Önümüzdeki 10 yıl içinde, 6G’yi etkinleştirmek için önemli ölçüde katkıda bulunacak yeni teknolojileri şöyle sıralayabiliriz;

Yaygın Yapay Zekâ

6G’yi etkinleştirecek en kesin ve önemli teknoloji yapay zekâ olmalıdır. Özellikle “derin öğrenme” ve kitlesel eğitim verilerinin mevcudiyeti nedeniyle, son yıllarda kablosuz şebekelerin optimizasyonu ve tasarımı için yapay zekâ kullanımına büyük ilgi gösterilmektedir ve yapay zekânın 6G'nin merkezinde olacağı konusunda kesin bir fikir birliği vardır.

Gerçekte, son başarılar yapay zekayı 5G'nin bir parçasını oluşturmaya motive etmiş olsa da 5G’de yapay zekanın sadece kitlesel eğitim verilerinin ve güçlü bilgisayar imkanlarının bulunduğu izole alanlarda çalışması beklenmektedir. Şimdiye kadar araştırmacılar, kanal kestirimi ve ön kodlama gibi fiziksel katman tasarımlarından, trafik kontrolü ve önbellek depolama yönetimi gibi şebeke kaynağı tahsisine, dinamik hücre ve topolojiye, hata tahmini ve tespiti vs.ye kadar, kablosuz iletişimde yapay zekâ kullanmanın sayısız başarılı örneğini göstermişlerdir. Yapay Zeka’nın bir türünün 5G’nin parçası olarak gerçekleştirileceğini ummak mantıklı olacaktır ve yapay zekâ 6G’de ise ana bileşenlerden daha fazlası haline gelecektir. Şu anda en güçlü yapay zekâ tekniği olan derin öğrenme, aslında derin sinir şebekesi (DNN) temeline dayanmaktadır.

6G, dünyanın herhangi bir yerinde milyonlarca ve milyarlarca uçtan-uca haberleşmeyi idare eden sis-RAN gibi çok daha dağıtık mimariye doğru ilerliyor. Dağıtık bulut yapısı, şebeke kenarlarında yapay zekâ için veri ile ilgili eğitim (yapay zekanın öğrenmesi amacıyla) yapılmasını gerektirir ve bu derin öğrenme operasyonu için ciddi bir handikaptır. Yeni geliştirilen “birleştirilmiş öğrenme” dağıtık lokasyonlarda eğitim yapılmasına imkân tanıyarak bu sorunu kısmen çözse de bu merkezi öğrenme için daha dağıtık bir uygulamadır ve dağıtık bulutlar ve merkezi bir şebeke yöneticisi arasında iletişimi gerektirir. Ayrıca, optimizasyon için birleştirilmiş öğrenme çok daha az güçlüdür, çünkü kullanıcı seviyesindeki güncellemelerin merkezi yöneticiye geri gönderilmeden önce ortalaması alınır.

Gerekli optimizasyon bir oyunda yarışan oyunculara benzerlik gösterir, bu yüzden oyun teorisinin (oyun teorisi, her oyuncunun kendi hamlesine karşın diğerlerinin yapacağı hamleyi hesaba kattığı stratejik durumlardaki insan davranışlarını (tercihlerini) inceler, bu nedenle oyun teorisi algoritmasının yapay zekâya kodlanması, robotlara insan davranışlarını tespit edip otomatik olarak en uygun cevabı vermesini öğretmek demektir) kendi başına uygun bir optimizasyon yöntemi olmamasına rağmen, optimizasyon konusunda yararlı olacağı beklenmektedir. 6G’nin başarılı olması için, yapay zekâ ve oyun teorisinin bir entegrasyonu tam olarak dağıtık bir öğrenme mekanizmasını sağlayacaktır, burada çoklu yapay zeka unsurları etkileşimler yoluyla birbirlerini eğitebilirler. Kolektif yapay zekâ, aralarında sınırlı ya da doğrudan iletişim olmadan, her yapay zeka biriminde lokal eğitime dayalı aynı hedefi başarmayı amaçlayan çoklu yapay zeka unsurlarının bulunduğu durumda kullanılmak üzere yakın zamanda ortaya çıkan bir kavramdır. Yapay zekayı oyun teorisi ile etkili bir şekilde bir araya getirebilen kolektif yapay zekanın, gerçek beyin gücünü 6G'ye getireceği tahmin edilmektedir.

