4G HABERLEŞME TEKNOLOJİLERİNİN İNCELENMESİ VE KARA KUVVETLERİ TAKTİK SEVİYE BİRLİKLERİNDE MUHAREBE KOŞULLARINDA UYGULANABİLİRLİĞİNİN ANALİZİ

T.C. KARA HARP OKULU SAVUNMA BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ TEKNOLOJİ YÖNETİMİ ANA BİLİM DALI 4G HABERLEŞME TEKNOLOJİLERİNİN İNCELENMESİ VE KARA KUVVETLERİ TAKTİK SEVİYE BİRLİKLERİNDE MUHAREBE KOŞULLARINDA UYGULANABİLİRLİĞİNİN ANALİZİ YÜKSEK LİSANS TEZİ Hazırlayan Mu. Yzb. Hakan YÜCEL Tez Danışmanı Dr. Tuna GÜVEN Eş Danışman Dr. Tuğg. Erdal TORUN ANKARA 2014

TEZ TANITIM FORMU TEZİN TARİHİ : 16.06.2014 TEZİN TİPİ : Yüksek Lisans Tezi TEZİN BAŞLIĞI : Dördüncü Nesil (4G) Haberleşme Teknolojilerinin İncelenmesi ve Kara Kuvvetleri Taktik Seviye Birliklerinde Muharebe Koşullarında Uygulanabilirliğinin Analizi TEZİN YAPILDIĞI BİRİM : Kara Harp Okulu Savunma Bilimleri Enstitüsü Teknoloji Yönetimi Ana Bilim Dalı SPONSOR KURULUŞ : - DAĞITIM LİSTESİ : Kara Harp Okulu Savunma Bilimleri Enstitüsü Tez Hazırlama, Onay, Dağıtım ve Muhafaza Esasları Kılavuzunda Belirtilen Yerlere TEZİN ÖZETİ : Mobil haberleşme imkân ve kabiliyetlerinin hızla arttığı ve güvenilir bilgiye ulaşma, değerlendirme ve kullanma yeteneğinin hayati bir önem kazandığı günümüzde, içerisinde günümüzün son teknolojilerini barındıran dördüncü nesil mobil haberleşme sistemi olan 4G ve bunun taktik seviyedeki askeri birliklerde uygulanabilirliği incelenmiştir. Bu değerlendirme sonucunda bu teknolojinin sivil haberleşme şartlarında kullandığı yeni nesil çözümlerin ve elde edilen imkânlarının askeri haberleşme şartlarında kullanılabilirliği sorgulanmıştır. Amerika Birleşik Devletleri (ABD) Tugay birlik mimarisinin temel değerlendirme birimi olarak kullanıldığı bu incelemede, taktik kuruluşlar ve bu kuruluşların harekât prensipleri de göz önünde bulundurularak haberleşme mimarisi kapsamında ihtiyaç duyabileceği tahmini ses ve veri akışı planlanmış ve bu akışın sağlaması gereken koşullar incelenmiştir. Askeri haberleşmenin kendine has zorluk ve kısıtlamaları dahilinde, bu ihtiyaçların dördüncü nesil haberleşme teknolojileri ile sağlanabilirliliği değerlendirilmiştir. ANAHTAR KELİMELER : 4G, OFDM, OFDMA, WiMAX, LTE, LTE-A, MIMO.

SAYFA SAYISI : 137 GİZLİLİK DERECESİ : Tasnif Dışı Bu tezde belirtilen görüş ve yorumlar yazara aittir. Türk Silahlı Kuvvetleri nin ya da diğer kamu kuruluşlarının görüşlerini yansıtmamaktadır.

T.C. KARA HARP OKULU SAVUNMA BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ TEKNOLOJİ YÖNETİMİ ANA BİLİM DALI DÖRDÜNCÜ NESİL (4G) HABERLEŞME TEKNOLOJİLERİNİN İNCELENMESİ VE KARA KUVVETLERİ TAKTİK SEVİYE BİRLİKLERİNDE MUHAREBE KOŞULLARINDA UYGULANABİLİRLİĞİNİN ANALİZİ YÜKSEK LİSANS TEZİ Hazırlayan Mu. Yzb. Hakan YÜCEL Tez Danışmanı Dr.Tuna GÜVEN Eş Danışman Dr. Tuğg. Erdal TORUN ANKARA 2014

KARA HARP OKULU SAVUNMA BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MÜDÜRLÜĞÜNE Hakan YÜCEL in, 4G Haberleşme Teknolojilerinin İncelenmesi ve Kara Kuvvetleri Taktik Seviye Birliklerinde Muharebe Koşullarında Uygulanabilirliğinin Analizi konulu tez çalışması, jürimiz tarafından TEKNOLOJİ YÖNETİMİ Ana Bilim Dalında YÜKSEK LİSANS tezi olarak kabul edilmiştir. -------------------------------- Başkan Tuna Güven (Danışman) Dr. Üye -------------------------------- Önder Haluk TEKBAŞ Prof.Müh.Alb. Üye -------------------------------- Yavuz YAPICI Dr. ONAY Yukarıdaki imzaların, adı geçen öğretim üyelerine ait olduğunu onaylarım.... /... / 2014 Önder Haluk TEKBAŞ Prof.Müh.Alb. Enstitü Müdürü

TEŞEKKÜR İlk olarak bana bu yüksek lisans tezini yapma imkânını sağlayan Kara Kuvvetleri Komutanlığına ve mezuniyetinden şeref duyduğum Kara Harp Okulu Komutanlığına, akademik bilgisinden azami derecede faydalandığım ve benden hiçbir yardımı esirgemeyen tez danışmanım Dr.Tuna GÜVEN e, gösterdiği ileri görüşçülük ve hedeflerle geleceği daha iyi görmemi sağlayan eş danışmanım ve komutanım Dr.Tuğg. Erdal TORUN a, her zaman ve yerde her türlü konuyu danışabildiğim, gösterdiği yüksek anlayış ve yardımseverlik ile her zaman çalışmama azim katmamı sağlayan komutanım Mu.Bnb. Uğur YİĞİT e, Savunma Bilimleri Enstitüsünde göreve başladığım andan itibaren gösterdiği iyi niyet ve samimi duruş ile yardımlarını esirgemeyen Bölüm Başkanım Yrd.Doç.Müh.Alb. Celal EVCİ ye ve hedef belirlememizde ve vizyon sahibi olmamızda bize yardımcı olan, en küçük sorunda dahi çözüm üretebilen Enstitü Müdürümüz Prof.Müh.Alb.Önder Haluk TEKBAŞ a en içten dileklerimle teşekkürlerimi arz ederim. Hayata adım attığım ilk günden itibaren öncelik sırasını her zaman bana vermiş, sevgisini hiçbir zaman esirgememiş olan ve başarılarıma benden daha çok sevinen çok saygı değer babam Elvan YÜCEL e, sevgisi, hoşgörüsü, iyi niyeti ve ileri görüşlülüğü ile hayatta en değer verdiğim insanların başında gelen çok sevgili annem Esme YÜCEL e teşekkürü bir borç bilirim. Son olarak, derslerde bizlerle bilgi paylaşımıda bulunan tüm ders öğretmenlerimize ve Savunma Bilimleri Enstitüsü öğretim görevlileri ve idari personeline teşekkürlerimi sunarım. i

T.C. KARA HARP OKULU SAVUNMA BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ TEKNOLOJİ YÖNETİMİ ANA BİLİM DALI ANKARA 2014 DÖRDÜNCÜ NESİL (4G) HABERLEŞME TEKNOLOJİLERİNİN İNCELENMESİ VE KARA KUVVETLERİ TAKTİK SEVİYE BİRLİKLERİNDE MUHAREBE KOŞULLARINDA UYGULANABİLİRLİĞİNİN ANALİZİ YÜKSEK LİSANS TEZİ Hakan YÜCEL ÖZET Sivil haberleşme sektöründe yeni kullanılmaya başlanmış olan dördüncü nesil (4G) haberleşme teknolojisi, kullanıcılara yüksek hızlı ses ve veri haberleşmesi imkânı sağlamaktadır. Günümüz iletişim ortamında ses ve veri haberleşmesi sabit ortamdan mobil ortama doğru hızlı bir geçiş sağlamış ve buna ilaveten istenilen yer ve zamanda görüntülü görüşme, yüksek çözünürlükte görüntü paylaşımı, uzaktan eğitim, mobil bankacılık, mobil uygulamalar ve yüksek kapasiteli dosya alışverişi içeren uygulamalar gibi önemli eklentiler getirmiştir. Sivil haberleşme ortamında meydana gelen bu teknolojik ilerlemeler, askeri haberleşme ortamında da yeni talepler doğurmuş, askeri harekâtın en kritik hususlarından bir tanesi olan bilgi paylaşımında güvenli olma zorunluluğuna, yüksek kapasiteli veri hızını da eklemiştir. Askeri haberleşme sistemleri incelendiğinde yeni gelişen bilgi teknolojileri ve haberleşme vasıtaları nedeni ile ihtiyaç duyulan veri iletim kapasitesinin taktik seviyede en küçük birlikten en büyük birliğe kadar artış ii

gösterdiği gözlemlenmiştir. Bu kapsamda geniş bantlı sistemlerin sadece operatif ve stratejik seviyede değil, taktik seviyede de kullanım alanları olabileceği, gelecekte bu talebin daha da artacağı değerlendirilmektedir. Dördüncü nesil haberleşme teknolojisinin taktik seviye birliklerde (Manga, Kısım, Takım, Bölük, Tabur,Tugay) uygulanabilirliğinin incelenmesi ihtiyacı, günümüz koşullarında büyük oranda dar bant iletim ortamında yapılmakta olan yalın ses haberleşmesinin, harekâtın taktik seviyede gerektirdiği bilgi paylaşımı gereksinimini karşılayamayacağı ve yakın gelecekte ortaya çıkacak veri kullanımına cevap veremeyeceği öngörüsünden ortaya çıkmıştır. Tez çalışmasının 1 inci bölümünde sonraki bölümlerde anlatılacak konulara hazırlık oluşturacak kablosuz haberleşme altyapısı incelenmiştir. 2 nci bölümde ise hücresel haberleşme teknolojisinin tarihçesi anlatılmış ve dördüncü nesil haberleşme teknolojisine ulaşılmasında yaşanan süreç aktarılmıştır. 3 üncü bölümde, dördüncü nesil haberleşme teknolojisi, kullanılan ve geliştirilen yeni yöntemlerle birlikte detaylı olarak ele alınmış, haberleşme alanına ve yaşam biçimine getirdiği kazanımlar incelenmiştir. 4 üncü bölümde, askeri taktik seviye birlikleri kuruluşu ve haberleşme mimarisine esas teşkil edebilecek ve açık kaynaklardan elde edilmiş ABD taktik askeri birlik kuruluşları incelenmiştir. 5 inci bölümde, taktik askeri yapılanmanın ihtiyaç duyacağı tahmini ses ve veri iletim ihtiyacı ortaya çıkarılmıştır. 6 ıncı bölümde, dördüncü nesil haberleşmede kullanılan yeni nesil teknolojilerin askeri haberleşmenin gerektirdiği şartlarda kullanılabilir yönleri belirtilmiştir. Anahtar Kelimeler : Dördüncü Nesil (4G) Haberleşme Teknolojisi, Taktik Seviye Askeri Birlikler, Taktik Ağlar/Çevrimler Tez Danışmanı Eş Danışman : Dr. Tuna GÜVEN : Dr. Tuğg. Erdal TORUN Sayfa Sayısı : 137 iii

