5G her şeyin bağlantılı olduğu bir dünyaya geçişimizde önemli bir adımdır. Dünyanın pek çok yerinde kurulumlar devam etmekte, kullanım senaryoları denenmektedir. Dijitalleşmenin önündeki engellerin kaldırılmasını sağlayacak konseptlerden en önemlisi 5G’dir. 2026 yılına kadar 3.5 milyar cihazın 5G’ye bağlanması beklenmektedir. ASELSAN, 5G’de geliştirdiği ürün ve çözümlerle bu sektörde aktif olarak yer alacak ve ülkemizde bu dönüşümün öncülerinden biri olacaktır.
Mobil veri miktarındaki büyük artış, daha hızlı kablosuz iletişime olan talebin yükselmesi, ultra güvenilir ve düşük gecikmeye sahip iletişime olan ihtiyacın artması gibi nedenler, kablosuz iletişim sektörünü daha güçlü yeni nesil bir mobil ağ geliştirmek için motive etmektedir. Bu ihtiyaçları karşılamak için araştırmalar yapılmakta, 4. Nesil haberleşme teknolojisi olan Uzun Vadeli Evrim (Long Term Evolution = LTE) ağlarına sürekli iyileştirmeler getirilmektedir. Bununla birlikte sadece haberleşme sektöründe değil, pek çok sektörde de dönüşüm sağlayan, yeni çalışma alanları ve iş yapma şekillerini mümkün kılan 5. Nesil haberleşme teknolojisi olan 5G hayatımıza girmekte ve önemini günden güne artırmaktadır.
5G’nin Gelişimi ve Mevcut Durumu
Önceki dönemlerde çeşitli kurumlar tarafından konsept çalışmalar yapılmaya başlanmış olsa da 5. Nesil mobil haberleşme ile ilgili ilk yoğun tartışmalar 2012 yılında başlamıştır. 3GPP’de 5G’nin tanımlandığı ilk sürüm olan Release 15’in ilk kısmı 2017 sonunda, tamamı ise 2019 ortasında yayınlanmıştır. 2019 yılı başlarında, özellikle Uzak Doğu ülkeleri ve Amerika Birleşik Devletlerindeki bazı operatörler, ilk 5G servisini vermeye başladıklarını açıklamıştır. Frekans ihalelerinin yapılması ve 3GPP standardizasyon çalışmalarının hızlanması ile dünyanın pek çok yerinde kurulumlar yapılmış ve kullanıcılara 5G hizmeti verilmeye başlamıştır. GSA (Global Mobile Suppliers Association) verilerine göre, Ağustos 2021 itibarıyla 72 ülkede 176 operatör 3GPP uyumlu 5G şebekesi kurulumu gerçekleştirdiğini açıklamıştır. Bunun yanında satışa hazır halde altı yüzün üzerinde 5G kullanıcı ekipmanının bulunduğu GSA tarafından belirtilmektedir.
5G’nin Diğer Haberleşme Nesillerinden Farkı
Mobil haberleşme teknolojilerinin gelişimleri incelendiğinde, 2G teknolojisinin ses haberleşmesini sağladığı, 3G teknolojilerinde odağın ses haberleşmesi ve aynı zamanda internet bağlantısını sağlamak olduğu, 4G teknolojilerinde ise video aktarımı gibi servisleri yaygın ve hızlı şekilde sağlayabilecek yüksek kapasiteyi kullanıcılara verebilmek olduğu görülmektedir. 5G’ye gelindiğinde ise temel odağın dikey sektörler olduğu görülmektedir. Bu anlamda, 5G tekil kullanıcılara haberleşme hizmetini sağlamanın yanı sıra farklı alanlardaki uygulamalara da yüksek hız, düşük gecikme ve yoğun bağlantı kapasitesi ile altyapı imkânı sağlayabilmektedir.
5G-NR (5G New Radio), 5G için küresel standart olma yolunda hızlanan yeni hava ara yüzüdür. 2G, 3G ve 4G teknolojilerinde olduğu gibi haberleşme, kullanıcı ile şebeke ağı arasındaki RAN (Radio Access Network) tarafından sağlanmaktadır. Uç ara yüzdeki kullanıcı (telefon, bilgisayar, kullanıcı ekipmanları vb.), RAN mimarisinde bulunan yazılım protokolleri ve şebeke tarafındaki ağ bileşenleri 2G, 3G ve 4G mimarilerinden farklılık göstermektedir.
