1972 yılında Bell Laboratuvarları’nda mobil iletişimi gerçeklemek amacıyla hücresel sistem kurma fikri ortaya atıldı.O günden bu yana pek çok haberleşme şirketi ve kurumlar bu fikri benimsedi.Bunun üzerine pek çok şirket analog iletişim sistemlerini bu prensibi göz önünde bulundurarak geliştirdi.Takvimler 1982’yi gösterdiğinde ise CEPT (Conference of European Post and Telecommunications Administration) toplantısında yeni nesil hücresel sistem kurulması kararlaştırıldı.
Bu yeni sistem GSM (Global System for Mobile Communications) adını aldı. Bu sistem kullanıcılara dolaşım (roaming) özelliği sağlayacak,açık standartlarla geliştirilecek ve ISDN altyapısıyla hizmet verecekti.
*ISDN, ses ve veri haberleşmesini aynı anda sağlayan altyapıdır.
*BTS, baz istasyonu
*Yapılan ölçümlere göre ilk 7-10 m haricinde BTS sistemleri insan sağlığı için tamamıyla zararsızdır.
Hücresel Sistem Nedir?
GSM sistemlerinde mobil şebekenin kapsama alanı hücrelere bölünmüş durumdadır.Her bir hücrenin kendine ait alıcı-verici BTS sistemleri bulunmaktadır ve yine kendisine has çalışma frekansında haberleşme sağlar.
Hücresel sistemin avantajları büyüktür.En büyük avantajı güç tasarrufudur.Mobil şebekenin küçük hücrelere ayrılmış olması BTS ve mobil cihazın daha az güçle çalışmasını sağlar.Diğer bir avantaj ise haberleşme kanalında çoğullama ve frekans tekrarı tekniklerinin rahatlıkla uygulanabilir olmasıdır.Bu sayede kısıtlı radyo frekans kanallarından pek çok mobil kullanıcıya hizmet verilebilir.
Hücreler kırsal kesimlerde (35-40km) çapında olurken.Şehir merkezlerinde (5km) civarında gerçekleşmektedir. Şebekenin hücrelere ayrılması insan sağlığı açısından da olumlu sonuçlar sağlar.Bu sayede BTS ve mobil cihaz daha düşük güçle çalışır ve bu da insan sağlığına olumlu yönde etki eder.
GSM Frekans Bantları
Hücresel sistemlerde haberleşme için dar bir frekans bandı bulunmaktadır.Yukarıda bahsettiğimiz gibi her hücre farklı frekanslarla haberleşmektedir.Bu noktada hücrelerin çalışma frekansları nasıldır bir de buna bakalım.
Tabloda görüldüğü üzere hücre iletişiminde farklı frekans bantları farklı amaçlarla kullanılmaktadır.Örneğin GSM 900 bandı daha çok kırsal kesimlerde daha büyük hücrelerle daha geniş kapsama alanı sağlamak amacıyla kullanılır.Bunun yanında PCS 1900 ve DCS 1800 bandı şehir merkezlerinde daha yoğun çalışan hücrelerde tercih edilen frekans bandıdır.
Ülkemizde Turkcell ve Vodafone,GSM 900 bandını kullanmaktadır.Bu bantta bulunan 125 radyo kanalının;
⇒ Turkcell’e ayrılan: 10-19 ve 81-120 arasındaki 50 kanal
⇒ Vodafone’a ayrılan: 21-30 ve 40-79 arasındaki 50 kanaldır.
Geri kalan kanallar ise gerektiğinde talep üzerine fazladan kullanılabilen ayrılmış mobil iletişim bantlarıdır.
♦ Uplink: Mobil cihazdan baz istasyonuna doğru sağlanan iletişim yolu
♦ Downlink: Baz istasyonundan mobil cihaza doğru sağlanan iletişim yoludur.
Kanal Çoğullama ve Frekans Tekrarı Nasıl Gerçekleştirilir?