T.C. TURKISH MILITARY ACADEMY DEFENSE SCIENCE INSTITUTE DEPARTMENT OF TECHNOLOGY MANAGEMENT ANKARA 2014 INVESTIGATION OF FOURTH GENERATION (4G) COMMUNICATION TECHNOLOGIES FOR TACTICAL USE IN COMBAT CONDITIONS, A FEASIBILITY STUDY MASTER THESIS Hakan YÜCEL ABSTRACT Fourth generation (4G) communication technology which has just started to be used in civilian communication systems, provides high-speed voice and data for users. In today s communication system, voice and data transmission moved from fixed point to a mobile one, which includes highcapacity file exchange as well as bandwidth consuming real-time applications such as video-streaming, online gaming etc. Analysis of military communication systems has shown that in parallel to the advancement in information technologies, the need for higher data capacity has increased. In our study, the required voice and data volume for a typical tactical military architecture is estimated and 4G technologies that can be applied to the military communication system are discussed. Keywords : Fourth Generation (4G) Communication Technology, Tactical Military Units, Tactical/Radio Network Advisor : Dr. Tuna GÜVEN iv

Co-Advisor : Dr. Tuğg. Erdal TORUN Number of Pages : 137 v

İÇİNDEKİLER TEŞEKKÜR... i İÇİNDEKİLER... vi TABLOLAR... x ŞEKİLLER... xi KISALTMALAR... xiv GİRİŞ... 1 BİRİNCİ BÖLÜM KABLOSUZ HABERLEŞME ALTYAPISI 1. KABLOSUZ HABERLEŞMENİN TEMELLERİ a. Kablosuz Haberleşme Tarihi 3 b. Temel Bileşenler 4 (1) Radyo Dalgaları 4 (2) Yayılım (Propagasyon) 6 (3) Sinyal Zayıflaması 13 (4) Telsiz Haberleşme Frekansları 15 (5) Spektrum Kullanım Kuralları 20 2. ANALOG VE SAYISAL HABERLEŞME a. Analog Haberleşme 21 b. Sayısal Haberleşme 22 vi

İKİNCİ BÖLÜM HÜCRESEL HABERLEŞMENİN TARİHİ GELİŞİM SÜRECİ 1. BİRİNCİ NESİL HÜCRESEL HABERLEŞME ALTYAPISI 26 2. İKİNCİ NESİL HÜCRESEL HABERLEŞME ALTYAPISI 28 3. ÜÇÜNCÜ NESİL HÜCRESEL HABERLEŞME ALTYAPISI 32 ÜÇÜNCÜ BÖLÜM DÖRDÜNCÜ NESİL HÜCRESEL HABERLEŞME TEKNOLOJİSİNİN İNCELENMESİ 1. UMB (ULTRA MOBILE BAND) 40 2. WiMAX (WORLDWIDE INTEROPERABILITY FOR MICROWAVE ACCESS) 41 3. LTE ve LTE-A (LONG TERM EVOLUTION-ADVANCED) a. LTE 45 b. LTE-Advanced 50 4. OFDM (ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING) 56 5. OFDMA (ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING ACCESS) 61 6. YENİ ANTEN SİSTEMLERİ a. Çoklu Anten 63 b. Akıllı Anten 67 vii

DÖRDÜNCÜ BÖLÜM TAKTİK SEVİYEDE ASKERİ BİRLİKLERİN VE İRTİBAT PLANLARININ İNCELENMESİ 1. MANGA SEVİYESİNDE ASKERİ TAKTİK BİRLİK 75 2. KISIM SEVİYESİNDE ASKERİ TAKTİK BİRLİK 77 3. TAKIM SEVİYESİNDE ASKERİ TAKTİK BİRLİK 79 4.BÖLÜK SEVİYESİNDE ASKERİ TAKTİK BİRLİK 81 5. TABUR SEVİYESİNDE ASKERİ TAKTİK BİRLİK 86 6. TUGAY SEVİYESİNDE ASKERİ TAKTİK BİRLİK 90 BEŞİNCİ BÖLÜM TAKTİK SEVİYEDE ASKERİ BİRLİKLERİN SES VE VERİ İHTİYACI DEĞERLENDİRMESİ 1. TAKTİK SEVİYE ASKERİ BİRLİKLERİN SES İHTİYACI 95 2. TAKTİK SEVİYE ASKERİ BİRLİKLERİN VERİ İHTİYACI 97 viii

ALTINCI BÖLÜM 4G TEKNOLOJİSİNİN ASKERİ AÇIDAN DEĞERLENDİRİLMESİ 1. TEK HÜCRELİ YAPIDA TAKTİK ASKERİ HAREKÂT 118 2. ÇOK HÜCRELİ YAPIDA TAKTİK ASKERİ HAREKÂT 120 3. SPEKTRAL VERİMLİLİK SAĞLAYAN YÖNTEMLER AÇISINDAN DEĞERLENDİRME 124 4. SONUÇ 127 5. GELECEK ÇALIŞMALAR İÇİN ÖNERİLER 129 6. KAYNAKÇA 130 ix

TABLOLAR LİSTESİ Sayfa Tablo-1: Frekans Bantları Yayılım Özelliği... 7 Tablo-2: Frekans Bant Ayırımı... 15 Tablo-3: Frekans Bant Tayini... 16 Tablo-4: AMPS Standartları... 27 Tablo-5: ITU IMT-2000 Standartları... 32 Tablo-6: 2G, 2.5G ve 3G Servis Hizmetleri... 33 Tablo-7: LTE Performans Kriterleri... 49 Tablo-8: IMT-A Gereksinimleri, LTE-A ve WiMAX 2.0 Performansları... 51 Tablo-9: Release-11 / Release 12... 52 Tablo-10: LTE Frekansları... 53 Tablo-11: Bölük Toplam Çevrim Miktarı... 86 Tablo-12: Tabur Toplam Çevrim Miktarı... 90 Tablo-13: Tugay Toplam Çevrim Miktarı... 94 Tablo-14: Tugay Veri Kullanım Tipleri...101 Tablo-15: Tugay Veri Kullanım Boyut ve Sıklığı... 102 Tablo-16: Manga Karargâhı Veri Kullanımı...... 103 Tablo-17: Kısım Karargâhı Veri Kullanımı... 103 Tablo-18.a: Takım Karargâhı Veri Kullanımı...... 104 Tablo-18.b: Özel Takım Karargâhı Veri Kullanımı... 105 Tablo-19: Bölük Karargâhı Veri Kullanımı...... 106 Tablo-20: Tabur Karargâhı Veri Kullanımı... 107 Tablo-21: Tugay Karargâhı Veri Kullanımı...... 108 Tablo-22: Tugay Toplam Veri Kullanımı.108 x

ŞEKİLLER LİSTESİ Sayfa Şekil-1: Elektromanyetik Spektrum... 5 Şekil-2: Radyo Dalgasının Özellikleri... 5 Şekil-3: Telsiz Dalgası Yayılım Çeşitleri... 8 Şekil-4: Direkt ve Yansımalı Dalga... 9 Şekil-5: Radyolink... 10 Şekil-6: Fresnel Zone... 11 Şekil-7: Çok-Yollu Yayılım a) Çok-Yollu Sinyaller b)sinyal Güçleri... 12 Şekil-8: Kırınım... 13 Şekil-9: Dağılma... 14 Şekil-10: Yansıma... 14 Şekil-11: Deniz Seviyesinde Oksijen ve Su Buharı Tarafından Yapılan Güç Yitirimi... 19 Şekil-12: Sayısal ve Analog Sinyal...... 21 Şekil-13: Hücresel Haberleşme Yapısı...... 24 Şekil-14: Frekans Bölmeli Çoklu Erişim 28 Şekil-15: Zaman Bölmeli Çoklu Erişim... 29 Şekil-16: Kod Bölmeli Çoklu Erişim... 30 Şekil-17: GSM Mimari Yapısı... 31 Şekil-18: 3G Çoklu Erişim Metodları Gelişim Süreci... 35 Şekil-19: 2010-2018 Artan Data Kullanım Oranı... 38 Şekil-20: Spektral Verimlilik... 44 Şekil-21: LTE Gelişim Süreci... 46 Şekil-22: Düz Çekirdek Ağı (Flat-CN) Mimarisi... 47 Şekil-23: Geliştirilmiş Erişim Ağı (EPC) Mimarisi... 47 xi

Şekil-24: Yakınsama Ağları... 55 Şekil-25: Çok Taşıyıcı Kullanarak Bant Genişliğinin Artırılması... 57 Şekil-26: Tek Taşıyıcı... 57 Şekil-27: Çok Taşıyıcı Boşluğu... 58 Şekil-28: FDM ve OFDM... 59 Şekil-29: OFDM Sistem Mimarisi... 59 Şekil-30: OFDMA İndirme ve Gönderme... 61 Şekil-31: OFDMA ve SC-FDMA Karşılaştırması... 63 Şekil-32: Çoklu Anten... 64 Şekil-33: Çoklu Anten Haberleşme Yapısı...... 65 Şekil-34: Akıllı Anten ve İnsan Benzerliği 68 Şekil-35: Akıllı Anten Elektrisel Benzerlik... 68 Şekil-36: Normal Anten Yayılımı... 69 Şekil-37: Anahtarlamalı Hüzme Tip Akıllı Anten Yayılımı... 70 Şekil-38: Uyarlamalı Dizilim Tip Akıllı Anten Yayılımı...... 70 Şekil-39: SDMA ve Çoklu Hüzme Yeteneği... 72 Şekil-40: Birlik İrtibat Planı Açıklaması...... 75 Şekil-41: Manga Kuruluşu... 76 Şekil-42: Manga İrtibat Planı... 77 Şekil-43: Kısım Kuruluşu... 78 Şekil-44: Kısım İrtibat Planı... 78 Şekil-45: Takım Kuruluşu... 80 Şekil-46.a.: Takım İrtibat Planı... 80 Şekil-46.b.: Özel Takım İrtibat Planı... 81 Şekil-47: Bölük Kuruluşu... 82 Şekil-48: Bölük İrtibat Planı-1 (Komuta Çevrimi)... 83 xii

Şekil-49: Bölük İrtibat Planı-2 (Lojistik Çevrimi)... 84 Şekil-50: Bölük İrtibat Planı-3 (Ateş Destek Çevrimi)... 85 Şekil-51: Tabur Kuruluşu... 87 Şekil-52: Tabur İrtibat Planı-1 (Komuta Çevrimi)... 87 Şekil-53: Tabur İrtibat Planı-2 (Lojistik Çevrim)... 88 Şekil-54: Tabur İrtibat Planı-3 (Ateş Destek Çevrimi)... 89 Şekil-55: Tugay Kuruluşu... 91 Şekil-56: Tugay İrtibat Planı-1(Komuta Çevrimi)... 91 Şekil-57: Tugay İrtibat Planı-2 (Lojistik Çevrimi)... 92 Şekil-58: Tugay İrtibat Planı-3 (Ateş Destek Çevrimi)... 93 Şekil-59: Ticari ve Askeri Kablosuz Haberleşme Teknolojileri... 111 Şekil-60: Hücresel Kapsama Alanı... 114 Şekil-61: Büyük Hücreli (Macrocell) Hücresel Haberleşme... 115 Şekil-62: Küçük Hücreli (Micro/Pico) Hücresel Haberleşme... 116 Şekil-63: Beraber Kullanılan Hücresel Yapılar... 117 Şekil-64: Küçük Hücrelerde Frekans Kullanımı... 122 xiii