5G kurulum mimarisinde birçok değişik senaryo seçeneğinin olduğu şekilde gösterilmektedir. Bu seçenekli yapı sanallaştırma özelliği sayesinde kazanılmıştır. Sanallaştırma, bilgi teknolojilerinde kazandığı popülerlikten sonra telekomünikasyon sektöründe de son yıllarda yaygınlaşmaktadır. 4G ile birlikte sanallaştırılmış ağ fonksiyonlarının kullanılmasına başlanmış, 5G ile birlikte ise bu süreç ivme kazanmıştır. 5G’de çekirdek şebeke birimleri, ilk günden itibaren servis tabanlı mimaride sanal ağ fonksiyonları olarak geliştirilmeye başlamıştır. Radyo Erişim Ağları (RAN) birimleri için de sanallaştırma faaliyetleri gün geçtikçe operatörler tarafından daha çok önemsenmektedir. Çekirdek şebeke RAN birimleri ile arka bağlantı (backhaul) ile haberleşmektedir. Bunun yanında, RAN sanallaştırma türüne göre RAN birimleri arasındaki haberleşme sadece ön bağlantı (fronthaul) ile sağlanabilmekte ya da kapalı arayüzlü orta bağlantı (closed mid-haul) ve açık arayüzlü orta bağlantı (open mid-haul) ile kurulabilmektedir. Açık arayüz geliştiren kurumların popülerlik kazanması ile birlikte operatörler üretici firma bağımlılıklarından kurtulmayı amaçlamaktadırlar. ORAN Alliance gibi kurumların geliştirdiği standartlarla birlikte firmalar özelleşmiş arayüzler yerine ortak arayüzler kullanmaya başlamaktadır.Böylece operatörler şebekedeki her bir birim için ihtiyaçlarını en iyi şekilde karşılayacak üreticinin ürünlerini kullanabilmektedir. Özetle açık ve sanal mimarilerin yoğunlukla kullanılması da 5G’yi diğer nesillerden ayıran önemli bir özelliktir.
5G’de, kullanım senaryoları temelde gelişmiş mobil geniş bant (enhanced Mobile BroadBand: eMBB), aşırı güvenilirlikli ve düşük gecikmeli haberleşme (ultra Reliable Low Latency Communication: uRLLC) ve yoğun makine tipi haberleşme (massive Machine Type Communication: mMTC) olarak üçe ayrılmaktadır. 5G’nin aşağı hat (DL) yönünde 20 Gbps, yukarı hat yönünde (UL) 10 Gbps’ye varan tepe veri hızları eMMB senaryolarını, 1 ms’ye varan gecikme hızları ve çok düşük paket kayıp oranları uRLLC senaryolarını, kilometrekarede 1 milyona varan cihaz bağlantısı ve düşük enerji tüketimi yetenekleri de mMTC senaryolarını mümkün kılmaktadır. Bunun yanında, bu konseptlerin hiçbirine tam olarak oturmayan, birden fazla konsept altında yer alabilecek senaryoların da 5G altyapısı ile hayata geçirilmesi mümkündür. Bütün bu senaryolar, 5G’nin diğer mobil haberleşme teknolojilerinden çok daha farklı şekilde konumlandırılmasını sağlamaktadır.
Uluslararası Telekomünikasyon Birliği (International Communication Union = ITU) mobil haberleşme teknolojileri için performans kriterlerini içeren çerçeveleri oluşturan kurumdur. ITU tarafından 4. Nesil mobil haberleşme için IMT-Advanced, 5. Nesil mobil haberleşme için ise IMT 2020 çerçevesi ortaya konmuştur. Karşılaştırma yapıldığında, 5G’nin 4G’ye göre 20 kat daha fazla tepe veri hızı, 10 kat daha düşük gecikme ve 3 kat daha yüksek spektrum verimliliği sağladığı görülmektedir.
5G Alt Konseptleri ve İlişkili Teknolojiler
5G’yi mümkün kılan, 5G ile doğrudan veya dolaylı yoldan ilişkili birçok haberleşme tekniği, teknolojisi ve konsepti bulunmaktadır.
Hüzme Yönlendirme:
Hüzme yönlendirme bu konseptlerin en önemlilerinden biridir. 5G dalga şekli, hüzme tabanlı bir dalga şeklidir. Tüm kanallar (tüme gönderim, kontrol, veri) ve tüm sinyaller (aşağı ve yukarı hat eş zamanlama sinyalleri) hüzme yapısı düşünülerek tasarlanmıştır. Hüzme yönlendirme ile kapsamatek bir geniş hüzme yerine, yönlendiriciliği yüksek birçok hüzme oluşturularak sağlanmaktadır. Sayısal veya analog olarak gerçekleştirilebilen hüzme yönlendirme operasyonu, kullanıcılara daha yüksek güçte sinyal ulaştırılabilmesini, girişimin azaltılmasını ve bağlantı yoğunluğunun artırılabilmesini sağlamaktadır. Masif çoklu giriş çoklu çıkış (massive MIMO) teknolojisi, çok miktarda anten elemanının aynı frekans ve zaman kaynağında hizmet vermesi ile birlikte hüzme yönlendirme, 5G’nin ayırt edici özelliklerinden biridir.
