Dördüncü Jenerasyon (4G) Hücresel Sistemler

1G sistemler; ses servisi,
2G sistemler; ses ve düşük hızlı veri transfer servisi,
3G sistemler; ses, görüntü ve yüksek hızlı veri transfer servisi, sunmuşlardır.

Şimdi ise; Trend, gelişmiş veri servisleri desteğine doğru olmaktadır. 2010 yılından itibaren ve 4G adında servis desteği başlamıştır. Kablosuz ağların sonraki jenerasyonlarında (4G ve sonrası) veri hızının 50 Mbps’den 155 Mbps’a çıkarılması amaçlanmaktadır. (3G’de 2 Mbps). 

4G ile;

• 1 DVD'yi 30 saniyede kablosuz ağdan gönderme 
• Sabit mekânlarda 1 Gbps, hareket halindeyse 100 Mbps düzeyinde veri aktarım hızı 
• 1 Gbps'lik hızla, 100 MP3 dosyasını (yaklaşık 300 MB) 2,4 saniyede, 
• Bir film CD'sini (800 MB) 5,6 saniyede 
• 20 dakikalık bir HDTV yayını 12,5 saniyede aktarılabiliyor. 
• Handover teknolojisi; Bu teknoloji, 100 Mbps'lik süper hızlı mobil iletişimi, saatte 60 km hızla giden bir araç içerisinde dahi iletişimi kesintisiz kılıyor. 

 Şekilden, rahatlıkla mobility – data rate oranları hakkında fikir sahibi olabilirsiniz.

Bunun için teknik, ekonomik, hukuki vs. bazı çalışmalar yapılmalıdır: 

• Daha etkin modulasyon tekniklerinin geliştirilmesi,
• Yeni bir spektrum tanımlanması (frekans bandı),
• Batarya teknolojisi, güç tüketiminin geliştirilmesi,    

4G sistemlerin istenilen avantaj ve özellikleri konusunda çalışmalar şu hedefler doğrultusunda yapılmaktadır:

• Sistemlerin birlikte çalışabilirliği: Mevcut kablosuz ağlardan uydu, WLAN, PAN ortam cihazlarıyla esnek ve sorunsuz çalışması. 3 olası konfigürasyon bulunmaktadır: Multimode terminaller, Overlay network, Ortak erişim protokolü. 
• Terminal bant genişliği ve batarya ömrü: 
• İleri nesil terminallerin bant genişliği yüksek (>100 Mbps) olması 
• Güç tüketimi, batarya hacmi ve ağırlığının az olması

• Paket anahtarlamalı sabit ağ: 
• 4G mimarisi kablosuz ortamları birleştirirken IP-tabanlı ağları kullanacaktır.

• Kablosuz erişim için bant genişliğinin kalitesinin düşmesi: 
• Coğrafi konuma göre; farklı katmanlar üzerinden servis ve farklı kalitelerde bant genişliği sunulabilecektir. 
• Bu katmanlar; dağıtım, hücresel, “hot-spot”, kişisel ağ ve sabit katman.

• Gelişmiş ana istasyonlar: 
• Sistem kalitesini arttıracak akıllı antenlerden yararlanacaktır. 
• Kendisini konfigüre edebileceğinden sistem maliyeti düşecektir. 
• Çoklu hava standardı desteği sunulacaktır.

• Yüksek veri hızları: 
• Mobil uygulamaların istediği hız desteği sunulacaktır.  
• 50 Mbps ile 155 Mbps arasındaki yüksek veri transfer desteği sunabilecektir. Yüksek veri hızına “Orthogonal Frequency Division Multiplexing” (OFDM) hava ara yüzü standardı ile ulaşılması beklenmektedir.

4G hizmeti ile popüler olması beklenen başlıca servisler:

• Bilgi erişimi: Büyük hacimdeki verilere, büyük ses ve video dosyalarına anlık erişimi sağlamak içindir. 
• Makineler arası iletişim: Cihazların birbiriyle iletişimini bakım veya akıllı amaçlar için kullanıma sunar. 
• Tele-presence: Yüksek bant genişliği gerektiren görsel toplantı, tele-konferans vs. uygulamalardır. 
• Akıllı alış-veriş: Kullanıcıların gezdikleri mağazalardaki ürün, fiyat veya fırsatları kullanıcının bilgisine sunar. 
• Güvenlik: Kullanıcıların kişisel bilgilerinin gizliliğini korunacağından önemli bir faktör durumundadır. 
• Lokasyon tabanlı servisler:
  • Yüksek doğruluk payıyla kullanıcıların yerleri belirlenebilecektir.
  • Mevcut sistemler sadece ilgili hücre tespiti yapabilmektedir.
  • Deprem, sağlık durumu vs. acil durumlarda önemli katkı sunabilir

4G Sistemini Sağlayacak Bazı Standartlar

• WiMax
• WiBro
• 3GPP LTE

WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

50 km. çapındaki bir alanda 70 Mbps. hızında kablosuz internet erişimi sağlayan kablosuz bir teknolojidir.WiMax IEEE 802.16 standardını kullanıyor. Geniş bant haberleşme sistemlerinin kurulum maliyetinin yüksekliği nedeniyle ulaşamadığı kırsal bölgelerde ve haberleşme konusunda yeterli hizmeti alamayan alanlarda, WIMAX teknolojisi alternatif oluyor. Uzun menzilli ve yüksek bant genişliğine sahip kablosuz internet erişimi sağlayan WIMAX kullanıcılara ve operatörlere hız ve maliyet yönünden değerlendirilmesi gereken bir imkan sunmaktadır. Özelliklerinden dolayı, daha kapsamlı servis imkanları sunan WIMAX haberleşme sektöründe yeni bir çığır açarak ABD, Çin, İngiltere, Avusturya ve son olarak Pakistan’da uygulanmaya başlanmıştır. 3-10 km, 10 Mbps ve daha yüksek erişim hızı sağlayabilecek internet erişimi ile kaliteli tv/video servisi, yaygın kullanım imkanı ile hayatımızın her noktasında sınırsız faydalanma sağlayan WIMAX’in ülkemizde deneme testleri bu konuda alınan lisanslarla yapılmaktadır.

WiBro

Eşleştirildiği vericiden veya baz istasyonundan 1,5 km uzaklığa kadar kablosuz internete bağlanabilen kablosuz internet teknolojisidir. 2002'den beri geliştirilen bu teknoloji standardı WiMAX geliştiricileri için bir rekabet ortamı oluşmasına katkıda bulundu. 2004 yılının sonunda Intel ve LG arasında varılan anlaşmada WiBro ile WiMAX arasında uyum sağlama çalışmaları başladı. WiBro, WiMAX'a güzel bir alternatiftir.  WiMAX IEEE 802.16e TDD OFDMA standartları kullanan WiBro, Güney Kore tarafından 3.5 ve 4G cep telefonu şebekelerine alternatif olarak geliştirilmekte. WiBro, çok yüksek veri aktarım hızına sahip ve performansını kullanıcı hareket ederken bile kaybetmiyor.

3GPP LTE

WiMax’e karşı piyasaya sürülen bir teknolojidir. Uplink konusunda kitlesel uygulamalarda kullanılan terminallerin karmaşıklığını ve maliyetini azaltan ve ağların uplink kapasitesini hücre başına abone sayısının iki katına çıkartan bir teknolojidir.

4G alt yapısının gösteren genel mimari yapı aşağıdaki gibidir.