GSM 900 sistemlerinde yukarıda belirttiğimiz üzere 124 ayrı frekans bandı bulunmaktadır.Bu durum dünyanın her yerinde aynıdır ve her ülkede her operatöre özel olarak paylaştırılmak zorundadır.Ancak bu durumda kapsama alanı sorunu ortaya çıkar.Örneğin,Turkcell için konuşursak 50 adet frekans bandıyla 35km2’lik hücreleri kullanırsa 1750km2’lik bir kapsama alanı sunabilir.Türkiye gibi büyük yüzölçümüne sahip ülkeler için bu oldukça yetersiz bir kapsama alanıdır.
Bu sorunu aşmak amacıyla frekans tekrarı metodu uygulanır.Bu metotta birbirine komşu olmayan hücrelerde kullanılan bazı frekans bantları tekrardan kullanılabilir.Bu şekilde hem hücresel karışıklık olmaz hem de kapsama alanı genişletilmiş olur.
Frekans tekrarı haricinde aynı frekans bandı üzerinden pek çok kullanıcıya hizmet sağlamak amacıyla çoğullama erişim metodu kullanılır.Bu metotlardan en önemlisi CDMA (Code Division Multiplexing Access) yani kod bölüşümlü çoklu erişimdir.
CDMA metodunda tek bir frekans bandından pek çok kullanıcı iletişim kurabilmektedir.Bunun sağlanması için her kullanıcıya bir kod verilir ve sistem bu koda göre kullanıcıya veriyi iletir.
GSM Ekipmanlarında Güç Tüketimi
Her mobil cihaz en yakın baz istasyonuna bilgiyi iletecek kadar güç harcar.Eğer yakındaysa ve kapsama iyi durumdaysa bu daha da düşer.Pratikte bir baz istasyonu 20W,bir cep telefonu ise en fazla 2W güç tüketir.İletilen bu güç mesafenin karesiyle ters orantılı olarak değişim gösterir.
GSM Sistemlerinin Geleceği
GSM ilk günlerden bu yana pek çok gelişim evresinden geçmiştir.Bunlar generation kelimesinin baş harfi G ile adlandırılır.Örneğin ilk kurulan alt yapı 1G olarak adlandırılmakta ve sadece ses iletimi için kullanılmaktaydı.Daha sonra ise 2G,3G gibi sesin yanında veri iletimi de sağlayan alt yapılar kuruldu.
Önceki alt yapıların kapasiteleri şöyleydi;
1G: 64kbps
2G: 237kbps
Özellikle 3G teknolojisinin gelişiyle mobil iletişimde veri iletimi çok yüksek kapasitelerle gerçekleşmeye başladı. Günümüzde en basit bir cep telefonu ve ya bir 3G modem bile 7.2Mbps kapasitesinde veri iletimi sağlayabilir hale gelmiş durumda.
Gelecekte ise,yakın zamanda ülkemizde de sağlanabileceği konuşulan 4G teknolojisi bizlere daha yüksek kapasiteli bir mobil iletişim imkanı sunacak gibi görünüyor.Yeni gelen bu teknoloji LTE (Long Term Evolution) olarak da adlandırılıyor.4G teknolojisi bize daha yüksek kapasiteli iletişimin yanında GSM operatörlerinin en büyük uğraşı olan kapsama alanı sorununa da çözüm getirecek gibi görünüyor. Umarız gelecekte GSM teknolojisi hiçbir hız kısıtlaması,kapsama alanı engeli olmadan tüm dünya üzerinde bizlere yeterli ve tatminkar bir iletişim imkanı sunabilir hale gelir.
GSM teknolojisinin zaman içerisindeki gelişmesi 1G, 2G, 3G, 4G, 5G olarak isimlendirilmektedir. Burada G generation (nesil) anlamındadır. Her bir Generation bir öncekine göre kapsamlı yenilikler değişiklikler getirmekte her nesil bir öncekine göre kat be kat hızlanmakta yeni uygulamalara kapı aralamaktadır.