Artan Frekans Aralığı:
4G’ye kadar olan mobil haberleşme teknolojileri, 3 GHz altı frekans bantlarını kullanmaktadır. 5G’de ise frekans bantları FR-1 ve FR-2 olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. FR-1 410 MHz ile 7.125 GHz arasını ifade ederken, FR-2 ise 24.25 GHz ile 52.5 GHz arası bandı ifade etmektedir. 5G kurulumları bu frekansların tümünde yapılabilmektedir. Hatta 52.5 GHz üzerindeki frekans bantlarının da kullanılabilmesi için standardizasyon çalışmaları sürmektedir. 5G’nin çok geniş frekans aralığını destekliyor olması, karşılayabileceği müşteri taleplerinin çeşitlerinin de artmasını sağlamaktadır. Geniş kapsama sağlanması gereken kırsal bölgelerde 1 GHz altı gibi düşük frekanslar, hem kapasitenin hem de kapsamanın önem arz ettiği yerlerde 6 GHz altındaki frekanslar, yüksek yoğunluklu bölgelerde ise 26-28 GHz gibi yüksek frekans bantları kullanılabilmektedir. Bu esneklik, 5G’nin diğer teknolojilere göre önemli farklarından biridir. Milimetre dalga (mmWave) seviyesinde frekans bantlarının kullanılması, 5G’nin bir diğer önemli farkıdır. Bu seviyede frekans bantları kullanıldığında, kullanılabilecek bant genişliği hücre başına 400 MHz’lere kadar çıkabilmektedir. Bu durum, kapasitenin ve dolayısıyla veri hızlarının yükselmesine yol açmaktadır. Bunun yanında yüksek frekanslarda sinyallerin yayılımlarının düşük olması nedeniyle kapsama alanları önemli ölçüde düşmektedir. Dolayısıyla mmWave frekansları daha çok yoğun bölgelerde kapasite artırımı için dar alanların kapsanmasının gerektiği durumlarda kullanılabilmektedir.
Ağ Dilimleme:
Kullanıcılara verilecek servisler, farklı kalite politikalarına ihtiyaç duyabilmektedir. Bir servis için güvenilirlik derecesinin yüksek olması gerekirken, bir başka servis için en önemli kriter yüksek veri hızı olabilir. Ağ dilimleme özelliği ile, aynı fiziksel şebeke birden fazla sanal şebekeye bölünerek bu servis kalitesi ihtiyaçları ayrı ağ dilimleri üzerinden sağlanabilmektedir. 5G ile birlikte çekirdek şebekeden radyo erişim şebekesine kadar bütün birimler üzerinde ağ dilimleme fonksiyonu gerçekleştirilebilmektedir.
Çoklu Erişimli Uç Bilişim Teknolojisi:
Çoklu erişimli uç bilişim (Multi Access Edge Computing) teknolojisi de 5G’yi mümkün kılan, 5G’nin hedeflediği performans kriterlerine ulaşabilmesi açısından önemli yeri olan bir konsepttir. Uç bilişim teknolojisi ile daha önce merkezde bulunan işlem ve hesaplama birimleri, kullanıcıların bulunduğu, verinin üretildiği yer olan şebekenin uçlarına yakınlaştırılır. Ancak bu sayede, 5G’nin uRLLC senaryolarıyla hedeflediği 1 ms civarındaki gecikme sürelerine ulaşılabileceği değerlendirilmektedir. Bunun yanında yine uç bilişim ile yalnızca gönderilmesi gerekli olan bilgilerin merkeze iletilmesi sağlanmaktadır. Bu sayede, 5G ile birlikte artışı hızlanacak olan toplam veri miktarından dolayı şebeke altyapılarının zorlanması engellenerek fazla yükün azaltılması sağlanmaktadır. Ayrıca uç lokasyonlarda verilerin filtrelenip sınırlandırılması sayesinde hassas verilerin bu verilere ihtiyaç duymayan şebeke birimlerine aktarılması önlenmekte, böylece veri gizliliği ve güvenliğine de katkı sağlanmaktadır. Bu olanaklarından ve uç bulut lokasyonlarında RAN ve çekirdek şebeke birimlerinin konumlandırılabilmesinden dolayı uç bilişim 5G için kilit teknolojilerden biridir.
