4G

Telekomünikasyon'da 4G, dördüncü nesil kablosuz telefon teknolojisidir. 3G ve 2G standartlarının devamıdır. Diğer telekomünikasyon standartları gibi hücresel bir ağ sistemi kullanması ve üçüncü nesilde ortaya çıkan kapsama alanı sorunu başta olmak üzere bazı sorunları çözmesi beklenmektedir. Daha sonra 4G/4.5G (IMT Advanced) ve 4.5G/4.9G (LTE Advanced Pro) türleri geliştirildi.
 
Bağlantı hızı, cep telefonlarında 100 Mbps, Wi-Fi ağlarında 1Gbps'tir. Aynı zamanda wimax band genişliği ile aynı boydadır.

4G, iletişimler sisteminde, 'dördüncü nesil' terimine ait bir ilintilendirmedir. Bir 4G sistemi, daha önceki nesillerden daha yüksek veri hızları temeline dayanan herhangi bir zamanda, herhangi bir yerde, ses, veriler ve akan çoklu kitle iletişimin kullanıcılara hizmet verebileceği, uçtan uca IP çözümü sağlar.

Özellikleri 
4G, tamamıyla IP tabanlı, kablolu veya kablosuz bilgisayar, tüketici elektroniği, iletişim teknolojileri ve iç ve dış ortamlarda sırası ile servis kalitesi ve yüksek güvenliğiyle herhangi bir zamanda herhangi bir yerde her türlü ağ hizmetini tek bir noktada birleştirerek makul fiyat ve tek faturalandırmayla gerçekleştirecek, 100 Mbit/s ila 1 Gbit/s veri iletim kapasitesini sağlayabilen sistemlerin sistemi ve ağların ağı olmayı hedefleyen bir hizmettir.

4G'ye bağlı LTE teknolojisini ilk Japonya'da NTT DoCoMo firması 2004 yılında duyurmuştur.

17 Ağustos 2009'da ilk 4G testi dünyanın önde gelen telekomünikasyon şirketlerinden Verizon tarafından yapılmıştır. ABD'nin Boston ve Seattle kentleri arasındaki test başarıyla tamamlanmıştır.

Test sırasında video, dosya indirme ve yükleme, internette gezinti, ses transferi, Voice over Internet Protocol (VoIP) ile LTE 4G üzerinden denenmiştir. Hizmetin tüm ABD'yi yayılması ise 2014 yılını bulacak.

Hedefler 
4G, hizmet kalitesi (HK) ve kablosuz geniş bant erişimi, Çok ortamlı mesajlaşma hizmeti, video sohbet, taşınabilir TV, yüksek çözünürlüklü TV kapsamı, DVB,
gibi gelecek olan uygulamaların hız gerekliliklerini oturtmak, ses ve veriler gibi minimal hizmet ve "herhangi bir zamanda-herhangi bir yerde" gerçekleşen diğer hizmetler için geliştirilmiştir. 4G çalışma grubu, aşağıda yer alan konuları, 4G kablosuz iletişim standardının hedefleri olarak tanımlamış bulunmaktadır.

 Işıksal iletim hızı ve verimliliğinde bir sistem (bit/s/Hz ve bit/s/Hz/site),,
 Yüksek şebeke kapasitesi: her hücrede daha fazla eşzamanlı kullanıcı,
 Alıcı, istasyona göre, fiziksel olarak, yüksek hızlarda hareket ediyor olduğundan, 100 Mbit/s hızındaki nominal veriler ve alıcı ile istasyon 1 Gbit/s hızda, ITU-R tarafından oldukça sabit pozisyonlarda yer almaktadırlar.
 Dünyadaki herhangi iki nokta arasındaki, en azından 100 Mbit/s veri hızı.
 Türdeş olmayan ağlar arasında düzgün yayınım,
 Kusursuz bağlantı ve birden fazla ağ arasında küresel dolaşım,
 Gelecek nesil çoklu ortam destekleyicilerinde yüksek hizmet kalitesi (gerçek zamanlı ses, yüksek hızda bilgi, yüksek çözünürlüklü Tv-video içeriği, taşınabilir TV, vs.)
 Mevcut kablosuz standartlarla birlikte işlerlik, ve
 Paket anahtarlamalı ağ.