KISALTMALAR LİSTESİ AAS ABD ADC AM AMC AMPS BPS CDM CDMA CEPT CN CSI D-AMPS DAC DSL EDGE EHF : Active Antenna Systems : Amerika Birleşik Devletleri : Analog Digital Converter : Amplitude Modulation : Adaptive Modulation and Coding : Advanced Mobile Phone System : Bit Per Second : Code Division Multiplexing : Code Division Multiple Access : European Conference of Postal and Telecommunications Administrations : Core Network : Channel State Information Digital Advanced Mobile Phone System : Digital Analog Converter : Digital Subscriber Line : Enhanced Data Rate for Global Evolution : Extra High Frequency eimta : Enhanced International Mobile Telecommunications Advanced ELF ETSI EV-DO FDD FDM FDMA : Extremely Low Frequency : European Telecommunications Standard Institute : Evolution-Data Optimized : Frequency Division Duplex : Frequency Division Multiplexing : Frequency Division Multiple Access xiv

FFT FM GHz GPRS GPS GSM HF HSDPA HSPA HSS HSUPA ICI IEEE IFFT IMS IMT IP ISI ITU khz : Fast Fourier Transform : Frequency Modulation : Giga Hertz : General Packet Radio System : Global Positioning System : Global System for Mobile communication : High Frequency : High Speed Downlink Packet Access : High Speed Packet Access : Home Subscriber Service : High Speed Uplink Packet Access : Inter Carrier Interference : The Institute of Electrical and Electronics Engineers : Inverse Fast Fourier Transform : IP Multimedia System : International Mobile Telecommunication : Internet Protocol : Inter Symbol Interference : International Telecommunication Union : Kilo Hertz LF : Low Frequency LIPTO/SIPTO : Local Internet Protocol Traffic Offload / Selected Internet Protocol Traffic Offload LOS : (LIPTO/SIPTO Line-of-Sight LTE LTE-A MAN MBMS : Long Term Evolution : Long Term Evolution-Advanced : Metropolitian Area Network : Multimedia Broadcast / Multicast Services xv

MHz MF MIMO MISO MME NMT NLOS OECD OFDM OFDMA PAPR PCC PDA PGW ProSe PSTN RAN SAE SC-FDMA SDMA S-GW SHF SIMO SISO SNOI SNR SOI : Mega Hertz : Medium Frequency : Multiple Input Multiple Output : Multiple Input Single Output : Mobility Management Entity : Nordic Mobile Telephony : None Line-of-Sight : Organisation for Economic Co-operation and Development : Orthogonal Frequency Division Multiplexing : Orthogonal Frequency Division Multiple Access : Peak to Average Power Ratio : Policy and Charging Control : Personal Digital Assistant : Packet Data Network Gateway : Proximity Services : Public Switched Telephone Network : Radio Access Network : System Architecture Evolution : Single Carrier Frequency Division Multiple Access : Space Division Multiple Access : Serving Gateway : Super High Frequency : Single Input Multiple Output : Single Input Single Output : Signal not of Interest : Signal to Noise Ratio : Signal of Interest xvi

SON TDD TDM TDMA TTI UE UHF UMTS UMB VLF VHF WCDMA WiMAX Wi Fi 3GPP : Self-Organizing Network : Time Division Duplex : Time Division Multiplexing : Time Division Multiple Access : Transmission Time Interval : User Equipment : Ultra High Frequency : Universal Mobile Telecommunication System : Ultra Mobile Broadband : Very Low Frequency : Very High Frequency : Wideband Code Division Multiple Access : Worldwide Interoperability for Microwave Access : Wireless Fidelity : Third Generation Partnership Project xvii

GİRİŞ Haberleşme, insanların hayatında zaman içerisinde farklı boyutlarda yer almıştır. Değişen haberleşme çözümleri insanların hayatına çok önemli katkılar sağlamış, insanların sadece haberleşme biçimlerini değil sosyal yaşam şekillerini de değiştirmiştir. Gelişen iletişim teknolojileri ev hayatını, iş hayatını, ekonomik ve sosyal yaşamı, özel ve kurumsal yapıları ve bizim çalışmamızın odak noktası olan askeri kurumları da bazı değişikliklere zorlamıştır. Tarih öncesi devirlere dayanan haberleşme sistemlerinde ilk büyük adım 1800 lü yıllarda önce Samuel Morse, sonra Guglielmo Marconi tarafından atılmıştır. Morse alfabesi ve uzun mesafeli kablosuz haberleşme ile atılan bu adımlar bir kırılım noktası oluşturmuş ve gelişim süreci hızlanmıştır. Yakın tarihimizde meydana gelen savaşlardan dolayı öncelikle askeri haberleşmeyi etkinleştirmek için kullanılan iletişim teknolojileri, İkinci Dünya Savaşından sonra sağlanabilen küresel barış antlaşmaları ile sivil hayatta uygulama alanı bulmuştur. Bu gelişim sürecinde çalışma alanımızın odak noktası olan askeri taktik haberleşmeyi en çok ilgilendiren kısım, kablosuz haberleşme teknolojisi olmuştur. Kablosuz haberleşme, taktik birliklerin sürekli hareket eden yapısı ve muharebe ortamı nedeni ile kritik bir öneme sahiptir. Bu akademik çalışma dördüncü nesil haberleşme sisteminde kullanılan yeni teknolojilerin askeri taktik haberleşmede uygulanabilirliğini sorgulamıştır. Çalışmada ABD Kara Kuvvetleri Taktik Seviyede Askeri Birlik kuruluşları ele alınmış ve bu kuruluşlar arasında mevcut olan askeri haberleşme mimarisi değerlendirilmiştir. Tezimizde, bu değerlendirme kapsamında ortaya çıkan ihtiyaç, askeri şartlar ve haberleşme yöntem ve zorunlulukları dikkate alınarak değerlendirilmiş, dördüncü nesil haberleşme 1

sisteminin askeri haberleşme şartlarında ne oranda ve şekilde uygulanabileceği değerlendirilmiştir. 2

BİRİNCİ BÖLÜM KABLOSUZ HABERLEŞME ALTYAPISI 1. KABLOSUZ HABERLEŞMENİN TEMELLERİ a. Kablosuz Haberleşme Tarihi Kablosuz haberleşme için ışığın kullanılması tarih öncesi çağlara kadar gider. Antik dönemlerde ışık, aynalar kullanılarak var / yok prensibi ile modüle edilerek kullanılmaktaydı (Schiller, 2003:9). Bu gönderilen mesajları daha uzak mesafelere iletebilmek için tepelere ve yol kenarlarına gözlem kuleleri inşa edildi. Bu ilk haberleşme metodları 1838 yılında Samuel Morse tarafından icat edilen Morse Alfabesi ile yer değiştirdi (Goldsmith, 2004:4). Mobil telsizi destekleyen ilk teknolojiler, 1890 lı yıllarda okyanuslarda seyahat eden ve haberleşmek için güvercin kullanan gemilerle iletişim kurabilmek için kullanılmak istendi (www.fcc.gov). Mobil telsiz haberleşmesinin tarihi neredeyse telsiz haberleşmesinin kendi tarihi kadar eskidir. 1880 li yıllarda Hertz in ilk çalışmaları, elektromanyetik dalga yayılımının boş alanda gerçekleştiğini göstererek telsiz haberleşmesinin mümkün olduğunu göstermiştir. 1892 de İngiliz bilim adamı Sir William Crookes bir makalesinde alıcı ve verici aparatlar kullanarak uzun mesafeli haberleşmenin mümkün olacağını öngörmüştür. İlk telsiz mesajı 1894 yılında Oliver Lodge tarafından gönderilse de, telsizin uzun mesafe haberleşmede büyük bir potansiyel güç olduğunu gösteren ilk girişimci Marconi olmuştur. 1895 yılında iki adet yükseltilmiş anten kullanarak birkaç kilometre mesafeden radyolink kurabilen Marconi, sadece iki yıl sonra, Wight Adasından (İngiltere) 29 km mesafe ötedeki bir römorkör ile haberleşmeyi başarmıştır. Her ne kadar Marconi nin bu deneyi bir mobil telsizi 3

çağrıştırmasa da bilim adamlarınca ilk mobil telsiz örneği olarak kabul edilir (Parsons, 2000:1). Guglielmo Marconi 1901 yılında Atlantik Okyanusunu aşarak, arası 3200 km olan Cornwall (İngiltere) dan Saint John s Newfoundland (Kanada) e telgraf sinyali göndermeyi başarmıştır (Stallings, 2005:2). Günümüzde mobil telsiz kavramı, alıcısının ve/veya vericisinin hareket edebildiği her türlü durumu kapsayacak şekilde genişlemiştir. Bunların içine uydu telefonları, hava ve denizci telsizleri, kablosuz telefonlar, kişisel telsizler ve hücresel yapıda çalışan cep telefonları dahil olmuştur (Parsons, 2000:1). b. Temel Bileşenler (1) Radyo Dalgaları Radyo dalgaları her gün hayatımızın içinde olan elektromanyetik spektrumun; x-ray, ultraviyole ve görülebilir ışık formunun bir parçasıdır (Şekil-1). Radyo dalgaları düzgün, akıntısız bir göle düşen taş parçasının oluşturduğu dalgalar gibi, bir vericiden dışa doğru yayılım yaparak yayılır, fakat bu dalga yapısından farklı olarak ışık hızında hareket eder. Radyo dalgalarını Şekil-2 de gösterilen genlik, frekans ve dalga boyu sınıflandırmaları altında tanımlamak mümkündür (Radio Communications In the Digital Age-Volume Two:VHF/UHF Technology, 2005:6). 4

Genlik (volt) Şekil-1 Elektromanyetik Spektrum (metu [web], 2014) Şekil-2 Radyo Dalgasının Özellikleri (Radio Communications In the Digital Age-Volume Two: VHF / UHF Technology, 2005:6) Radyo dalgasının genliği ya da gücü, kendisinin yüksekliği yani en üst noktası ile en alt noktası arasındaki uzaklık olarak tanımlanır. Volt birimi ile ölçülen genlik, ortalama karekök (RMS-root-mean-square) adı verilen değer ile açıklanır. Radyo dalgasının frekansı, birim zamanda kendisini tekrarlama, yani döngüsünü tamamlama sayısıdır. Frekans hertz (Hz) ile ölçülür; 1 hertz, saniye başına kendisini tekrarlama miktarıdır. Radyo dalga boyu ise bir dalganın tepe noktaları arasındaki katettiği mesafedir. Dalga 5

boyu ile frekansın çarpımı, ışık hızına eşittir. Bu nedenle frekans yükseldikçe dalga boyu düşer (Radio Communications In the Digital Age-Volume Two:VHF/UHF Technology, 2005:5). (2) Yayılım (Propagasyon) Elektromanyetik dalganın boş alanda yayılımı, bir kaynaktan dışarıya doğru tüm yönlerde, küresel dalga şeklinde yayılmasıdır. Yayın yapılan mesafe arttıkça küresel dalga şekli, düz dalga şekline döner (Seybold, 2005:3). Yayılımın detaylı tüm analizleri sadece birkaç özel durumda gerçekçi yapılabilir. Bu özel durumlar öznel yorumlamaya çok açık olsa da çalışma alanları hakkında belirli bir sınır çizer (Parsons, 2000:16). Sinyalin elektromanyetik dalga halinde boşlukta yayılırken, çapı uzaklıkla artan küresel yüzeyler halinde yayılması sonucunda dağılması ve birim alana düşen gücünün azalması serbest uzay kaybı olarak tanımlanır. İdeal bir izotropik anten için serbest uzay kaybı (L fs ), verici antenine uygulanan sinyal gücünün (P t ) alıcı antenine ulaşan sinyal gücüne (P r ) oranı olarak tanımlanır ve matematiksel olarak şöyle ifade edilir: L fs = P t = ( 4πd P r λ )2 = L fs = P t = ( 4πfd P r c )2 P t : Verici antene uygulanan sinyal gücü (watt) P r : Alıcı antene ulaşan sinyal gücü (watt) f : Taşıyıcı sinyalin frekansı (Hz) λ: Taşıyıcı sinyalin dalga boyu (m) d : Antenler arasındaki yayılma uzaklığı (m) c : Işık hızı (3 10 8 m/s) (IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol 45, No.3 June 2003 ). 6

