6G Çalışmalarına Türkiye’den Önemli Katkı

Kablosuz haberleşme ve özellikle hücresel sistemlerde dünyanın önde gelen ülkelerinden Finlandiya’nın Academy of Finland kurumunun öncülüğünde kurulan ve önemli birçok üniversiteyle endüstri ortaklarını bünyesinde bulunduran 6G Flagship adlı ekosistem, şimdiden 2030’lara doğru kullanacağımız 6G teknolojilerinin araştırma çalışmalarına başladı. 6G çalışmalarıyla ilgili 2019 Eylül ayında dünyanın ilk 6G White Paper’ını yayınlayan 6G Flagship konsorsiyumunun 2020 Mart ayında düzenlediği 6G Zirvesi’ne, Kadir Has Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü öğretim üyelerinden Prof. Dr. Erdal Panayıcı, Doç. Dr. Serhat Erküçük ve Dr. Öğr. Üyesi Yalçın Şadi, görünür ışıkla haberleşme ve makineler arası haberleşme konularına yönelik 6G bildirileriyle katılım gösterdiler.

6G Flagship bünyesinde kurulan, dünyanın birçok önemli üniversitesinden ve teknoloji şirketinden araştırmacıların dahil edildiği 6G Expert Groups’a da başarılı çalışmalarıyla kabul edilen ekipten Prof. Dr. Erdal Panayırcı çalışmaları ile ilgili olarak sorularımızı cevapladı:

Bu çalışmayı bize özetler misiniz? 

İnsanlar tarafından üretilen bilgi her on yılda yaklaşık 1000 kez artmaktadır ve bu artış hızı son 50 yıldan beri hiç değişmeden sürmektedir. Ancak son yıllarda, özellikle iletişim alanında “şey” diye tabir ettiğimiz, cansız nesnelerin de bilgi üretmeye, birbirleriyle haberleşmeye başlamasıyla bunun daha da hızlanarak artacağı anlaşılmaktadır.  Üretilen bu kadar büyük boyutta bilginin güvenli olarak saklanabilmesi, işlenebilmesi ve bir yerden diğer bir yere iletilmesi için her 10 yılda bir önceki kuşağa oranla 1000 kez daha yetenekli yeni bir G (Generation, yani Nesil) iletişim teknolojisinin ortaya çıkması gerekmektedir. Bu şekilde1980’lerde 1G’den başlayarak yaklaşık her on yılda bir aşamalı olarak bu yıl 5G’ye ulaşmış durumdayız.  Önümüzdeki on yıl içinde 5G teknolojisiyle, bu zamana kadar üstün performansla başarmakta güçlük çektiğimiz, Sanal ve Genişletilmiş Gerçeklik (Virtual and Augmented  Reality), Makineler ve Araçlar Arası Haberleşme, Yapay Zeka ve Makine Öğrenmesi ile Kendi Kendine Karar Verebilen Akıllı  Sistemler, Büyük Veri Marketleri gibi uygulamalar günlük yaşantımıza yeni boyutlar katacak ve kolaylıklar sağlayacaktır.