Özetle, 4G sistemi ; tüm 4G kullanıcılarının minimum gereksinimlerini karşılamak için ağ kaynaklarını etkili bir biçimde kullanıp paylaştırması gerekir.

Kablosuz sistemlerin gelişimi

İlk Nesil 
Bu nesilden olan sistemlerin hemen hemen hepsi, sesin, esas trafik olduğu düşüncesini taşıyan analog sistemlerdi. Bu sistemler, sık sık, üçüncü şahıslar tarafından, dinlenebilyordu. Standartlardan bazıları, NMT, AMPS, Hicap, CDPD, Mobitex, DataTac dır.

İkinci Nesil 

Bu nesile ait olan tüm standartlar, ticari merkezli olup, dijital şekildeydiler. Şu anki pazarın, yaklaşık %60'ına, Avrupa standartları egemen bulunmaktadır. İkinci nesil standartlar, GSM, iDEN, D-AMPS, IS-95, PDC, CSD, PHS, GPRS, HSCSD, ve WiDEN dir.

Üçüncü Nesil 

3G, abone sayısında (şebeke kapasitesindeki artış) artış gösteren talepleri, yüksek hızda veri iletimi ve çok ortamlı uygulamalar için gerekli olan hızları karşılamak için, değişikliğe başlamıştır. Bu standarttaki sistemler, temel olarak, 2G sistemlerine ait doğrusal bir gelişimdir. Bunlar, bir tanesi, devre anahtarlamalı düğümleri kapsayan ve bir diğeri, paket yönlendirmeli düğümleri kapsayan, iki paralel altyapıya dayandırılmaktadır.

UTB, IMT-2000 ilk adımının bir parçası olarak, üçüncü nesil şeklindeki hava arabirim teknolojilerine ait özel bir seti tanımlamaktadır. Şu an, 2G'den 3G sistemine geçiş olmaktadır. Bu geçişin bir parçası olarak, pek çok teknoloji, standart hale getirilmektedir.

2G'den 3G'ye: 2.75G - GSM Gelişimi için geliştirilmiş veri hızları EDGE ve EGPRS, 3G - CDMA 2000,W-CDMA or UMTS (3GSM), FOMA, 1xEV-DO/IS-856, TD-SCDMA, GAN/UMA.

Benzer şekilde, 3G'den 4G'ye: 3.5G - HSDPA, HSUPA, Super3G - HSOPA/UVG,HSPA-21, HSPA-43, HSPA-84 3.95G- Long Term HSPA Evolution (LTHE)

Bileşenler

Erişim şemaları 
Kablosuz standartlar gelişiminin gerektirdiği gibi, kullanılan erişim teknikleri, verimlilik, kapasite ve ölçümlenebilirliktede sergilenmiştir. Birinci nesil kablosuz standartlar, düz TDMA ve FDMA kullanmışlardır. Kablosuz kanallarda, çoklu etkiyi azaltmak için, geniş denetleme süreçleri gerektirdiğinden, TDMA'nın, çok fazla veri sınıf kanalları işleme alınmasında daha az verimli olduğu kanıtlanmıştır.Benzer biçimde FDMA taşıyıcılar arasındaki engellemelerden sakınmak için daha fazla bant genişliği harcamaktadır. Dolayısıyla 2G sistemlerde FDMA ve TDMA’dan türetilen ve CDMA denilen yeni bir erişim planı kullanılmıştır. CDMA’nın kullanımı sistem kapasitesini artırdı ve aynı zamanda sistem üzerindeki sıkı sınırların yerini daha gevşekleri almıştır.Bu erişim planı çok yollu kanalları kullanmak için yeterince etkili olduğundan dolayı güncelleme hızı da artmıştır. CDMA erişim şemalarından IS-2000, UMTS, HSXPA, 1xEV-DO, TD-CDMA ve TD-SCDMA’nın kullanılması 3G sisteminin kullanımını mümkün kılmıştır. CDMA’in tek sorunu zayıf spektrum esnekliği ve ölçeklenirliğinden kaynaklanmaktadır .