Elektromanyetik enerjinin yayılımı genellikle frekansa bağlı olarak değişmektedir. İyonosfer katmanı veya katmanlarının vasıtası ile yayılım yapan dalgalara İyonosferik Dalga veya Gök Dalgası, bu dalgalardan atmosferin daha alt tabakası olan troposferde yayılım yapan dalgalara ise Troposferik Dalga adı verilir. Yeryüzünün zeminine çok yakın yayılım yapan dalgalara ise Yüzey Dalgası adı verilir. Yüzey Dalgasında sinyaller, doğrudan yayılım yapmak yerine, yeryüzündeki akım toplanması nedeni ile yeryüzünün eğimine bağlı olarak yüzey hattı boyunca yayılırlar. Dalganın bu şekilde eğilmesi ufuk hattını geçmesine imkân tanımaktadır. Yeryüzü Dalgalarından, alıcı ile verici arasında direkt yayılım yapan dalgalara Direkt Dalga, yeryüzünden yansıyan dalgaların yaptığı yayılıma ise Yüzey Yansımalı Dalga adı verilir (Parsons, 2000:4). Şekil-3 te yayılım çeşitleri ile ilgili bir sınıflandırma verilmektedir. Yukarıdaki formülde de görüleceği üzere genel yayılım kuralı terskare kanunudur. Elektromanyetik sinyalin kuvveti, iletimin yapıldığı mesafeye göre azalır. Yerden iletilen radyo dalgaları ters-kare hesabına genelde uyumlu değildir. Tablo-1 de gösterildiği gibi farklı frekans bantlarındaki sinyaller, frekanslarına bağlı olarak farklı şekillerde yayılım gösterirler (Seybold, 2005:9). Tablo-1 Frekans Bantları Yayılım Özelliği (Seybold, 2005:9) Frekans Aralığı VLF LF-MF HF VHF ve UHF SHF EHF Yayılım Özellikleri Yüzey Dalgası ve Gök Dalgası Yayılımı Yüzey Dalgası ve Gök Dalgası Yayılımı Gök Dalgası Yayılımı Çok Nadiren İyonosferik ve Troposferik Yayılımı, Çoğunlukla LOS ve NLOS Yayılım Sadece LOS Sadece LOS 7

Telsiz Dalgası İyonosferik veya Gök Dalgası Yeryüzü Dalgası Troposferik Dalga Yüzey Dalgası Serbest Uzay Dalgası Direkt Dalga (LOS) Yüzey Yansımalı Dalga (NLOS) Şekil-3 Telsiz Dalgası Yayılım Çeşitleri (Parsons, 2000:5) Taktik seviye askeri haberleşme sistemlerinde kullanılan telsizler, çoğunlukla VHF ve UHF bandında çalışırlar. Bu frekans bantlarında Şekil-3 te gösterilen Serbest Uzay Dalgası yayılımı öne çıkar. Bu yayılım Direkt Görüş Hattı (LOS-Line of Sight) ve Direkt Görüş Hattı Olmayan (Non Line of Sight) olarak ikiye ayrılır. Direkt Görüş Hattı, elektromanyetik dalgaların görüş hattında Direkt Dalga ile yayıldığı yayılım şeklidir. Bu yayılım şeklinde iki kullanıcı ekipmanının antenlerinin birbirlerinin görüş hattında olması zorunludur. Direkt Görüş Hattı Olmayan Yayılım ise elektromanyetik dalgaların Yansımalı Dalga ile yayıldığı yayılım şeklidir (Seybold, 2005:3). LOS Yayılımı LOS yayılımda kaynaktan gönderilen sinyaller, arada bir engel olmadan alıcı tarafından alınır. Kullanıcı ve alıcı arasında direkt gönderilen ve direkt gönderilmeyen sinyal örneği Şekil 4 te gösterilmiştir (Seybold, 2005:3). 8

Direkt Dalga Şekil-4 Direkt ve Yansımalı Dalga (Harris Radio Comm in Digital Age Volume 2:25) Şekil-5 te gösterildiği gibi LOS yayılımı, mobil telsiz haberleşmesinde kullanılabildiği gibi özellikle uçtan uca radyolink irtibatı gerektiren durumlarda da kullanılabilir. Bu yayılımda sinyaller kendisine ayrılmış dar bir koridor sisteminde iki nokta arasında haberleşir. Bu nedenle radyolink sistemleri çok yüksek anten kazançlarına sahiptir. Radyolink sisteminde sinyal, eğer arazi uygunsa kalite kaybı yaşamadan uzun mesafelere erişebilir. Bu yayılım metodu ile kurulan telsiz ağları daha güvenli, daha hızlı ve bant genişliği daha yüksek bir hizmet sunar (Parsons, 2000:10). Uçtan uca radyolink ağları alıcı ve vericinin sabit konumları ve aralarında kurulması gereken ayrılmış dar iletim koridoru gereği mobil haberleşme için uygun değildir. 9

Şekil-5 Radyolink (Parsons, 2000:11) LOS yayılımının sağlanması için, gönderici ve alıcı arasında belirli bir hacmin, direkt dalgaları yansıtarak girişime sebep olan her türlü engelden arınmış olması gerekir. Burada özellikle önemli olan hacim, elektromanyetik dalga boyunun yarısı uzunluğundaki dolambaçlı yolun bulunduğu hacimdir. Bu hacime ışık dalgaları için araştırmalar yapmış olan Fransız mühendis Augustine Jean Fresnel'in adıyla anılan Fresnel Alanı denir (radartutorial [web], 2014). Fresnel Alanı (Fresnel Zone) odak noktalarında her iki antenin bulunduğu ve kenarının yansıyan sinyalin yarı dalga boyu kadar olduğu bir sanal dönel elipsoittir. Fresnel alanının boyutları yayın alanının ve dalga boyunun uzunlukları tarafından belirlenir. Dairesel elipsoidin yarıçap uzunluğu olan d/2 için formül: d/2 = 0,5 λd (radartutorial [web], 2014). 10

Fresnel Alanı Engelsiz Alan Şekil-6 Fresnel Zone (Richards, 2008:48) Şekil-6 da gösterildiği gibi bu mesafe içinde çıkıntı oluşturan engeller varsa, bunlara çarpan dalgaların meydana getirdiği yansımalar sinyalin zayıflamasına yol açarlar. NLOS (Non-LOS) Yayılım Elektromanyetik dalga yayılımının Görüş Hattı (LOS-Line of Sight) yayılımı dışında bir çok yayılımı mevcuttur. Görüş Hattı Olmayan NLOS yayılım, kullanılan frekansa göre farklılık gösterir. HF,VHF ve UHF frekansları NLOS yayılıma daha elverişlidir. Taktik askeri haberleşmenin yapıldığı VHF ve UHF bandında çalışan telsizler, çağrı cihazları ve cep telefonları genellikle NLOS yayılımı kullanırlar. Taktik askeri telsizlerde görüş hattının olması bir zorunluluk değildir. Görüş hattı olmayan durumlarda yansıma, kırınım, dağılma ve çok yollu yayılım yayılım metodları kullanılır (Seybold, 2005:5). Çok yollu yayılım, verici tarafından gönderilen sinyalin katı cisimlere çarparak yansıması ve alıcıya farklı yollardan gitmesidir. Alıcıya farklı fazlarda birden fazla sinyal geldiğinden elde edilen güçte dalgalanmalar meydana gelir (Şekil-7). 11

Şekil-7 Çok Yollu Yayılım a) Çok Yollu Sinyaller b) Sinyal Güçleri (Atmaca, 2009:11) Çok yollu yayılımın etkinliği, kırınım veya yansıma yapan sinyallerin iletişim hattında bulunma gücüne bağlıdır. HF frekanslar, sık ormanlara ve bina içlerine rahatlıkla girebilir, aynı şekilde VHF ve UHF frekanslar biraz daha az oranda olsa da binaların içine ve ormanlık bölgeye nüfuz edebilir. Aynı zamanda VHF ve UHF frekanslar, engellerden kırınım, yansıma ve dağılma yeteneğine sahiptir (Seybold, 2005:6). Çok yollu yayılımda Şekil-7.b de belirtilen bir sinyal gücü zayıflaması olmakla beraber aşağıda belirtilen bazı önemli olumsuzluklar da ortaya çıkabilmektedir (Atmaca, 2009:11). Sönümleme (Fading); Çok yollu yayılım sinyalleri farklı fazlarda olduğundan, alıcıda elde edilen sinyalin gücünde azalmalara yol açabilir. Bu duruma sönümleme denilmektedir (Atmaca, 2009:11). Faz iptali (Phase cancellation); Çok yollu sinyaller alıcıya 180 faz farklı ile ulaştuğunda, sinyaller birbirlerini sıfırlamaktadır (Atmaca, 2009:11). Yayılım gecikmesi (Delay spread); Bir sinyalin alıcıya farklı yollardan gelmesi farklı zamanlarda olmaktadır. Bu durum simgeler arası 12

girişime (intersymbol interference-isi) yol açacağından hata oranı artarak sinyal kalitesinde bozulmalar meydana gelmektedir (Atmaca, 2009:11). (3) Sinyal Zayıflaması Askeri taktik unsurlarının görev alabileceği muharebe alanı doğal bir arazi olabileceği gibi, insan yapımı doğal engellerin oldukça fazla olduğu bir saha da olabilir. Bu tür alanlarda kırınım, dağılma veya yansıma sıklıkla meydana gelir. Kırınım Verici tarafından gönderilen sinyal, kendi dalga boyundan daha yüksek bir cismin kenarına çarptığında kırınım (diffraction) oluşur. (Şekil-8) Bu durumda, cismin kenarı sinyalin kaynağıymış gibi sinyali farklı yönlere gönderir (Stallings, 2005:116). Şekil-8 Kırınım (Richards, 2008:45) Dağılma Verici tarafından yayılan sinyal, sert bir yüzeye veya sinyalin dalga boyundan küçük veya dalga boyuna yakın bir cisme çarptığında dağılma (scattering) meydana gelir (Şekil-9). Bu sinyaller, enerjinin farklı yönlere dağılmasına sebep olur ve alıcıda farklı sinyaller gibi algılanır (Stallings, 2005:116). 13

Verici Alıcı Şekil-9 Dağılma (Goldsmith, 2004:37) Yansıma Verici tarafından gönderilen sinyalin, kendi dalga boyundan büyük boyutlarda ve içine giremeyeceği bir yüzeye çarptığı zaman yön değiştirmesidir (Şekil-10). Yansıyan sinyaller olumsuz etkiler yaratabileceği gibi olumlu sonuçlar da doğurabilir (Stallings, 2005:116). Şekil-10 Yansıma (Richards, 2008:82) 14