Ancak 2030’lu yılların başından itibaren uygulamaya girecek olan 6G teknolojisinin sağlayacağı yeni yeteneklerin bir bilim kurgu niteliği taşıyacağını değerlendirmekteyim ve 6G üzerinde şimdiden tüm dünyada başlamış olan yoğun bilimsel araştırma ve geliştirme çalışmalarının da bu amacı 10 yıl içinde başaracağına inanıyorum. 5G ile 6G arasındaki en önemli fark, bence, 5G teknolojisinin, büyük oranda,  1G’den başlayarak 4G’ye  kadar   aşamalı olarak geliştirilen teknolojilere dayanması iken,  6G’de  bu zamana  kadar hiç karşılaşmadığımız bir takım özgün ve yeni teknolojilerin yaratılmasına  gereksinim duyulacak olmasıdır. Bunu bir iki örnekle açıklamaya çalışayım. Bir kere, 5G ile bilgiyi taşımak için kullandığımız elektromanyetik dalgaların frekanslarının son limitlerine artık ulaşmış durumdayız. Bu nedenle, buna bir alternatif ve yardımcı olarak 6G’de,  gerek hız ve gerekse bilgi taşıma kapasitesi bakımından ondan en az 1000 kez daha yetenekli yeni bir kablosuz haberleşme teknolojisinin temelleri atılmaktadır. Bilginin ışıkla iletilmesini sağlayan ve görünür ışıkla haberleşme adı verilen bu yeni teknolojinin temelleri, ne kadar enteresandır ki, yine 1876’da telefonu icat eden Alexander Graham Bell tarafından atılmıştır. Alexander Graham Bell, telefondan sonraki bu yeni icadıyla bilgiyi tamamen güneş ışığıyla iletmeyi başarmıştır. Photophone diye adlandırdığı bu icadının telefonun icadından daha önemli olduğunu söylemiş ve hatta daha da ileri giderek yeni doğan kızına Photophone adını vermeye çalışmıştır (Eşi Mabel, bu önerisini zarifçe geri çevirmiştir). 6G’de görünür ışıkla haberleşmenin, bugünkü cep telefonlarımız gibi,  yaşantımızın bir parçası olacağı kesin gibi gözükmektedir.

6G’nin yaşantımıza sağlayacağı yeni bir olanak da dünyada tüm canlı/cansız varlıkların birbirleriyle haberleşmesini sağlayan, “zeka”nın da yoğun olarak kullanılacağı bir takım yeni iletişim ağlarının tasarlanmasıdır.  Bunun bir sonucu olarak da,  1G’den başlayarak 5G’ye kadar kullandığımız hücre (cell) temeline dayanan klasik haberleşme ağ yapıları tarihe karışacaktır.

Son olarak,  5G’nin performans gerekliliklerini karşılamakta yetersiz kaldığı ve 6G sistemleri tarafından beklenen kalitede servis verileceği öngörülen uygulamalardan çarpıcı birkaç örnek vermek isterim:

• Holografik Teleportasyon; tamamen 3 boyutlu uzayda görme, duyma, koklama, dokunma ve tatma duyularının,  1 milisaniyeden (1 saniyenin binde birinden) çok daha küçük gecikmeyle iletimi temeline dayanmaktadır.
• Yüksek-başarımlı Hassas Tarım
• Gerçek-zamanlı Uzaktan Sağlık Hizmeti
• Akıllı Ortamlar ve Altyapılar
• Otonom Araçlar ve Siber-Fiziksel Sistemler
• Uzay Nesnelerinin İnterneti.

Dünyada bu çalışmaya katılacak 350 bilim insanı arasına seçildiniz. Bu seçim süreci nasıl gerçekleşti? Hangi çalışmanız size bu başarıyı getirdi?

Tüm dünyada 5G teknolojisi kullanılmaya başlanırken 6G çalışmaları da hız kazandı. Kablosuz haberleşme ve özellikle hücresel sistemlerde dünyanın önde gelen ülkelerinden Finlandiya’da “Academy of Finland” kurumunun öncülüğünde kurulan ve önemli birçok üniversiteyi ve endüstri partnerini bünyesinde bulunduran 6G Flagship adlı ekosistem, şimdiden 2030’lara doğru kullanacağımız 6G teknolojilerinin araştırma çalışmalarına başladı. Kadir Has Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümünden benimle birlikte Doç. Dr. Serhat Erküçük ve Dr. Öğr. Üyesi Yalçın Şadi, 2019 yılının Eylül ayında dünyanın ilk  “6G White Paper”ını yayınlayan grubun 2020 Mart ayında düzenlediği 6G Zirvesi’ne, 6G’ye yönelik bildirilerimizi sunmak üzere, kabul edildik.  2020 yılı başında 6G Flagship bünyesinde kurulan, dünyanın birçok önemli üniversitesinden ve teknoloji şirketinden 350 araştırmacının dahil olduğu 6G Expert Groups’a da özellikle Görünür Işıkla Haberleşme ve Makineler Arası Haberleşme alanındaki başarılı çalışmalarımızla dahil edildik. Devamında, 6G çerçevesindeki 12 tematik araştırma alanına odaklı hazırlanan ve geçtiğimiz ay yayınlanan  “white paper”ların hazırlanması sürecine önemli katkılarda bulunduk.  Bu çalışmalarımızla, dünyanın 6G vizyonuna Türkiye’den akademik anlamda katkı sağlayan ilk bilim insanları olarak, ülkemizi ve üniversitemizi başarıyla temsil etme imkânı bulduk.

