2G ve 3G ve standartlarının devamı olan LTE (Long Term Evolution), dördüncü nesil bir kablosuz telefon teknolojisidir. Hücresel ağ sistemini kullanan LTE, ikinci ve üçüncü nesilde meydana gelen kapsama alanı sorununa çözüm getirmekte birlikte erişim hızını da 100 Mbps’a taşımaktadır. LTE Advanced (4.5G) teknolojisi ile bu hız 300 Mbps’a ulaşmaktadır. LTE, hem ses hemze data hizmetleri için uçtan uca IP çözümü sağlamaktadır.

LTE teknolojisi, ilk olarak Japon NTT DoCoMo tarafından anons edilmiştir. Amerikan Verizon şirketi tarafından 2009 yılında ilk testleri yapılmış ve 2010 yılından itibaren dünyanın önde gelen telekomünikasyon şirketleri tarafından kullanılmaya başlanmıştır. 2000’li yıllar 3G teknolojisinin devreye alındığı yıllar olurken, 2010’lı yıllar ise 4G teknolojisinin kurulduğu ve kullanıldığı yıllar olmaktadır.

Kablosuz haberleşmenin ilk yıllarında TDMA ve FDMA teknolojileri kullanılmıştır. Mobil teknolojilerde yaşanan evrime paralel olarak, üçüncü nesil mobil sistemlerde CDMA teknolojisi kullanılırken, dördüncü nesil mobil sistemlerde ise OFDM teknolojisi kullanılmaya başlanmıştır. FDMA’de kullanıcı trafiği farklı frekanslarda taşınırken, TDMA’de kullanıcı trafiği aynı frekansın farklı time slotları ile taşınmaktadır. CDMA’de, kullanıcı trafiği aynı frekans ve zamanda farklı kodlar kullanılarak taşınmaktadır. OFDMA’de ise kullanıcı trafiği aynı frekansta farklı timeslotlar ve alt taşıyıcılar kullanılarak taşınmaktadır.

LTE, IP tabanlı ağlara benzer bir mimari oluşturmak üzere tasarlanmış yeni bir ağ mimarisini kullanır. UMTS (3G) bir şebekede, LTE (4G)’ye geçiş Şekil 1’de gösterilmektedir. LTE ile hiyerarşik yapıdan, yatay yapıya bir geçiş̧ yapılmaktadır. RNC tarafından kontrol edilen NodeBler yerine, kendi kendini yöneten akıllı e-NodeBler kullanılmaktadır. Daha basit bir şebeke oluşturmak için, 3G şebeke mimarisinden RNC ve SGSN'yi kaldırır. LTE radyo ağındaki bir diğer yenilik, çoklu girişli, çoklu çıkışlı (MIMO) antenlerin kullanılmasıdır.

 

Şekil 1. 3G şebekeden 4G şebekeye geçiş

 

LTE mimarisinde; Paket Veri Şebekesi (Packet Data Network, PDN), Gelişen Paket Omurga (Evolved Packet Core, EPC) ve evrimleşmiş UTRAN (evolved UTRAN) bileşenleri bulunmaktadır.

Şekil 2. LTE ağ mimarisi

EPC (Evolved Packet Core), MME, Serving Gateway, PDN Gateway, PCRF ve HSS öğelerinden oluşur.

Hareketlilik Yönetimi Varlığı (Mobility Management Entity, MME)

MME, abone ve oturum yönetimi ile ilgili tüm kontrol düzlemi işlevlerinden sorumludur. EPC içerisinde sinyalleşme prosedürleriyle ilgilidir. Kullanıcı kimlik doğrulamasının yanı sıra şifreleme ve bütünlük korumasını sağlar. Başlangıçtaki bir kullanıcı için SGW seçimi yapar, UE'lere (Kullanıcı Ekipmanı) geçici kimlik üretir ve bunları tahsis eder. Boşta olan UE’lerin yerlerini izler, taşıyıcı etkinleştirme ve devre dışı bırakma süreçlerini yönetir. MME, LTE ağında denetleme fonksiyonunu da yerine getirir. Sinyallerin yasal olarak kesilmesini ve LTE ve diğer ağlar arasındaki geçişleri kontrol eder.

Hizmet Ağ Geçidi (Serving Gateway, SGW)

SGW, kullanıcı veri paketlerinin yönlendirilmesi ve iletilmesinden sorumludur. Aynı zamanda, eNB arası alışverişlerden sorumludur, LTE ile 2G/3G ve PGW gibi diğer ağlar arasında mobiliteyi sağlar. SGW, eUTRAN'a yönelik paket veri arayüzünün sonlandırma noktasıdır. EPC içerisindeki dağıtım ve paket veri bağlantı fonksiyonudur. EPC içindeki paket verilerini PDN ağ geçidine gönderir ve alır.