(4) Telsiz Haberleşme Frekansları Elektromanyetik Spektrum Tablo-2 ve Tablo-3 de görüldüğü gibi Uluslararası İletişim Birliği (ITU-International Telecommunication Union) tarafından bölümlere ayrılmıştır (Seybold, 2005:2). Tablo-2 Frekans Bant Ayırımı (Seybold, 2005:2) Bant Atama Frekans Aralığı Son Derece Düşük Frekans (Extremely Low Frequency) Çok Düşük Frekans (Very Low Frequency) Düşük Frekans (Low Frequency) Orta Frekans (Medium Frequency) Yüksek Frekans (High Frequency) Çok Yüksek Frekans (Very High Frequency) Ultra Yüksek Frekans (Ultra High Frequency) Süper Yüksek Frekans (Super High Frequency) Ekstra Yüksek Frekans (Extremely High Frequency) ELF VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF <3 khz 3 30 khz 30 300 khz 300 khz 3 MHz 3 30 MHz 30 300 MHz 300 MHz 3 GHz 3 30 GHz 30 300 GHz 15

Tablo-3 Frekans Bant Tayini (Seybold, 2005:2) Kod Frekans Aralığı HF VHF UHF L S C X Ku K Ka R Q V W 3 30 MHz 30 300 MHz 300 1000 MHz 1 2 GHz 2 4 GHz 4 8 GHz 8 12 GHz 12 18 GHz 18 27 GHz 27 40 GHz 26.5 40 GHz 33 50 GHz 40 75 GHz 75 110 GHz VLF; VLF bandında dalga boyu çok yüksektir. Ortalama 10 5 m olan bu uzunluk, anten boylarının çok uzun olmasını gerektirmektedir. Radyo dalgaları gökyüzünün iyonosfer tabakasından yansır ve yayılır. Yeryüzü yüzeyindeki karasal dalga boyu, iyonosferdeki günlük yükseklik değişikliklerine bağlı olarak değişiklik gösterir. VLF çok uzun mesafeli telgraf haberleşmesinde ve yön belirleme sistemlerinde kullanılır. Daha yüksek frekanslar suda çok hızlı zayıfladığından, VLF frekansları denizaltı haberleşmesi için oldukça uygundur. Sayısal haberleşme için de uygun olan VLF de mevcut bant genişliği çok düşük olduğundan veri aktarım hızı oldukça düşüktür (Parsons, 2000:5). 16

LF ve MF; Birkaç kilohertz ile birkaç megahertz aralığında olan bu frekanslarda (LF ve MF bantları) yer dalgası yayılımı (propagasyonu) baskın olup, yayılma karakteristikleri yeryüzünden oldukça etkilenir. LF de, uzun dalga haberleşmede yüzey dalgası başarılı bir şekilde kullanılarak uzun mesafe haberleşme sağlanır (1600 km - 8000 km). Dolayısıyla antenler oldukça büyük, göndermeçler ise yüksek güç çıkışlıdır. MF de ise sahip olunan bant genişliği nispeten daha büyük olup genlik modülasyonlu yayım için kullanılır. Her ne kadar MF de yeryüzü zayıflatması LF ye göre daha yüksek olsa da, özellikle gündüz vakti yüzlerce kilometre uzaktaki mesafeye yayın yapmak mümkündür (160 km-1600 km) (Parsons, 2000:6). LF, gemilerin ve sınırlı olarak denizaltıların uzak mesafeli haberleşmesi için uygundur. Hava İndirme Operasyonlarında ve sahil şeridini kapsayan askeri harekâtlarda kullanılması öngörülmektedir (fas [web], 2014). HF; Yeryüzü dalgası yayılımı HF bandında da mevcut olmakla birlikte, HF bandında baskın olan karakter iyonosferik dalga veya gökyüzü dalgasıdır. Şunu söylemekte fayda var ki iyonosferik dalga ile yüzlerce kilometre uzaklıkta bulunan alıcı ile haberleşmek mümkündür (Parsons, 2000:6). Askeri birlikler uzun yıllar boyunca HF telsizileri, hem stratejik hem de taktik amaçlı olarak kullanmışlardır. Ancak uydu haberleşmesinin yaygınlaşması HF bandının askeri amaçlı kullanılmasını ikinci plana itmiştir (Radio Communications In the Digital Age-Volume Two:VHF/UHF Technology, 2005:1). VHF ve UHF; VHF ve UHF frekans bantları, iyonosferik yayılım için çok yüksek frekansta olduğundan, iletişim direkt olarak ya da boşlukta yayılan dalganın yerden yansıma yapan bileşimleri ile sağlanır. Bu bantlarda antenler göreceli olarak daha küçüktür. Bu koşullarda serbest uzay dalgası baskın olan karakterdir. Serbest uzay dalgası, daha düşük frekanslarda 17

gözardı edilebilecek bir faktör olmasına rağmen VHF ve UHF bandında yer haberleşmesinde baskın karakter olarak kullanılmaktadır. Yayılım ise görüş hattı nedeni ile kısıtlı olup bölgesel olarak gerçekleşebilmektedir (Parsons, 2000:6). Taktik askeri haberleşmede arazi şartları ve taktik harekât, birliklerin birbirleri ile olan irtibatı için Görüş Hattı (LOS-Line of Sight) veya Görüş Hattı Olmayan (NLOS-Non-Line of Sight) yayılımı uygun kılmaktadır. VHF ve UHF frekans bantları, bu yayılım metoduna elverişlidir. SHF; SHF bandındaki frekanslar mikrodalgalar olarak adlandırılmakla beraber, bu terim UHF deki 1.5 GHz in üzerindeki bölüm için de kullanılır. Bu frekans bandında yayılım yolları, almaç ile göndermeç arasında direkt görüş hattı (LOS-Line-of-Sight) şeklinde olmalıdır. Aksi halde aşırı derecede kayıp yaşanmaktadır. Mikrodalga frekanslar genellikle uydu, noktadan noktaya ve kısa mesafeli telsiz haberleşmesinde kullanılmaktadır (Parsons, 2000:6). SHF frekans bandı genellikle stratejik ve operatif düzeyde askeri haberleşme sağlayan uydu ve yüksek veri hızlı radyolink haberleşmesinde kullanılır. EHF; Milimetrik Dalga terimi, 30 ile 300 GHz arasında olan bu frekans bandı için kullanılmaktadır. Daha düşük frekanslar ile karşılaştırıldığında çok büyük oranda bant genişliği imkânı mevcuttur. EHF de direk görüş hattı baskın olup yeryüzünden yansıyan dalgaların girişim yaratma ihtimali mevcuttur. Bu olasılık yeryüzünün sert olması durumunda önemsiz olmakla birlikte yumuşak zemin veya deniz yüzeyi gibi durumlar olması durumunda önemini artırmaktadır (Parsons, 2000:7). EHF bandı özellikle yağmur ve sis gibi faktörlerden etkilenmekte ve bu faktörler zayıflamaya sebep olabilmektedir (dtic [web], 2014). 18

Güç Yitirimi, db / km Şekil-11 de oksijen ve yoğunlaşmamış su buharı tarafından meydana getirilen güç yitirimi (zayıflatma) gösterilmektedir. Bazı frekanslarda (su buharı için 22 GHz, oksijen için 60 GHz) yüksek derecede emilme bölgesi vardır (Parsons, 2000:7). EHF birliklere görüntü ve sinyal istihbaratı sağlayan askeri uydular tarafından kullanılmaktadır. Frekans, GHz Şekil-11 Deniz Seviyesinde Oksijen ve Su Buharı Tarafından Yapılan Güç Yitirimi (Parsons, 2000:7) 19

Daha yüksek frekanslar için bir sonraki adım optik iletim adı verilen kızılötesi (IR-Infrared), ve lazer bağlantılarıdır (Schiller, 2003:27). (5) Spektrum Kullanım Kuralları Elektromanyetik spektrum sınırlı bir doğal kaynaktır. Bu sınırlı kaynağın haberleşmeye yönelik uluslararası seviyede kullanımı görevi, merkezi Cenova/İtalya da bulunan Uluslararası Haberleşme Birliği (ITU-The International Telecommunications Union) tarafından yapılmaktadır. ITU Birleşmiş Milletletler in bir alt organizasyonu olarak görev yapmaktadır. Kablosuz haberleşmede standartları belirleme ve frekans planlama görevi Uluslararası Haberleşme Birliği-Radyo Haberleşme Bölümü (ITU-R -The ITU Radiocommunication Sector) tarafından gerçekleştirilmektedir (Schiller, 2003:27). Uluslararası koordinasyonu sağlamak maksadıyla ITU-R dünyayı üç ana bölgeye ayırmıştır. Birinci bölge Avrupa, Orta Doğu, Eski Sovyet Birliği Ülkeleri ve Afrika ülkelerini kapsamaktadır. İkinci Bölge Grönland, Kuzey ve Güney Amerika ülkeleridir. Üçüncü bölge ise Uzak Doğu, Avustralya ve Yeni Zelenda dan oluşmaktadır (Schiller, 2003:28). Bu düzenlemelerin yanında ulusal ajanslar da kendi bölgesel düzenlemelerini yapmaktan sorumludur. Amerika Birleşik Devletleri nde ulusal düzenleme ajansı FCC (Federal Communications Commission) dir. Bununla beraber bir çok ülkenin beraber kurdukları ortak ajanslar da mevcuttur. Avrupa da CEPT (The European Conference of Posts and Telecommunications) genel haberleşme kurallarını yönetmekten sorumlu olup daha dar kapsamlı düzenlemeleri yönetme görevini farklı ajanslara devretmiştir. ETSI (European Telecommunications Standards Institute) Avrupa da standartlaşmadan ve araştırma-geliştirmeden sorumludur. Kurulan bu farklı ajanslar arasında eşgüdümü sağlamak maksadıyla ITU-R, WRC (World Radio Conference) adı ile konferanslar düzenlemektedir. Hangi 20

frekans bant aralığının hangi haberleşme teknolojisinde kullanılacağı bu konferanslarda tartışılmakta ve karara bağlanmaktadır (Schiller, 2003:28). Türkiye de spektrum yönetimi, telsiz cihaz ve sistemlerine kurma ve kullanma izni verilmesi, spektrumun izlenmesi ve denetimi 5809 sayılı Elektronik Haberleşme Kanunu gereği Bilgi Teknolojileri ve İletişim Kurumu tarafından yapılmaktadır. Türkiye'nin milli frekans planı ITU-R ve CEPT yayınlarına dayalı olarak hazırlanmıştır (Tablonun tamamı için www.btk.gov.tr internet sitesine bakılabilir). Bu tablo, Türkiye'nin milli frekans planını içermektedir. Tablo, 9 khz ile 275 GHz frekans aralığını kapsamaktadır (btk [web], 2014). 2. ANALOG VE SAYISAL HABERLEŞME a. Analog Haberleşme Analog haberleşme, Şekil-12 de gösterilen anlamlı analog verinin (ses, vb.) veya sayısal verinin (modemin içinden geçen data, vb.) hangi çeşit olduğuna bakılmadan analog sinyaller tarafından iletilmesidir (Stallings, 2005:26). Güç Sayısal Analog Zaman Şekil-12 Sayısal ve Analog Sinyal 21