Radar-Etkin Bağlamsal İletişim

Zekâ, eğer analiz etmek için yeterli bilgi varsa kendini gösterir. Bir kullanıcı donanımını daha üst seviyeye çıkartmak için, sadece işlemsel gücünü geliştirmek yeterli değildir, bilgi toplama yeteneği de eşit ölçüde önemlidir. Radar teknolojileri, bağlam (ortam) bilinçli (bağlam bilincine sahip akıllı cep telefonu uygulaması kullanıcının aktivitelerini (yürümek, oturmak, araba sürmek vb) telefon sensörleri ile algılayabilen ve uygun tepkiyi verebilen bir yazılımdır) iletişimi, daha önce başaramadığı bir düzeyde sağlayacak olan mobil kullanıcı ve IoT cihazları için çevresel farkındalığı zenginleştirir. Yapay Zekâ ile birlikte kullanıcı donanımları, potansiyel gizli dinleyicileri veya düşmanları radardan gözlemleyerek tespit edip yerelleştirebilecek ve fiziksel katman güvenliği yaklaşımlarını kullanarak iletişimlerini gelişmiş koruma altına alabilecektir. Ayrıca, kullanıcıların davranışsal verilerine dayanan fiziksel katman güvenlik doğrulama (onaylama) gibi yöntemler de mümkün olacaktır. Kullanıcı cihazı tarafından toplanan genel bağlamsal veri ayrıca kullanıcı cihazının bir sonraki hareketini öngörerek şebekenin daha iyi hizmet sağlamasına da yardımcı olur.

Hücresiz Şebekeler

5G'nin son dönem gelişimindeki en önemli konulardan biri, altyapıların olmadığı veya altyapıların felaketler nedeniyle hasar gördüğü olaylarda ve keşif faaliyetlerinde mobil kapsama sağlamak için kullanılması planlanan İHA-İnsansız Hava Aracı (uçan baz istasyonlarının kullanıldığı) kablosuz şebekelerdir. 6G’de, İHA kablosuz şebekeler ya da dronecell’ler tam kapasite ile kullanılacaktır. Ve böylece isteğe bağlı olarak küçük gecikmelerin olabileceği hücresiz şebekeleri gerçekleştirmek için şebeke kaynakları mobilize edilerek bu tür uygulamalar yaygınlaşacaktır. İHA'ların oluşturduğu değişken hücrelerden tam olarak yararlanmak için, kaynak tahsisi (radyo, enerji ve bilgi işlem kaynakları dahil), yörünge, içerik önbelleğe alma ve kullanıcı birliği için optimizasyon ortaklaşa gerçekleştirilecektir. Ayrıca 6G’de, İHA’lar radyo kapsaması sağlamak için sadece uçan baz istasyonları olarak hizmet sağlamayacak ayrıca içerik sağlayıcılığı ve hesaplama sunuculuğu görevlerini de üstlenecektir. 6G’nin diğer yeni teknolojilerle pek çok sinerjisi olacaktır. Örneğin yapay zekâ İHA’lar için en iyi yolları dinamik olarak bulmak ve öğrenmek ve ayrıca bunları diğer parametrelerle optimize etmek için şebeke kullanım verisini alacaktır. Bu kaçınılmaz olarak şebeke topolojisinin dinamik olarak yeniden yapılandırılmasına yol açacaktır. Ek olarak, İHA'lar, sürekli hareket etmelerini sağlayan kablosuz güç aktarma teknolojilerinden büyük ölçüde yararlanırken, ayrıca yeni nesil yazılım tanımlı şebekede hizmet-tabanlı şebeke katmanlamasını desteklemeye de yardımcı olacaklardır.