1G teknolojisi cep telefonu sistemlerinin ilkidir. Analog sistemle çalışır sadece ses taşıması için tasarlanmıştır. 1980 de kullanılmaya başlanmış 1990 ların başlarına kadar kullanılmıştır.
2G teknolojisi gerçek GSM sisteminin temeli sayılabilecek sayısal haberleşme temelli sistemdir. SMS bu sistemle beraber çalışan bir yeniliktir. GSM sisteminin dünya çapına bu versiyonu ile yayılmış ve bilinir olmuştur. 1990 ların başlarından 2000 yıllarının başlarına kadar kullanılmıştır. 2G teknolojisinin data hızı 64 Kbps tir.
Bu teknolojinin içine GPRS, EDGE ve MMS teknolojilerinin girmesiyle ismi 2,5 G 2,75 G olarak tanımlanmıştır. Data hızı GPRS için 114Kbps, EDGE için 384 Kbps lere kadar çıkabilir.
3G teknolojisi ile birlikte akıllı telefonlar kullanılmaya başlanılmış ses data görüntü transferi mümkün olmuştur. İlk görüntülü konuşma 3G teknolojisiyle mümkün olmuştur. Akıllı telefonlar üzerindeki web browserlar ve internet tabanlı oyun uygulamaları, VoIP uygulamaları kullanılmaya başlanılmıştır.
3G teknolojisi içerisine eklenen HSPA 3,5 G ismi ile anılmaya başlamış ve hızı 14 Mbps ve daha sonra HSPA+ teknolojisi ile 3,75 G olarak anılmış ve hızı 168 Mbpslere kadar çıkmıştır.
4G teknolojisi hareketli ve sabit alıcıların yüksek hızda data alışverişi yapabildiği bir teknolojidir. Tamamen IP tabanlı olarak çalışmaktadır. Wimax teknolojisinin devamı niteliğindedir. Beraber kullanıldığı LTE teknolojisi MİMO teknolojisine izin vermekte ve LTE+ teknolojinin birliktr kullanılmasıyla 4.5 G ismiyle anılmaya başlanılmıştır. Data hızı sabit alıcılar için 1Gbps hareketli alıcılar için 100 Mbps hızlarına kadar çıkabilir. 4 G değişik teknolojiler arasında sorunsuz geçiş yapabilme, mobil multimedya izleyebilme, geniş kapsama alanında az enerji tüketimi ile yüksek kaliteli bağlantı sağlama özelliklerine sahiptir.
Bu özellikleriyle kesintisiz ve HD video transferi, HD görüntülü konuşma, HD ve 3D oyun uygulamaları çalıştırmak ve çok yüksek hızda dosya transferi yapmak mümkündür
5G Teknolojisi
Yüksek hızda veri transferi ve daha az gecikmeye olan ihtiyaçtan dolayı yapılan yeni çalışmalar 5G adıyla anılmaktadır. Yüksek veri akışını iyileştirmek için daha yüksek frekans spektrumunu kullanan 5G teknolojisinin bu yılın sonlarına doğru Amerika gibi bazı ülkelerde kullanıcılar için hizmete konulması planlanmaktadır. Dünya genelinde ve ülkemizde geçişin 2020’yi bulabileceği belirtiliyor. 5G’nin; Nesnelerin İnterneti teknolojisinde gereksinim duyulan hızlı veri aktarımını, bulut sistemini kullanan akıllı otomobiller gibi mobil sistemlerin ihtiyaç duyduğu az gecikmeli (low latency) iletim gibi iyileştirmeleri sunması beklenmektedir. Düşük enerji tüketimi ise IoT nesnelerinin aylarca ya da yıllarca müdahale edilmesine gerek kalmadan çalışmasını sağlayacak önemli özelliklerinden biri olacaktır. 5G’nin drone’lar, nesnelerin interneti ve sanal gerçeklik gibi teknolojiler için kablosuz veri iletimi altyapısını güçlendireceği belirtilmektedir. 5G’nin saniyede 20 Gigabit’lere ulaşacak bir veri transfer hızı sunması beklenmektedir.