Analog sinyal kesintisiz ve süreklidir. Sonsuz noktadan oluşur gibi bir tanımlama da yapılabilir. Bir amfiden çıkıp hoparlöre giden elektriksel ses sinyali ve hoparlörden çıkıp kulaklarımıza ulaşan akustik ses sinyali analog sinyallerdir (Papadimitriou, 2003:42). Analog sinyal zaman süresince sürekli bir değer alırken sayısal sinyal belirli zaman periyotlarında değer almaktadır. İlk kablosuz haberleşmelerin neredeyse tamamı ses üzerine yapılmıştır. Daha sonra çıkan televizyon haberleşme aracı ise iki analog unsur olan ses ve görüntüyü birleştirip analog haberleşme sağlamıştır. İlk hücresel haberleşme olan 1G teknolojisi de analog haberleşmeyi kullanmıştır (Papadimitriou, 2003:42-43). İletişim sistemlerinde alıcının aldığı sinyal, verici tarafından gönderilen ve iletim ortamında zayıflama ve bozulmalara uğramış olan sinyali ve bu sinyal üzerine alıcı ile verici arasında eklenen istenmeyen sinyalleri içerir. İstenmeyen bu sinyaller gürültü (noise) olarak tanımlanır. Gürültü, iletişim sisteminin performansını kısıtlayan en önemli etkenlerden biridir. Analog haberleşmede, analog sinyallerin veriyi daha uzak mesafelere iletebilmesi için sinyalin enerjisini artıran güçlendiriciler kullanılır. Fakat bu güçlendiriciler gürültünün de enerjisini artırmaktadır. Uzun mesafelere iletim yapabilmek için kullanılan güçlendiriciler ile sinyal bozulmuş hale gelir. Ses gibi analog datalarda bu bozulma telafi edilebilir ve ses sinyali halen kullanılabilir olarak kalabilir fakat sayısal data, analog sinyaller ile gönderildiğinde meydana gelen hatalar telafi edilemez boyuta ulaşabilir (Stallings, 2005:26). b. Sayısal Haberleşme Sayısal sinyalin (Şekil-12) analog sinyalden temel farkı süreklilik yerine belirli zaman aralıklarında var olmasıdır. Sayısal sinyal, gürültü 22

girişimine (noise interference) karşı daha dayanıklı olup sinyal zayıflaması probleminden daha çok etkilenir (Stallings, 2005:24). Sayısal veri iletimi, ağ yapısında bulunan sistemlerin birbiri ile beraber çalışabilirliğini sağlayan çekirdek teknolojidir (Garcia, 2001:95). Askeri haberleşme sistemlerinde, gerek ulusal gerekse uluslararası düzeyde birlikte çalışabilirlik (interoperability) çok kritik bir öneme sahiptir. Kullanılan iletişim cihazlarının sayısal veri iletimi teknolojisi kullanması, birlikte çalışabilirliği destekleyen önemli unsurlardan bir tanesidir. Günümüz haberleşme ortamında analog datanın da sayısal olarak gönderilmesi öne çıkmıştır. Bu yöntemle sağlanacak kazanımlardan bazıları şunlardır (Papadimitriou, 2003:43). Gönderim Güvenliği; Gönderilmek istenilen mesaj, her türlü iletim ortamında mevcut olan gürültü kirliliği nedeni ile kayba uğrar. Sayısal sinyalin analog sinyale göre gürültüye karşı daha dayanıklı olması, gönderim güvenliğini artırmakta ve bilgi kaybı ihtimalini azaltmaktadır (Papadimitriou, 2003:43). Verimli Spektrum Kullanımı; Gürültü kirliliğine karşı olan dayanıklılık, transfer edilmek istenen veri miktarını da artırmaktadır. Gürültüye dayanıklılık birim zamanda daha fazla veri transferini sağlamakta, bu da spektrumun daha etkin kullanılması anlamına gelmektedir. Ayrıca sayısal data daha fazla sıkıştırılabildiğinden spektrumda daha az yer işgal etmektedir (Papadimitriou, 2003:43). Güvenlik; Kablosuz kanallar girişim yapılabilecek en hassas iletim ortamlarıdır. Analog sistemler her ne kadar bazı güvelik önlemleri ile koruma altına alınsa da bu güvenliğin aşılması zor değildir. Sayısal sistemlerde veriler, şifrelenerek yetkisiz kişilerce girişim yapılması veya çözülmesi neredeyse imkânsız hale getirilebilmektedir (Papadimitriou, 2003:43). 23

İKİNCİ BÖLÜM HÜCRESEL HABERLEŞMENİN TARİHİ GELİŞİM SÜRECİ Hücresel haberleşme sisteminde baz istasyonu adı verilen her verici, hücre adı verilen alanı kapsar (Şekil 13). Hücresel alanın yarıçapı, sinyalin zayıflamasına bağlı olarak binalarda onlarca metre, şehirlerde yüzlerce metre, şehir dışı alanlarda ise onlarca kilometreyi bulabilir. Hücresel alan hiçbir zaman tam daire veya altıgen şeklinde değildir ve çevresel şartlara, (bina, tepe, vadi, vb.), hava koşullarına ve bazen de sistemdeki yüklenme oranına bağlı olarak değişir. Bu tip bir haberleşme yapan sistemlerde kullanıcı terminalleri, hücre içerisindeki baz istasyonu üzerinden birbirleri ile haberleşirler (Schiller, 2003:61). Son zamanlarda servis sağlayıcıları büyük yerleşim yerlerinde oldukça fazla sayıda baz istasyonu kullanmaktadır. Bu baz istasyonları ile daha az güç çıkışlı, daha küçük çaplı hücreler oluşturulmaktadır. Küçük hücreli haberleşmenin avantajları ve dezavantajları aşağıda sunulmuştur (Schiller, 2003:61). Şekil-13 Hücresel Haberleşme Yapısı (Schiller, 2003:62) 24

a. Küçük Hücreli Haberleşmenin Avantajları; Yüksek Kapasite: Hücresel haberleşmede kullanılan Uzay Bölmeli Çoklama, frekansların yeniden kullanımına imkân sağlar. Bir verici diğer bir vericiden girişim olmayacak kadar uzaklıkta ise aynı frekansı kullanabilir. Aynı kaynağın, farklı küçük hücrelerde tekrar kullanılabilmesi sistem kapasitesini artırır. Hücresel haberleşmede kullanıcı sayısının fazla olduğu yerlerde çok sayıda hücre kullanılmasının sebebi budur (Schiller, 2003:62). Daha Az İletim Gücü: Güç kavramı baz istasyonları için problem sahası oluşturmasa da mobil istasyonlar için hayli büyük bir sorundur. Baz istasyonundan uzak olan mobil istasyonun güç tüketimi artar. Küçük hücreli yapı, daha sınırlı bir alana hizmet verdiğinden daha az iletim gücü ile çalışır (Schiller, 2003:62). Bölgesel Girişim: Mobil istasyonlar baz istasyonundan uzakta oldukça girişim miktarı da artar. Bu nedenle büyük hücreler kullanıldığında ortaya çıkabilecek büyük alan girişimleri yerine, küçük hücreler kullanılarak girişim oluşması ihtimali azaltılır (Schiller, 2003:62). Dayanıklılık: Küçük hücreli haberleşmede iletişim çok sayıda hücre vasıtası ile yapılır. Her bir hücre küçük bir alana hizmet verir ve az sayıda mobil cihaz bu sistemden veri alışverişi yapar. Hücredeki bir antenin zarar görmesi durumunda sadece o hücredeki küçük bir alan ve sınırlı sayıda kullanıcı grubu etkilenir (Schiller, 2003:62). b. Küçük Hücreli Haberleşmenin Dezavantajları: Pahalılık: Hücresel sistemler tüm baz istasyonlarını birbirine bağlayan karmaşık bir altyapı gerektirir. Bu altyapıda bir çok anten, arama aktarma için anahtarlama sistemi, mobil istasyonun yerini belirlemek için kullanılan alan kayıtları gibi sistemi oldukça pahalı hale getiren bir çok unsur 25

mevcuttur (Schiller, 2003:62). Küçük hücreli yapıda ihtiyaç duyulan bu altyapı malzemeleri ve baz istasyonu sayısı ciddi oranda artmakta ve ek maliyetler ortaya çıkmaktadır. Aktarım: Hücresel sistemler hücrenin boyutuna ve kullanıcı hızına göre hücreler arası aktarım yapmak zorundadırlar. Daha küçük hücreler daha çok aktarım, daha çok aktarım da sistemde daha detaylı bir yapılanma gerektirir (Schiller, 2003:62). Frekans Planlaması: Aynı frekansı kullanan vericiler arasında girişimi önlemek için, zaten kısıtlı olan frekansı çok dikkatli paylaştırmak ve planlamak gereklidir (Schiller, 2003:62). 1. BİRİNCİ NESİL HÜCRESEL HABERLEŞME (1G-FIRST GENERATION) Hücresel mobil haberleşmenin halkın kullanımına sunulması, ilk olarak Aralık 1979 da Japonya da gerçekleştirilmiştir (tohoku [web], 2014). Birinci nesil hücresel haberleşme sisteminde ses, analog olarak gönderilmiştir. Birinci nesil hücresel haberleşme için kullanılan ve Tablo-4 te belirtilen standartlara ABD de AMPS (Advanced Mobile Phone System) adı verilmektedir. Kuzey Amerika da uygulanan bu standartta indirme ve gönderme için 25 MHz lik bant genişliği ayrılmıştır. Avrupa da ise birinci nesil hücresel haberleşmenin adı NMT (Nordic Mobile Telephony) dir (Stallings, 2005:282). 26

Tablo-4 AMPS Standartları (Stallings, 2005:282) Baz İstasyonu Gönderim Bandı 869-894 MHz Mobil Ünite Gönderim Bandı 824-849 MHz İleri ve Geri Kanal Arası Boşluk 45 MHz Kanal Bant Genişliği 30 khz Full-Duplex Ses Kanal Sayısı 790 Full-Duplex Kontrol Kanal Sayısı 42 En Yüksek Mobil Ünite Gücü 3 watt Hücre Yarıçapı Boyutu 2-20 km Modülasyon-Ses Kanalı FSK 12 khz pik sapma Modülasyon-Kontrol Kanalı FSK 8 khz pik sapma Veri Aktarım Hızı 10 kbps Hata Kontrol Kodu BCH (48,36,5) ve (40,28,5) Birinci nesil hücresel haberleşmede Frekans Bölmeli Çoklu Erişim (FDMA-Frequency Division Multiple Access) kullanılır. Frekans Bölmeli Çoklu Erişim, en yaygın kullanılan analog çoklu erişim sistemidir. Spektrum, Şekil- 14 te görüldüğü gibi frekanslara bölünüp her bölme bir kullanıcıya tahsis edilir. Bu yöntemde bir kanalı sadece o frekansa atanmış kullanıcı kullanabilir. Böylece kanal, mevcut kullanıcı o kanaldan herhangi bir şekilde ayrılana kadar meşgul olur. Full-Duplex FDMA sistemleri ise bir tanesi gönderme, bir tanesi alma için ayrılmış olmak üzere iki adet kanala gereksinim duyar (itu [web], 2014). FDMA, kullanıcılara paylaştırılmış her bir frekans aralığı için küçük bir koruma bandı kullanır. Bu bant aralığı, kullanılan frekansların karışmaması ve ayrılan frekansta haberleşmenin sağlıklı yapılması için gereklidir (telecomabc [web], 2014). 27

