslında, GSM teknolojisi kısıtlayıcı analog iletişimin yerini aldı ve teknolojik dönüm noktası oldu, bunu yenilikçi hücresel iletişim teknolojilerinin gelişimi izledi. Böylece ikinci nesil GSM, sonraki nesil hücresel iletişimin temelini oluşturdu.

Kod Bölmeli Çoklu Erişim (CDMA) Teknolojisi

CDMA teknolojisi aslında Vietnam Savaşı sırasında ABD Ordusu için askeri amaçlara yönelik konuşmaları gizlemenin bir yolu olarak geliştirildi. Bu yöntem, farklı konuşmaları zaman paylaşımı (EDMA/GSM teknolojilerinde olduğu gibi) veya NAMPS teknolojisinde olduğu gibi frekans paylaşımı (FDMA) yerine kodlama yoluyla ayırır. Kodlama ile ayırma yöntemi, aynı frekans aralığında, aralarında herhangi bir parazit olmadan aynı anda çok sayıda görüşmenin yürütülmesini sağlar.

Bu teknolojiyi geliştiren Qualcomm, bunu farklı ritimlerde kodlanmış konuşma kullanan hücresel iletişimlere uyguladı. Bu teknoloji, bir hücreden diğerine hareket sırasında konuşmaların sürekliliğini sağlar.

Evrensel Mobil Telekomünikasyon Sistemleri (UMTS) teknolojisi

Geniş Bant Kod Bölmeli Çoklu Erişim (W-CDMA) teknolojisine dayanan UTMS teknolojisi, cep telefonu telefonlarının üçüncü nesil (3G) teknolojilerinden biridir. Bu teknoloji, Üçüncü Nesil Ortaklık Projesi (3GPP) tarafından tasarlanmıştır.

Telekomünikasyon dernekleri grupları arasında küresel olarak uygulanabilir bir üçüncü nesil cep telefonu sistemi oluşturmak için 2000 yılında bir işbirliği sağlanmıştır. UMTS ve diğer iletişim ağı teknolojileri arasında ayrım yapmak için bazen üçüncü nesil, ikinci nesil sistemde GSM’nin yerini aldığı gerçeğini vurgulayan bir isim olan GSM3 etiketi altında pazarlanmaktadır.

Ortogonal Frekans Bölmeli Çoklama (OFDM) Yöntemine Göre Çalışan LTE Teknolojisi

LTE, hücresel teknolojinin evriminde yalnızca ek bir nesil değil, kablosuz veri iletişiminin gelecekteki gereksinimleri, bu alandaki bilimsel ve teknolojik gelişmeler dikkate alınarak geliştirilmekte olan bir nesildir. Bunun nedeni, saniyede bir gigabayta kadar, saniyede yüzlerce megabayt hızında, düşük maliyetle veri iletme yeteneğidir. LTE’nin bugün ve yakın gelecekte yükselişi, 1980’lerde cep telefonu teknolojisinin tanıtılmasının neden olduğu devrime ve hatta Wi-Fi’nin ortaya çıkışına benzeyebilir. 2G cihazlarının ortaya çıkmasıyla analogdan dijital iletişime geçiş nasıl muazzam bir devrime neden olduysa, 3G’den LTE’ye geçiş de bir devrime neden oluyor.

Zaman bölmeli çoğullama (TDM) gibi ikinci nesil teknolojinin modülasyon yöntemlerinden ve üçüncü nesil GSM’de kod bölmeli çoğullamanın (CDM) kullanılmasından farklı olarak OFDM yöntemi, kablosuz iletişimde karşılaşılan yaygın sorunlara optimum çözümler sunar.

Uyarlanabilir İletişim

CDMA teknolojisinin ve diğer yeni iletişim teknolojilerinin yenilikçi bir özelliği, uyarlanabilir iletişimi mümkün kılan gücün yakından izlenmesidir. Bu özellik, hücresel cihazın gücünü herhangi bir zamanda dinamik olarak değiştirmesine izin verir. Bu durum, bu teknolojiyi ve diğerlerini kullanan bir hücresel iletişim ağının, alım koşullarına ve iletişim kalitesine uyarlanmış dinamik iletişimler gerçekleştirebileceği anlamına gelir.

Başka bir deyişle, mesafe, yön açısı veya engellerin varlığı veya yokluğu gibi faktörlere bağlı olarak cihazın gücü değişir, böylece gücü en iyi şekilde kısıtlarken verimli iletişim sağlar ve radyasyona maruz kalma seviyesini azaltır.