Görünür ışıkla haberleşme ve makineler arası haberleşme konusunda yaptığınız çalışmayı kısaca özetler misiniz?

Görünür ışıkla haberleşmede bilgi günlük yaşantımızda aydınlatma amacıyla artık çok yaygın olarak kullanmaya başladığımız düşük maliyetli ve enerji verimliliği yüksek LED’lerin yaydığı ışıkla iletilmektedir. Alıcı tarafta ise, ışığa duyarlı fotodiyot gibi ışığı elektrik sinyallerine dönüştüren elemanlar kullanılmaktadır. Klasik kablosuz haberleşmede kullanılan Wi-Fi teknolojisine karşın, görünür ışıkla kablosuz haberleşme teknolojisi, Li-Fi (Light Fidelity)  diye adlandırılmaktadır.  Li-Fi’ın isim babası Edinburgh Üniversitesi’nden (Birleşik Krallık) Prof. Harald Haas olup, Kadir Has Üniversitesi’ndeki araştırma grubumuz, görünür ışıkla haberleşme konularında kendisiyle ve araştırma grubuyla yakın araştırma işbirliği içindedir. Li-Fi, sahip olduğu çok yüksek frekans band genişliği, büyük bilgi iletim kapasitesi, elektromanyetik girişimlere karşı yüksek bağışıklığı, uzamsal ortamlarda yüksek oranda güvenli kapsama özelliği ve kapsadığı frekans spektrumunun belli regülasyonlarla düzenlenmemiş olması nedeniyle,  geniş bir uygulama alanı içinde,  çok önemli teknik ve operasyonel  üstünlükler sağlamaktadır. Bu nedenlerden dolayı,  görünür ışıkla haberleşme teknolojisi 6G’de radyo tabanlı kablosuz haberleşme sistemlerine bir seçenek olarak veya onların tamamlayıcısı niteliğinde uygulamaya girecektir.

Özellikle çok kullanıcılı ve geniş bandlı görünür ışıkla haberleşme ağları için fiziksel katman güvenliğini (physical layer security) sağlamaya yönelik, veri kodlaması, yeni modülasyon ve ileri sinyal işleme tekniklerinden yararlanarak,  özgün ve yenilikçi algoritmaların tasarlanmasındaki uzmanlığımla, bu konularda ülkemizde TÜBİTAK projeleri yürütmekte, uluslararası düzeyde de Birleşik Krallık’taki Edinburgh Üniversitesi’nden Prof. Harald Haas’ın araştırma grubu, Amerika Birleşik Devletleri’ndeki Princeton Üniversitesi’nden Prof. Vincent Poor’un araştırma grubu ve Çin Halk Cumhuriyeti’ndeki South West Jiaotong Üniversitesi’nden Prof. Pingzhi Fan’ın araştırma grubu ile ortak bilimsel araştırmalar yürütmekteyim. Ayrıca kablosuz optik haberleşme konusunda yeni başlayan Avrupa COST (European Cooperation in Science and Technology) projesinde de Kadir Has Üniversitesi’ni temsilen bir araştırıcı olarak görev almaktayım.