Meta-malzemeler ve Akıllı Yapılar

Geçtiğimiz on yılda büyük başarıya rağmen geleneksel anten tasarım teknikleri görünüşte kendi sınırlarına ulaşmıştır ve bu konuda herhangi bir başka çabanın performans olarak yalnızca çok az artış sağlayacağı beklenmektedir. Diğer yanda, meta-malzemelere dayalı antenler konusu yaklaşık yirmi yıldır araştırılmış olmasına rağmen, daha önceki nesil mobil iletişimde bu malzemelerin herhangi bir etkisi olmamıştır. Bu, 6G'de meta-malzeme tabanlı antenlerin kullanıcı donanımları için standart haline geleceği ve kitlesel MIMO teknolojisinin cep telefonlarında da kullanılmasına izin verdiği durumlarda değişecektir. Meta-malzemelere dayalı antenlerin gelişmesi, küçük boyutlu yüksek verimli geniş bantlı antenlerin de mümkün olmasını sağlayacaktır. 6G'de ortaya çıkacak olan bir başka yeni anten teknolojisi biçimi, yayılma ortamına uyacak şekilde istenen herhangi bir şekilde biçimlendirilebilen iletken sıvı, metal sıvı veya iyonize sıvıdan yapılmış sıvı antenlerdir. Sıvı antenler, herhangi bir zamanda ihtiyaçlara ve çevreye dayalı olarak, cep telefonlarında insan hareketine uyum sağlayarak elektromanyetik alanlara (EMF) maruz kalma oranını azaltma yeteneğine sahip olurken, akışkan yapı, önceden tanımlanmış anten donanımı ve sinyal işleme arasındaki sınırları kaldırarak, olağanüstü diversity (çoklu anten kullanımı) ve çoğullama (multiplexing) kazanımları için konumunu ve şeklini optimize etmeyi sağlayacaktır.

Muhtemelen, tek bir yazılım tanımlı bir sıvı anten, bir kullanıcı donanımının yüzeyinden tam olarak yararlanmak için şeklini, boyutunu ve konumunu değiştirme esnekliğine sahip olarak, yalnızca kitlesel MIMO antenlerinin elde edebileceği zengin çeşitliliği sağlayabilir. Bu alandaki araştırmalar halen başlangıç aşamasında olmasına rağmen, önümüzdeki 5 yıl içinde çok fazla ilerleme olacağı tahmin edilmektedir. Yazılım tanımlı malzemeler bir radyo kontrollü ortam sağlamak için aslında daha büyük ölçekte kullanılabilir. Örneğin, yazılım tanımlı malzemeler istenmeyen radyo sinyalleri için yalıtım sağlamak üzere duvarlara döşenebilir.

Görünür Işık Haberleşmesi

Görünür ışık haberleşmesi, özel bir optik kablosuz iletişim şeklidir ve optik frekanslardaki verileri kodlamak için beyaz-LED kullanır, bazı çalışmalar her bir bağlantının 0.5Gbps veri hızına kadar ulaşabileceğini, bu nedenle görünür ışık haberleşmesi 6G’nin gerektirdiği veri hızını karşılamak için iyi bir aday olduğunu göstermiştir. Özellikle bu tür haberleşme sisteminin, veri iletişiminin kontrol ve koordinasyonu için otomobillerin ön ve arka lambalarının anten olarak kullanılabileceği araçtan-araca (V2V) iletişimde faydalı olacağı düşünülmektedir. Ayrıca görünür ışık haberleşmesi, uçaklarda kabin içi internet hizmeti, su altı iletişimi, sağlık hizmet bölgeleri vb. gibi geleneksel RF iletişiminin daha az etkili olduğu senaryolarda da faydalı olacaktır.

Kablosuz Güç Transferi ve Enerji Hasadı

Son on yılda zaten kablosuz güç aktarımı ve enerji hasadı araştırmaları için harcanan çok sayıda çaba vardır ancak bu çalışmaların 5G'de önemli bir rol oynamadıkları görülüyor. Bununla birlikte bu çalışmalar 6G’de çok büyük önem taşıyacaktır. Öncelikle 6G’de iletişim mesafesi çok daha kısa olacak ve bu da kablosuz güç aktarımını anlamlı kılacaktır, çünkü kablosuz şebekeler daha yoğun olmaya devam edecek, ilaveten İHA'larının baz istasyonları olarak kullanılması da mesafeleri kısaltacaktır. Ayrıca, 6G’de kullanıcı donanımlarının ya da herhangi bir IoT cihazının yapay zekâ kullanımı nedeniyle daha çok güce ihtiyacı olacaktır. Öte yandan, ortamdaki RF sinyallerinden çıkan enerji, enerji hasadı teknolojileri ilerlemeye devam ettikçe, düşük güçlü uygulamalar için uygun bir güç kaynağı haline gelebilir.