Şekil-14 Frekans Bölmeli Çoklu Erişim (Bandırmalı, 2005:3) FDMA her bir kullanıcı için ayrı bir frekans ayırdığından spektral verimliliği düşüktür (Ergen, 2009:110). 2. İKİNCİ NESİL HÜCRESEL HABERLEŞME (2G-SECOND GENERATION) İkinci Nesil Hücresel Haberleşme sistemine ilk olarak Amerika da AMPS nin devamı olan D-AMPS (Digital-Advanced Mobile Phone System) ile 1990 lı yıllarda geçilmiştir. Avrupa da ise NMT nin devamı olarak GSM (Global System for Mobile Communication) standardı ikinci nesil hücresel haberleşme olarak kullanılmıştır. 1991 yılında ilk olarak Finlandiya da kurulan GSM ağı Zaman Bölmeli Çoklu Erişim (TDMA-Time Division Multiple Access) tekniğini kullanmıştır (Schiller, 2003:95). Zaman Bölmeli Çoklu Erişim, her frekansı zaman bölmelerine ayırarak spektrum verimliliği sağlar. TDMA kullanıcıya küçük bir zaman diliminde, spektrumdaki tüm frekans kanallarını kullanma imkânı verir. Diğer 28

kullanıcılar zamanın farklı dilimlerinde aynı frekansı kullanabilirler (Şekil-15) (itu [web], 2014). Şekil-15 Zaman Bölmeli Çoklu Erişim (Bandırmalı, 2005:3) Amerika Birleşik Devletlerinde ise aynı frekans bandında işlem gören ve Kod Bölmeli Çoklu Erişim (CDMA-Code Division Multiple Access) teknolojisine dayanan standardın adı IS-95 tir (Şekil-16). 29

Şekil-16 Kod Bölmeli Çoklu Erişim (umtsworld [web], 2014) CDMA yönteminde iletim ortamındaki tüm kullanıcılar aynı anda ve aynı frekans bandını kullanarak haberleşirler. Her bir kullanıcıya bilgiyi kodlaması için kullanacağı eşsiz bir kod dizisi tahsis edilir. Her kullanıcı diğer kullanıcıların kodlarına dik olan kendi kod sözcüğüne sahiptir. Gönderilen bilgiyi tespit edebilmek için, alıcının verici tarafından kullanılan kod sözcüğünü bilmesi gerekir. Alıcı, kullanıcının kod dizisini bilir ve işareti aldıktan sonra kodunu çözerek orijinal bilgiyi yeniden elde eder. Bu, istenilen kullanıcı kodu ile diğer kullanıcı kodlarının arasındaki çapraz ilintinin (crosscorrelation) düşük olması ile mümkündür. Kod işaretinin bant genişliği bilgi işaretinin bant genişliğinden çok büyük seçildiğinden, kodlama işlemi bilgiyi geniş bir spektruma yayar ve bu yüzden yayılı spektrum (spread spektrum) modülasyonu olarak da bilinir. CDMA, TDMA den farklı olarak kullanıcılar arasında zaman senkronizasyonu gerektirmez. Teorik olarak, sınırsız sayıda kullanıcı aynı kanalı aynı zamanda kullanabilir. Ancak kullanıcı sayısı arttıkça gürültü oranı artmaya başlar ve kalite giderek düşer (Bandırmalı, 2005:3). 30

Birinci nesil hücresel analog haberleşme teknolojisinden, ikinci nesil sayısal hücresel haberleşme sistemi olan GSM ye geçiş, sayısal haberleşme adına atılmış önemli bir adımdır (Evans, 2000:294). İşletim Yönetim Alt Sistemi Operatör Harici Ağlar GSM Kullanıcı (Mobil İstasyon) Ağ Anahtar Sistemi Baz İstasyonu Alt Sistemi Şekil-17 GSM Mimari Yapısı Sistem ses sinyallerini sayısallaştırarak tüketicilere daha yüksek kalitede hizmet sağlamıştır. Basit mimari yapısı Şekil-17 de gösterilen GSM nin data aktarma hızı 9.6 kbps - 14.4 kbps aralığındadır (Colorado [web], 2014). İkinci nesil hücresel haberleşme teknolojisinin geliştirilmiş versiyonu genel paket anahtarlama teknolojisi kullanan GPRS (General Packet Radio System) dir. GPRS, GSM için paket erişimi desteği sunar ve TDMA kullanır. Data iletim hızı 100 kbps a kadar çıkan GPRS için bir sonraki gelişim basamağı iyileştirilmiş GPRS olan EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution) dir (Goldsmith, 2004:13). 31

GPRS gelecek nesil haberleşme sistemleri için önemli noktadır. Kullanılan bu paket aktarım tekniği, veri alışverişi için IP tabanlı haberleşmeye ışık tutmuştur. Kullanıcılar EDGE, UMTS ve HSPA gibi teknolojileri kullandıklarında aslında GPRS in temelleri üzerinden erişim sağlamaktadırlar (4gamericas [web], 2014). 3. ÜÇÜNCÜ NESİL HÜCRESEL HABERLEŞME (3G-THIRD GENERATION) Üçüncü nesil hücresel haberleşme teknolojisi ile ilgili ilk çalışmalar, ITU nın IMT-2000 olarak adlandırdığı standartlaşma çalışması ile başlatılmıştır (Dahlman, 2011:3). IMT-2000 standartları Tablo-5 te sunulmuştur. Tablo-5 ITU IMT-2000 Standartları (4gamericas [web], 2014) Hız Yayalar için 384 kbps hız. Araçlar için 144 kbps veya daha hızlı Sabit ortamda 2 Mbps veya daha hızlı Beraber Çalışabilirlik ve Dolaşım (Roaming) Servis sağlayıcılar arasında kullanım oran ve bilgisi paylaşımı Standartlaştırılmış çağrı detay kayıtları Standartlaştırılmış kullanıcı profilleri Mobil Terminaller İçin Coğrafi Yer Belirleme ve Paylaşabilme Sistemi Sabit ve değişken data aktarım oranı Talebe göre bant genişliği İndirme ve göndermede asimetrik data oranı Çoklu ortam desteği 2 Mbps hıza kadar geniş bant desteği 32

3G ilk olarak Japonya da kullanılan ve ilk versiyonları 2 Mbps a kadar veri indirme kapasitesi sağlayan bir hücresel haberleşme sistemidir. 2G sistemi ile uyumlu olmayan yapısı nedeniyle, 3G hizmetinden faydalanmak isteyen kullanıcılar sisteme uyumlu cihaz sağlamak zorundadırlar (Goldsmith, 2004:13). Üçüncü nesil kablosuz haberleşme teknolojisinin amacı ses hizmetine ilave olarak kendisinden önceki haberleşme teknolojilerinden daha hızlı çoklu ortam (multimedya), veri ve görüntü haberleşmesi imkânı sağlayacak bir haberleşme hizmeti sunmaktır (Stallings, 2005:307). Üçüncü nesil hücresel haberleşme teknolojisinde, gelişen teknolojilerle beraber kullanılan hizmetler Tablo-6 da sunulmuştur. Tablo-6 2G, 2.5G ve 3G Servis Hizmetleri (itu [web], 2014) Tarih Teknoloji Yeni İç ve Dış Uygulamalar 2000 e kadar 2G Telefon Posta Kısa Mesaj Servisi Sayısal Metin Dağıtımı 2001-2002 Arası 2.5G Mobil Bankacılık Ses Postası Web Mobil Ses Çalar Dijital Gazete Basımı Dijital Ses Dağıtımı Mobil Radyo Karaoke Push Marketing/ Targeted programs Lokasyon tabanlı servisler Mobil kuponlar 2003 ve Ötesi 3G Mobil Video Konferans Görüntülü Telefon / Posta Uzaktan Tıbbi Tanı Uzaktan Eğitim Mobil TV / Video Çalar 33

Gelişmiş Araç Navigasyonu / Şehir Rehberi Dijital Katalog Alışveriş Dijital Ses /Video Dağıtımı İşbirlikçi B2B (Business to Business/ Şirketler Arası) Uygulamaları UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) - HSPA (High Speed Packet Access) ve CDMA2000 EV-DO (Evolution-Data Optimized or Evolution-Data) uygulamaları ilk üçüncü nesil hücresel haberleşme teknolojileridir (4gamericas [web], 2014). 3G nin çoklu erişim metodu olan Genişbant Kod Bölmeli Çoklu Erişim (WCDMA-Wideband Code Division Multiple Access) için yapılan ilk geliştirme uygulaması HSPA uygulamasıdır (Dahlman, 2011:11). WCDMA transfer edilecek data için, bant genişliği ihtiyaç duyulandan daha büyük olan kanalı seçen bir yayılı spektrum modülasyon tekniğidir. WCDMA da Zaman Bölmeli Çoklama ve Frekans Bölmeli Çoklama beraber kullanılır (3gpp [web], 2014). Şekil-18 de hücresel haberleşme teknolojileri çoklu erişim metodları gelişim süreci gösterilmektedir. 34

Şekil-18 3G Çoklu Erişim Metodları Gelişim Süreci (Schiller, 2003:95) HSPA nın uygulanması ile birlikte, Tablo-6 da belirtildiği gibi 3G de sunulan performans artırılmıştır. HSPA indirmede 14 Mbps, göndermede ise 5.8 Mbps veri aktarım hızına ulaşmıştır (3gpp [web], 2014). Evolved HSPA denilen yeni çoklu erişim metodu ise indirmede 42 Mbps, göndermede ise 11 Mbps veri aktarım hız sağlamaktadır. Akıllı Anten sistemleri ile bu hız daha da yüksek seviyelere ulaşabilmektedir (3gpp [web], 2014). Dördüncü nesil hücresel haberleşme üçüncü bölümde anlatılmıştır. 35

ÜÇÜNCÜ BÖLÜM DÖRDÜNCÜ NESİL HÜCRESEL HABERLEŞME TEKNOLOJİSİNİN İNCELENMESİ Dördüncü nesil hücresel haberleşme teknolojisi ile ilgili araştırmalar yakın zamanda başlamış, 2008-2012 yılları arasında uygulamaya konulmuş ve müteakiben kullanıcıların hizmetine sunulmaya başlanmıştır. Yakın zaman sonra 4G nin, 3G haberleşme teknolojisinin yerini alması beklenmektedir (Lawyer, 2001:3-4). 4G haberleşmede önemli bir nokta, istenilen yer ve zamanda kesintisiz haberleşmeyle, bilgi ve servislere geniş bant ile bağlanıp yüksek kalitede bilgi, veri, resim ve video gibi hizmetleri alabilmektir. 4G, IP teknolojisi kullanarak abonelerin her uygulama ve ortamı rahatlıkla seçebildiği geniş bir haberleşme çeşitliliği içerir. Hücresel sistemin yenilikçi özelliklerine göre, 4G daha yüksek bant genişliği, daha yüksek veri hızı, kolay ve hızlı hücreler arası geçiş ve mobil sistemler ve ağlar arasında kesintiye uğramadan hizmet sunabilme özelliklerine sahiptir. Bilgi havuzuna ulaşmada kullanılacak erişim yöntemiyle, hücresel telefon ve mobil bilgisayarlarla kesintisiz bir şekilde ses haberleşmesi, yüksek hızlı bilgi servisleri ve çoklu ortam yayın hizmetleri kullanılabilmektedir (Evans, 2000:297). 4G hücresel haberleşme sistemi kendisinden önceki hücresel haberleşme teknolojilerinin bir birleşimidir. Heterojen bir haberleşme sistemine sahip olan 4G teknolojisinde hedeflerden bir tanesi de, herhangi bir yer ve zamanda 100 Mbps seviyesinde veri hızına ulaşabilmektir. Hedeflerin en tepesinde ise var olan tek bir standart ile tüm dünyada mobil bir haberleşme ağı sağlayabilmek bulunmaktadır (3gpp [web], 2014). 36