Son zamanlarda, OFDMA, tek taşıyıcılı FDMA, ayrıştırılmış FDMA ve MC-CDMA gibi yeni erişim şemaları yeni nesil işlemler için daha fazla önem kazanmaktadır. WiMax uydu-yer bağı ve yer-uydu bağında OFDMA kullanmaktadır. İleriki nesiller için uydu-yer bağında UMTS, OFDMA düşünülmektedir. Ters olarak,yer-uydu bağlantısında yükselteçlerin PAPR’la ilgili çizgisel olmayan işlemlerinin sonuçlarına daha fazla etki ettiğinden dolayı IFDMA’nın kullanılması düşünülmektedir. IFDMA daha az güç dalgalanması sağlar ve bu da yükselteçin sonuçlarını etkiler. Benzer biçimde, MC-CDMA de IEEE 802.20 standardı şartlarına uygunluk gösterir. Bu akış şemaları CDMA gibi daha eski teknolojilerle aynı etkiyi göstermektedir. Farklı olarak ölçülebilirlik ve yüksek veri değeri gösterilebilir.

Bahsedilen erişim tekniklerinin diğer önemli avantajı da alıcılardaki eşitlemenin daha az karmaşık olmasıdır.Bu özellikle MIMO ortamları için ek bir avantajdır çünkü MIMO sistemlerinin uzamsal çoklama nakilleri, alıcılardaki eşitlemede yüksek karışıklığa neden olmaktadır

Bu çoklama sistemlerinin geliştirilmesine ek olarak, geliştirilmiş modülasyon teknikleri kullanılır. Oysaki genişçe bir kullanım alanına sahip önceki sistemler yerine, 3GPP Uzun dönemli değişim standartlarıyla kullanılmak üzere 64QAM gibi daha etkili sistemler önerilmiştir.

IPv6 
Biri, anahtarlı devre, diğeri anahtarlı paket şebeke düğümleri kapsayan, iki paralel altyapıya dayalı 3G'nin aksine, 4G, sadece, anahtarlayan pakete dayandırılacaktır. Verilerin iletiminde biraz gecikme süresini gerekli kılmaktadır.

Genel olarak, 4.nesil kablosuz şebekelerin, doğrudan adreslenebilir ve yolu çizilebilir olan pek çok sayıdaki kablosuz cihazı destekleyeceğine inanılmaktadır. İşte bu yüzden, 4G bağlamında (IPv6), kablosuz çalışan çok sayıda cihazı destekleyebilen şebeke tabaka teknoloji ve standardı önemlidir. (IP) adresleri sayısının artırılması yolu ile, pek çok cihaz grubu arasındaki sınırlı bir sayıdaki adreslerin bir paylaşım yöntemi olan Şebeke Adres Çevrimi (ŞAÇ)ne olan ihtiyacı ortadan kaldırmaktadır.
IP adresi sayılarının artmasıyla, özellikle 4G bağlamında, IPv6 daha dayanıklı,daha güvenli ve iletim optimizasyon kabiliyeti daha yüksek uygulamalar sağlamaktadır. IPv6’daki uygun adres boşluğu ve adresleme bitlerinin sayısıyla, 4G ağ ve hizmetlerinin yayılmasına yardım edebilecek uygulama ve aygıtlar için birçok yenilikçi kodlama şemaları geliştirilebilir.

Gelişmiş Anten Sistemleri 
Anten iletişimlerindeki performans, kesinlikle, bir anten sistemindeki gelişimlere bağlıdır.
Son zamanlarda, yüksek hız, çok güvenilirlik ve uzun dizi iletişimleri gibi 4G sistemleri hedefini kazanmak için birden fazla organı etkileyen anten teknolojileri ortaya çıkmaktadır. 90'lı yılların başlarında, veri iletişimine ait artan veri hızı ihtiyaçlarını karşılamak için, pek çok iletim programları, önerilmiştir.