Paket Veri Ağ Geçidi (Packet Data Network Gateway, PGW)

PDN Ağ Geçidi, EPC’ler ve harici ağlar arasındaki bağlantı düğümüdür. 3G şebekelerde GGSN’lere benzer bir rolü yerine getirirler. UE'ler için veri trafiğinin giriş noktasıdır. Birden çok PDN'e erişmek için, UE'ler aynı anda birkaç PGW'ye bağlanabilirler. PGW; Politika uygulaması, Paket filtreleme, Ücretlendirme desteği, Kanuni müdahale ve Paket tarama işlevleri yerine getirir.

Politika ve Ücretlendirme Kuralı İşlevi (Policy and Charging Rule Function, PCRF)

PCRF, servis politikasını yönetir ve her kullanıcı oturumu ve muhasebe bilgisi için QoS bilgisi gönderir. PCRF’in ana işlevi, dış PDN ve EPC arasındaki Hizmet Kalitesi (QoS) koordinasyonunu sağlamaktır. Bu nedenle PCRF, Rx + arabirimi üzerinden harici veri ağına (PDN) bağlanır. Bu işlev, taşıyıcısı kurulumu ile ilişkili QoS'leri kontrol etmek ve değiştirmek veya bir taşıyıcının PDN'den kurulmasını istemek için kullanılabilir.

Ana Abone Sunucusu (Home Subscriber Server, HSS)

HSS (Ana Abone Sunucusu), IMS 2G / GSM öncesi ve 3G / UMTS şebekelerinde mevcut olan iki fonksiyon olan HLR (Ev Konumu Kaydı) ve AuC'nin (Doğrulama Merkezi) bir araya getirilmesidir. Kullanıcı tanımlama ve adresleme ve kullanıcı profili bilgileri burada tutulur. HSS'nin HLR kısmı, gerektiğinde tüm kullanıcı abonelik bilgilerini içeren veri tabanını depolamak ve güncellemekle görevlidir. HSS'nin AuC kısmı, kullanıcı kimliği anahtarlarından güvenlik bilgisi üretmekle yükümlüdür. Bu güvenlik bilgisi HLR'ye sağlanır ve ayrıca ağdaki diğer kuruluşlara bildirilir.

E-UTRAN, eNodeB ve x2 arabiriminden oluşmaktadır.

eNODEB (evolved NodeB) / LTE BTS

E-UTRAN içinde tanımlanan tek ağ elemanıdır. Tüm radyo yönetim işlevlerini sağlar ve fiziksel katman da dahil olmak üzere komple radyo arabirimini sonlandırır. UTRAN ile karşılaştırıldığında, OFDM tabanlı E-UTRAN yapısı oldukça basittir. 2G’de BSC (Baz İstasyonu Kontrolörü), 3G’de RNC (Radyo Şebeke Kontrolörü) işlevleri E-UTRAN'da ortadan kalkmıştır. eNodeB, S1 arayüzü kullanılarak doğrudan omurga ağa bağlanır. Sonuç olarak, RNC tarafından sağlanan özellikler, eNodeB veya omurga ağ’da MME veya SGW arasında dağıtılmıştır.

X2 Arabirimi

X2 arayüzü, eNodeB arasında mesh şekilde tanımlanmıştır. Bu arayüzün temel amacı, kullanıcı hareketliliğinden kaynaklanan paket kaybını en aza indirmektir. Kullanıcı erişim ağı üzerinden geçtikçe, eski eNodeB kuyruklarında saklanan gönderilmemiş veya onaylanmamış paketler, X2 arabirimi sayesinde yeni eNodeB'ye yönlendirilebilir veya tünellenebilir.

Türkiye’de 4G yerine daha gelişmiş bir teknoloji olan 4.5G şebekesi 3 mobil operator Avea (TurkTelekom), Turkcell ve Vodafone tarafından kurulmuş ve 1 Nisan 2016 tarihi itibariyle kullanıma sunulmuştur. 4G teknolojisi ile sesli ve görüntülü iletişim, yüksek hızlı internet erişimi, internet tabanlı gerçek zamanlı servisler, HD kalitesinde TV yayıncılığı mümkün hale gelmektedir. Bunların yanısıra 4G, kamu güvenliği ve acil durum haberleşmesinde, sınır güvenliğinin sağlanması, karayolları, demiryolları gibi ulaşım yollarının denetlenmesini ve İnsansız Hava Araçlarının çektikleri görüntülerin gerçek zamanda aktarılmasını sağlamak amacıyla kullanılabilir.

5G standart çalışmaları 5GPP tarafından yapılmaktadır. 5G şebeke elemanları birçok üretici tarafından geliştirilmiş, laboratuvar ve saha testleri yapılmaktadır. 2020 yılında Japonya’nın Tokyo şehrinde yapılacak Olimpiyatlar sırasında 5G servisi ticari olarak hizmete girecektir