Diğer yandan, Dr. Öğr. Üyesi Yalçın Şadi ve Doç. Dr. Serhat Erküçük ise makineler arası (M2M) haberleşme alanındaki çalışmalarıyla 6G Flagship bünyesinde araştırmacı olarak yer almaktadırlar. M2M haberleşme, iletişim-etkin cihazların insan müdahalesi olmaksızın bilgi alışverişi yaparak, inovasyon ve verimliliği artırmaya yönelik yeni uygulamalara olanak sağlamaktadır.  Bundan önce 4G’ye kadar kullanageldiğimiz hücresel teknolojilerde, M2M servislerine ikincil bir destek verilmekteydi. 5G teknolojilerinin geliştirilmesi sürecinde ise, M2M servislerine, haberleşmenin kalitesinden ödün vermeden sağlanacak birincil ve doğal destek yüksek önem taşımaktaydı. Bu desteğin sağlanmasında, spektrum kıtlığı, farklı servis kalitesi ve trafik gerekliliklerine sahip uygulamaların aynı band üzerinde desteklenebilmesi gibi zorlu problemlerin çözümü öncelikliydi. Her ne kadar 5G çalışmaları bu problemlere belirli ölçüde çözüm getirmiş olsa da 6G’ye doğru karşılaşacağımız yeni güçlükler, problemlerin çözümünde bir paradigma değişikliğini zorunlu kılıyor. Özellikle makine tipi cihaz sayısının 2030’lara doğru metrekarede 100 cihaza kadar çıkacağı düşünüldüğünde, kısıtlı kaynaklarla iletişim sağlanması ve bunu yaparken tüm sistem gerekliliklerinin yerine getirilmesi henüz çözülmemiş ve zorlu bir problem olarak araştırmacıların önünde durmaktadır. Kadir Has Üniversitesi’nde yürüttükleri araştırma projesi kapsamında, Şadi ve Erküçük, 5G ve 6G sistemlerinde makineler arası haberleşmenin doğal olarak desteklenmesi üzerine yoğun araştırmalarını sürdürmektedirler.

6G çalışmaları ve bu geçiş bize ne kazandıracak? Hayatımıza ne gibi katkıları olacak? Bu aşamadan sonra nasıl bir yol haritası gelecek?

6G,  insanların ve cansız nesnelerin (things),  dünyanın her yerinde,  birbirleriyle tamamen kablosuz bağlanarak haberleşmesini sağlayacaktır. Ayrıca, 6G’yle ilgili özgün ve yeni çözümlerle, hızla büyüyen akıllı cihaz ve hizmetlere uyum sağlanması beklenmektedir. 6G’de bağlantı hedeflerine ulaşmak için önemli teknolojik atılımlar şunları içermektedir:

(i) çok daha geniş frekans bandına, daha yüksek veri hızına, daha düşük gecikme süresi ve daha yüksek hizmet kalitesine sahip bir iletişim ağı

(ii)  tam yapay zekâ desteğiyle kablosuz yayılma ortamını mümkün kılan akıllı iletişim ortamı

(iii) büyük ölçekli ağ otomasyonu

(iv)  küp uydu (Cube Sats)  ve insansız hava araçları (İHA) yardımıyla Uzay Nesnelerin İnterneti

(v) enerji tasarrufu için geri saçılma ortamında iletişim

(vi) hücresiz haberleşme (cell free communications).

6G için izlenecek yol haritasında, 2025 yılına kadarki ilk aşama sürecinde, temel olarak yukarıda belirtilen gelişmelere ilişkin problemlerin ve olası çözümlerinin bilimsel uygulama düzeyinde tartışılacağını ve ardından da 6G’nin gerçekleştirilmesinde dünya çapındaki çabaları özetleyen bir geliştirme zaman çizelgesinin oluşturularak izleneceğini değerlendirmekteyim.

Sizin eklemek istediğiniz başka bir şey var mı?

1970 yılında Amerika Birleşik Devletleri’nde doktoramı aldığım tarihten günümüze kadar haberleşme teknolojileriyle ilgili araştırma ve geliştirme çalışmaları içinde bulundum ve bu teknolojilerdeki akıl almaz gelişmeleri heyecanla ve geri kalmadan izlemeye çalıştım. Kazandığım bilgi ve deneyimlerle, ulusal ve uluslararası birçok projeler yürüttüm, çok sayıda öğrenci yetiştirdim, ulusal ve uluslararası saygın ödüller aldım ve akademik yaşantımın yanında, önemli araştırma ve geliştirme merkezlerinde görev alarak ülkemin bu konulardaki teknolojik gelişmesine katkılarda bulundum. Özetle, tüm bu bilgi birikimi ve deneyimime dayanarak, 6G için yukarıda özetlemeye çalıştığım gelişmelerin 2030’lara doğru tamamen gerçekleşeceğine ve yaşantımızın yeni parçası olacağına kesinlikle inanmaktayım.