Bir teknoloji, uzamsal çoklama, bant genişliği korunumu ve güç verimliliği ile önem kazanmıştır. Uzamsal çoklama, verici ve alıcıda, çok çeşitli antenlerin konuşlandırılmasını gerektirmektedir. Ondan sonra, bağımsız akımlar, eşzamanlı olarak, tüm antenlerden iletilebilir. Bu, verilerin hızını, en az sayıdaki alıcı ve verici antenlerle eşit sayıdaki çok değişik katlar içerisinde artırır. Bu, Çoklu -giriş çoklu-çıkış iletişimleri (ÇGÇİ)olarak adlandırılır. Bundan başka, gücünü kaybeden kanallardaki yüksek hızlı verilerin iletimindeki güvenilirlik, verici ya da alıcıda, daha fazla anten kullanılması ile geliştirilebilir. Bu, ilet ya da değişimi al olarak adlandırılmaktadır.

İletim-alım farklılığı ve iletim uzamsal çoklaması, iletide kanal bilgisi gerektirmeyen uzay zamanlı kodlama tekniklerine sınıflandırılabilir. Diğer kategori de vericide kanal bilgisi kullanan kapalı döngü çoklu anten teknolojisidir.

Yazılım tanımlamalı telsiz telefon 
YTTT, açık, kablosuz yapı şekillerinden biridir. 4G, kablosuz standartlar toplamı olduğundan, 4G cihazının, en son hali, çeşitli standartları oluşturacaktır. Bu, telsiz telefon yakınsaması alanı içinde sınıflandırılan YTTT teknolojisi kullanılarak, etkili bir şekilde gerçekleştirilecektir.

Gelişimler 
Bir japon şirketi olan NTT DoCoMo, hareket halinde iken 100 Mbit/s ve sabit halde iken 1 Gbit/s 'de VSF-OFCDM diye adlandırılan 4x4 MIMO bir prototip olan bir 4K iletişim sistemi prototipini denemektedir. 
NTT bu aralar 12x12 MIMO ile 10 km/s hızla hareket ederken 5 Gbit/s’e ulaştı  ve ayrıca ilk ticari ağıda 2010 da yaymayı planlıyor.

İrlandalı bir sabit ve geniş bant şirketi olan Digiweb, İrlanda Telecoms düzenleyici ComReg'den mobil iletişimler ruhsatı almış olduğunu beyan etmiş bulunmaktadır. Bu hizmet, "088" mobil kodu ile irlanda içerisinde ve 4K mobil iletişimlerin sağlanmasında piyasaya çıkarılacaktır.

Yaygın ağlar; kullanıcıların eş zamanlı birkaç kablosuz erişim teknolojisine bağlanabildiği ve muntazam biçimde bu ağlarda dolaşabildiği amorf ve tamamen varsayımsal kavramlardır. (Bkz. el değiştirme, IEEE 802.21). Bu erişim teknolojileri Wi-Fi, UMTS, EDGE, veya herhangi bir gelecek erişim teknolojisi olabilir. Bu kavrama ayrıca spektrum kullanımı ve iletim gücünün etkili yönetiminin yanında yaygın bir ağ oluşturacak şebeke dağıtım protokollerinin kullanımını sağlayacak bir hızlı-radyo (kavramsal radyo teknolojisi olarak da bilinir) teknolojisi de dahildir.

Sprint 2008 yılında, 100 milyondan fazla insana ulaşan bir şebekeyi konuşlandırma planları ile 2007 yılı sonu itibarı ile deneme pazarlarında, 4G hizmetlerini başlatmayı planlamaktadır.

Alman WiMAX operatörü Alman Geniş Bant Hizmetleri (AGBH) Magdeburg ve Dessau’da WiMAX hizmetlerini (DSLonair) başlattı. Abonelere aylık 9.95 euro fiyatlandırma ile 2 Mbps indirme / 300 Kbps yükleme bağlantı hızı ve 1.5 GB aylık trafik hakkı veren bir tarife planı sunuldu. Ayrıca abonelerden bir kereye mahsus olmak üzere 16.99 euro bağlantı ve 69.90 euro teçhizat ve kurulum ücreti talep edilmektedir. DBD Aralık 2006 da WiMAX için ulusal bir ek lisans aldı ve yine aynı tarihte Berlin, Leipzig ve Dresden’de hizmet vermeye başladı.