Sabit Kablosuz Erişim:
Sabit kablosuz erişim (Fixed Wireless Access = FWA) 5G’den önce de hayatımıza girmiş olan, 5G ile kapasitenin ve veri hızlarının yükselmesi ile birlikte ise görünürlüğü daha da artacak kullanım alanlarından biridir. Bu teknoloji ile 5G şebekeleri üzerinden sabit kullanıcılara, evlere, işyerlerine kablosuz ağ üzerinden yüksek hızda bağlantı sağlanmaktadır. Sabit kablosuz erişim, 5G’de operatörlerin ilk olarak devreye aldıkları, günümüzde en fazla kurulumu yapılıp hizmet verilmeye başlanan kullanım senaryolarındandır.
5G’de RAN ve Çekirdek Şebeke Tarafındaki Gelişimler
5G’de, RAN tarafında pek çok yenilikler hayatımıza girmiştir. 5G NR standardizasyonu ile 5G’de hedeflenen performans değerlerinin sağlanabilmesi amacıyla pek çok yeni tanımlama yapılmıştır. 3GPP tarafından yayımlanan her sürümde de bu tanımlamalara yenileri eklenmektedir. Aşağı hat yönünde CP-OFDM modülasyon tipi kullanılırken, yukarı hat yönünde CP-OFDM’in yanında DFT-S OFDM modülasyon tipi de kullanılmaktadır. Bunun yanında radyo erişimi tarafında, daha önceki nesillerde sürekli olarak gönderilen sinyal tipleri çok büyük oranda azaltılmıştır. Kullanıcı ekipmanı ile senkronizasyon için gerekli olan sinyaller dışında sürekli yayınlanması gereken bütün sinyaller kaldırılarak hem girişimin azaltılması hem de enerji tüketiminin azaltılması hedeflenmiştir. LTE’de tek olan alt taşıyıcı genişliği ise 5G’de çeşitlendirilerek fiziksel katman tarafında bir başka esneklik daha kazanılmıştır. Yine fiziksel katman tarafında mini slotların kullanılabilmesi ile uRLLC senaryolarını mümkün kılacak bir yapı sunulmaktadır. 5G dalga şeklinin, referans sinyal yapısı, her dilimin (slot) bağımsız olarak çözülebilmesi için en iyileştirilmiştir. Bütün bu yeniliklerin bulunduğu RAN şebekeleri günümüzde pek çok ülkede kullanıma alınmaktadır.
RAN tarafının yanında çekirdek şebekede de 5G’de önemli yenilikler karşımıza çıkmaktadır. 5G’de çekirdek şebeke, tamamen servis bazlı bir mimaride sunulmaktadır. Çekirdek şebeke bileşenlerinden her biri birer ağ fonksiyonu olarak birbirlerine servisler sunmakta ve birbirlerinin servislerini tüketmektedir. Şebekenin diğer kısımlarında olduğu gibi çekirdek 5G NEDİR? 029 şebekede de ağ dilimleme yeteneğinin sağlanması sayesinde aynı fiziksel şebeke üzerinden birbirinden farklı servis kalitesi ihtiyaçları bulunan uygulamalar sunulabilmektedir.
Dikey Sektörler ve 5G’nin Oyun Değiştirici Rolü
Bütün bu teknolojiler ve geliştirmelerle birlikte, 5G üzerinden çok çeşitli dikey sektörlere hizmet verilebilmektedir. Birçok kullanım alanında WiFi teknolojisi ile sağlanamayan hareketlilik yetenekleri, kapsama alanı kapasiteleri 4G ve 5G gibi geniş bant teknolojileriyle sağlanabilmektedir. 5G’nin diğer mobil haberleşme nesillerinden ayrılan bir yanı, hizmet verdiği birimlerin tekil kullanıcılardan ziyade işletmeler ve kurumlar da olabilmesidir. Bu sayede fabrikalar, havaalanları, devlet kurumları gibi işletmeciler için özel ağlar kurularak yeni iş modelleri de hayata geçirilmeye başlanmıştır. Sağlık, ulaşım, enerji, oyun gibi pek çok sektörde 5G oyun değiştirmekte, artırılmış gerçeklik ve otonom sürüş gibi birçok uygulama için de 5G bu hizmetleri vermeyi mümkün kılan teknoloji olmaktadır.
5G her şeyin bağlantılı olduğu bir dünyaya geçişimizde önemli bir adımdır. Dünyanın pek çok yerinde kurulumlar devam etmekte, kullanım senaryoları denenmektedir. Dijitalleşmenin önündeki engellerin kaldırılmasını sağlayacak konseptlerden en önemlisi 5G’dir. 2026 yılına kadar 3.5 milyar cihazın 5G’ye bağlanması beklenmektedir. ASELSAN, 5G’de geliştirdiği ürün ve çözümlerle bu sektörde aktif olarak yer alacak ve ülkemizde bu dönüşümün öncülerinden biri olacaktır.
Kaynak: ASELSAN