Yörüngesel Açısal Momentum (OAM: Orbital Angular Momentum) Haberleşmesi

Teknolojik olarak uzun bir süre optik biliminde göz önünde bulundurulan “yörüngesel açısal momentumun” (bir elektromanyetik dalganın yayılım yönündeki düşey düzleminde faz dönmesi özelliği) ayrıca elektromanyetik dalga bandında da kullanılabilmesi mümkündür. Polarizasyon çeşitliliği ve yörüngesel açısal momentum çoklama (multiplexing) tekniği kullanılarak yapılan bazı çalışmalar birkaç metrelik mesafede çalışmak için çok yüksek kapasiteli kablosuz haberleşme sistemlerinin kurulabileceğini göstermiştir. Aynı uzaysal kablosuz kanal üzerinden birçok bağımsız veri akışı iletimi alan spektral verimliliğini çok daha fazla arttıracak şekilde tasarlanabilir. Bu alandaki performans, endüstriyel otomasyon için fayda sağlamada nispeten kısa mesafelerde özellikle umut vericidir. Deneysel olarak yapılan bir milimetre dalga yörüngesel açısal momentum sisteminde, 95.7bps/Hz’lik muazzam bir spektral verimliliği ile 2.5Tbps'den daha fazla veri hızı elde edildiği bildirilmiştir. Bu yüksek hız, kritik 6G kullanım durumlarından biri olarak öngörülen Endüstri 4.0 için çok yararlı bir teknoloji olabilir.

Kuantum İletişimi ve Şebekeler

Kuantum iletişimi, 6G'nin iki temel kriterine, yani son derece yüksek veri hızına ve güvenliğe önemli ölçüde katkıda bulunacak olan umut verici başka bir teknolojidir. Tahrifat olmadan kopyalanamayan ya da erişilemeyen kuantum dolaşıklığının doğal güvenlik özelliği, onu 6G ve ötesi sistemler için doğru bir teknoloji haline getirebilir. Bazı çalışmalar zaten kuantum anahtar dağıtımının (QKD) ve ilgili protokollerin ilk pratik uygulamasını göstermiştir. Kuantum iletişiminin bir diğer çekici özelliği, uzun mesafeli iletişim için uygun olmasıdır. Bununla birlikte, mevcut repetör kavramı, dolaşıklığın kopyalanamaması nedeniyle kuantum iletişimi için uygulanabilir değildir. Uydular, yüksek irtifa platformları ve İHA'ları, anahtar yenilenme ve yeniden dağıtım için güvenilir bağlantı noktaları olarak kullanabilirler. Kuantum cihazların tasarımı açısından, halen mutlak sıfır sıcaklığın birkaç derece üzerinde çalışan tek bir foton verici cihaz zaten gerçekleştirilmiştir. Bunu normal sıcaklıklarda işler hale getirmek için daha pek çok çalışma gerekecektir. Bu durum 6G de kuantum iletişiminin uygulanmasında önemli sıkıntılar yaratabilecektir.

Sonuç olarak, bu yıl için 5G’nin ilk kurulum çalışmaları sürerken, yeni tartışmalar 6G'nin ne olabileceğini şekillendirmeye başladı bile. Daha önceki yazılarımda belirtmiş olduğum gibi, dünyada 6G için teknolojiler geliştirmeyi hedefleyen yüksek düzeyde girişimler zaten mevcut. 5G hizmete girerken, yeni kullanım olanaklarının ortaya çıkacağını ve sektörün daha iddialı ve karlı senaryolar bulacağını ön görmek yanlış olmasa gerek. Nihayetinde galiba 6G, 5G’nin elektronik çağdan optik ve fotonik çağa doğru kayacağını görecektir.