Amerikan WiMAX servis sağlayıcısı Clearwire New York Nasdaq’da ilk çıkışını 8 Mart 2007’de yapmıştır. IPO, Merrill Lynch, Morgan Stanley ve JP Morgan tarafından finanse edilmiştir. Clearwire her hissesi 25$ olmak üzere 24 milyon hisse senedi satmıştır. Bu da Clearwire’ın kasasına 600 milyon $ koymuştur ve şirkete 3.9 milyar dolarlık bir pazar değeri sağlamıştır.

Uygulamalar 
4G'nin en önemli uygulaması net değildir, ama buna rağmen, 4G şebekeleri tarafından sunulan gelişmiş bant genişlikleri ve veri yayılımı, yayımlanacak olup, daha önceleri, olanaksız durumda bulunan ürün ve hizmetleri sağlayacaktır. Belki de, "en önemli uygulama", basitçe dile getirilecek olursa, internette, sürekli gezer halde olmak, sınırsız ve her ay gideri için makul bir kat hızına sahip olmak demektir. Mevcut 2.5G/3G/3.5G telefon işletimine dayanan hizmetler, sıklıkla pahalı ve uygulamada sınırlıdır.

15-30 Mbit/s hızlarında, 4G kullanıcılarına kesintisiz işlemde yüksek çözünürlüklü televizyon hizmeti sunmalıdır. 100 Mbit/s'te, DVD içerikli, örneğin bir film, çevrimdışı erişimde yaklaşık 5 dakika içerisinde indirilebilir.

Sabit WiMax ve Mobil WiMax'lar farklı sistemlerdir. Temmuz 2007 de uygulanan tüm WiMax'lar sabit “kablosuz”dur ve bunlar bu şekilde 4G sistemine dahil değildir.

İlk 4G Kablosuz Standartları 
Visant Stratejileri çalışmasına göre, bu alanda, çok sayıda rekabetçi olacaktır ve aşağıda yer alan yansımaları vermiştir.

 WiMAX - 2010'a kadar 7.2 milyon birim (Sabit ve taşınabilir dahil)
 Flash-OFDM - 2010'a kadar 13 milyon abone (sadece taşınabilir)
 3GPP'de UMTS'nin 3GPP Uzun Dönemli Değişimi - 2010'da 2 Milyar $ değerinde (dünya nüfusunun ~30%'u)
 3GPP2'de UMB
 IEEE 802.20

IMT-Advanced(Super 4G) 
IMT-Advanced Ar-Ge aşamasındaki bir mobil veri iletişimi standardıdır.1Gbps indirme ve yükleme hızı hedeflenmektedir.

Türkiye'de 4G 
Bilgi Teknolojileri ve İletişim Kurumu tarafından kamuoyunda 4.5G olarak bilinen IMT Hizmet ve Altyapılarına İlişkin Yetkilendirme İhalesi 26 Ağustos 2015 tarihinde Ankara’da yapıldı.

IMT Yetkilendirme süresi 30 Nisan 2029 tarihine kadar olup, işletmeciler IMT hizmetlerinin sunumuna 1 Nisan 2016 saat 00:00'dan tarihinden itibaren başlamışlardır

Ayrıca bakınız 
 IEEE 802.20
 Wi-Fi
 WiMAX

Kaynakça 
Özel

Genel
 
 
 
 Mustafa Ergen, Mobile Broadband - Including WiMAX and LTE, Springer, NY, 2009 ISBN 978-0-387-68189-4
 
 

Video mesajlaşma
Mobil telefon standartları
İnternet erişimi
Mobil telekomünikasyon
Nesnelerin interneti
Bilişim terimleri
Japon icatları
Kablosuz iletişim sistemleri