ITU, 7 Mart 2008 tarihinde 4G gereksinimlerini sekiz ana başlık altında belirlemiştir. IMT-Advanced adı ile belirlenen bu gereksinimler aşağıda sunulmuştur. Uygulamalara erişmede maliyet etkinliği özelliğini koruyarak, dünya çapında yüksek derecede işlevselliğe sahip olması IMT ve sabit şebeke ağları ile hizmet uyumluluğu Diğer radyo erişim sistemleri ile beraber çalışabilme yeteneği Yüksek kaliteli mobil servisler Dünya çapında kullanım için uygun olan kullanıcı cihazları Kullanıcı dostu uygulamaları, hizmetleri ve ekipmanları Dünya çapında dolaşım yeteneği (roaming) Gelişmiş servis ve uygulamaları desteklemek için geliştirilmiş yüksek veri hızları (düşük hareketlilik için 1 Gbps, yüksek hareketlilik için 100 Mbps araştırma için hedef olarak belirlenmiştir) (itu [web], 2014). Kablosuz haberleşme teknolojileri insanların hayatına mobil ortamda da girmeye başladıkça hem kullanılan cihaz sektöründe, hem de kullanılan veri aktarım hızlarında ortaya çıkan yenileşim, talep artışına sebep olmaktadır. Yeni ve geliştirilmiş teknolojiler daha geliştirilmiş ürünleri, daha gelişmiş ürünler de daha geliştirilmiş teknolojileri tetiklemektedir. Şekil-19 da bu teknolojik gelişme ekseninde artan data kullanımı sunulmuştur (4G Americas Mobile Broadband Explosion August 2013, 2013:9). 37

Exabyte / Ay Kaynak: Ericsson (Haziran 2013) Data: Mobil Bilgisayar, Tablet Data: Mobil Telefon Ses Zaman Şekil-19 2010-2018 Artan Data Kullanım Oranı(4G Americas Mobile Broadband Explosion August 2013, 2013:9) Bu teknolojik yenileşim ses haberleşmesini arka plana itip veri haberleşmesinde bir artışa sebep olmuştur. Mobil geniş bant kullanımının artması, belirli zorlukları da beraberinde getirmektedir. Kablolu geniş bant kullanımının aksine, mobil geniş bant, istenilen yer ve zamanda sisteme giriş imkânı sunmaktadır. Bu durumda bir kapsama alanında kullanıcıları ve taleplerini yönetmek, kablosuz haberleşmenin doğal sınırlarını beraberinde getirmektedir. Bu doğal sınırların en başında sınırlı kullanım alanına sahip spektrum ve bant genişliği yönetimi gelmektedir. Bant genişliği sınırlarının etkilerini en aza indirmek için dördüncü nesil hücresel haberleşme teknolojilerinde aşağıdaki yöntemler kullanılmaktadır (4G Americas Mobile Broadband Explosion August 2013, 2013:14 ). 38

Daha Fazla Spektrum; Spektrum aralığı kapasite ile doğrudan ilgilidir. Daha fazla spektrum daha fazla kapasite anlamına gelir. Mobil geniş bant için daha fazla spektrum kullanımı bir çok ülkenin gündeminde ön sıralarda yer almaktadır (4G Americas Mobile Broadband Explosion August 2013, 2013:14 ). Artırılmış Spektral Verimlilik; Spektral verimlilik, belirli bir iletişim sisteminde belirli bir bant genişliği üzerinden iletilebilir bilgi oranını belirtmektedir. Bu durum, sınırlı bir frekans spektrumunun, fiziksel katman veya ortam erişim katmanı tarafından ne kadar etkin kullanılabildiğinin bir ölçüsüdür (4G Americas Mobile Broadband Explosion August 2013, 2013:14). Yeni teknolojiler, kullandıkları yeni yöntemlerle daha çok spektral verimlilik sağlamaktadır. LTE spektral verimlilikte teorik sınırlara ulaşmıştır. Bundan sonraki kazanımlar bu frekans bantlarında orta seviyede kazanımlar olarak kalacaktır. (4G Americas Mobile Broadband Explosion August 2013, 2013:14 ) Akıllı Antenler; Çoklu anten ve yönlendirilmiş hüzme ile spektral verimlilik artırılmıştır (bps/hz) (4G Americas Mobile Broadband Explosion August 2013, 2013:14 ). İlave İndirme; İndirme trafiği gönderme trafiğinin 5 katı daha fazladır. Bu nedenle servis sağlayıcıları indirme kapasitesini gönderme kapasitesinden daha fazla artırma ihtiyacı hissetmektedirler. Taşıyıcı Kümeleme (Carrier Aggregation) teknolojisi, ayrı telsiz kanallarının indirme kapasitesini birleştirerek bu sorunu çözmeye çalışmaktadır (4G Americas Mobile Broadband Explosion August 2013, 2013:14). Küçük Hücreler; Erişim ağ yapısını kullanıcıya daha yakın hale getirmek için geniş hücrelere ilave olarak daha küçük kapsama alanlı picocell ve femtocell adı verilen küçük hücreler kurulmuştur. Kurulan küçük hücreli yapılarda kullanılan baz istasyonu miktarı büyük ölçekli hücrelerde kullanılan baz istasyonu miktarından daha fazladır (qualcomm [web], 2014). Hücresel haberleşmede daha küçük hücre yapısının kullanılması tüm kapasiteyi artırmaktadır. 39

Wi-Fi Aktarımı; Hemen hemen tüm yeni akıllı telefonlar Wi-Fi teknolojisini desteklemekte ve çok fazla sayıda olan küçük 3G/4G hücrelerinin çoğu Wi-Fi ile entegre edilmektedir. 3G, 4G ve Wi-Fi arasında sağlam ve sorunsuz bir çalışma düzeni kurmak, teknoloji firmalarının en çok özen gösterdiği alanlardan bir tanesidir. Kablosuz Bağlantı Alanı (Wi-Fi), Erişim Noktaları (Hotspots) ile uzak mesafelerden erişim desteği sağlayarak kablosuz geniş bant haberleşmenin yükünü hafifletmektedir (4G Americas Mobile Broadband Explosion August 2013, 2013:14 ). Talebin Az Olduğu Saatler; Servis sağlayıcıları tarafından kullanıcılara talebin az olduğu saatleri teşvik edici fırsatlar sunulmaktadır (4G Americas Mobile Broadband Explosion August 2013, 2013:14 ). Hizmet Niteliği (Quality of Service-QoS); Belirli hizmetlerde ve belirli zamanlarda önceliklendirme yapılarak önemli kullanıcıların yoğunluktan etkilenmesinin önüne geçilmektedir (4G Americas Mobile Broadband Explosion August 2013, 2013:15 ). Yenileşimci Veri Planları; Katmanlı fiyatlandırma veya ağ bağlantı hızını limitleyen planlar aşırı kullanmayı kısıtlamaktadır (4G Americas Mobile Broadband Explosion August 2013, 2013:15 ). Dördüncü nesil haberleşme teknolojileri sağlayan UMB, WiMAX ve LTE farklı standartlaştırma grupları tarafından çalışılmış teknolojilerdir. 1. ULTRA MOBILE BAND (UMB) UMB, ITU nın vizyon olarak belirlediği geniş bant veri iletimi, çoklu ortam, bilgi teknolojisi, eğlence ve tüketici elektronik servislerini sunmak için 3GPP2 (Third Generation Partnership Project 2) grubu tarafından, 2007 yılında hazırlanmış, OFDMA ve IP tabanlı bir haberleşme teknolojisidir. UMB büyük kalabalık topluluklara gecikmesi az, spektral verimliliği çok yüksek gelişmiş bir geniş bant kullanım hizmeti vermek üzere tasarlanmıştır (Ergen, 2009:417). 40

UMB, ayarlanabilir 20 Mhz bant genişliği ve CDMA, TDM, OFDM, ile MIMO ve akıllı anten sistemli OFDMA nın en avantajlı bölümlerinin birleşiminden oluşan, 280 Mbps indirme ve 75 Mbps gönderme kapasitesine sahip bir 4G teknolojisidir (Ergen, 2009:417). UMB Kasım 2008 de sonlandırılarak LTE projesine odaklanılmıştır (techopedia [web], 2014). 2. WORLDWIDE INTEROPERABILITY FOR MICROWAVE ACCESS (WiMAX) WiMAX, 10 GHz ile 66 GHz frekans bandında çalışan kablosuz sistemlerin özelliklerini belirten IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 standardını baz alan bir standarttır. Temel olarak WiMAX, geniş coğrafi alanı kapsayan çok sayıda kullanıcıya, düşük maliyetle hizmet sunabilen kablosuz internet servisidir. WiMAX, kablolu şehir hatlarının kullanıcılara sağladığı hizmeti geniş bant noktalarını merkeze toplayıp sunmaya yardımcı olabilen ve aynı zamanda yüksek veri hızlarından dolayı hücresel ağlarda kullanımı ilgi kazanan bir protokolüdür (MAN-Metropolitian Area Network) (Andrews, 2007:33). Orjinal WiMAX standardı, IEEE 802.16, 10 ile 66 GHz arası çalışma frekanslarını belirtirken, yapılan çalışmalardan sonra IEEE 802.16d standardının 2 ile 11 GHz frekans aralığını kullanması öngörülmüştür. IEEE 802.16d standardına yapılan son eklemelerden sonra oluşan IEEE 802.16e standardı ise 2.3 GHz, 2.5 GHz, 3.3 GHz, 3.4 GHz ile 3.8 GHz frekans bantları arasında çalışmaktadır. Sabit WiMAX (IEEE 802.16-2004 (diğer adı IEEE 802.16d) ve Gezgin WiMAX (IEEE 802.16-2005 (diğer adı IEEE 802.16e) WiMAX teknolojisiyle ilgili standartları tanımlamakta kullanılan iki genel terimdir (Fundamentals of WiMAX, 2007:34). 41

WiMAX forum, 2010 yılında mevcut hali olan Release-1 den 802.16m standartlarını uygulamaya koyarak Release-2 ye geçiş yapmıştır. IEEE 802.16m standardı ile sabit kullanıcılara 1Gbps, mobil kullanıcılara ise 100 Mbps erişim hızı sağlaması hedeflenmiştir (wimaxforum [web], 2014). 802.16m bir standart adı olmasının ötesinde WiMAX 2 olarak kabul görmüştür. WiMAX forum grubu 802.16m standardı ile WiMAX teknolojisinin, LTE (Long Term Evolution) gibi yeni nesil bir teknoloji karşısında popüleritesini kaybetmemesini ve IMT-Advanced standartlarına dahil olabilmesini hedeflemiştir. Bu çalışmaların bir neticesi olarak Uluslararası Telekominikasyon Birliği (ITU) tarafından, 802.16m nin IMT-Advanced standartlarını karşıladığı onaylanmıştır (isites [web], 2014). WiMAX bir çok alternatif metod ile potansiyel servis hizmetleri sunan bir geniş bant kablosuz çözüm merkezidir. Bu ana yapıyı oluşturan özellikler şunlardır (Andrews, 2007:34). OFDM Tabanlı Fiziksel Tabaka; WiMAX fiziksel tabakası ortogonal frekans bölmeli çoklama (OFDM-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ya dayanır. Bu yapı çok yollu yayılımdan faydalanır ve NLOS ta iyi performans göstermesine imkân verir (Andrews, 2007:37). Ortogonal frekans bölmeli çoklama kavramına, çalışmanın ilerleyen bölümlerinde değinilecektir. Çok Yüksek Data Aktarım Hızı; WiMAX çok yüksek data aktarım hızlarını destekleyebilmektedir. 20 MHz lik geniş spektrum kullanıldığında bu hız 74 Mbps ye kadar çıkabilmektedir (Andrews, 2007:37). 2010 yılında geliştirilen versiyon ile mobil kullanıcılar için 100 Mbps, sabit kullanıcılar için 1 Gbps hız desteği sağlanmaktadır (wimaxforum [web], 2014). Ayarlanabilir Bant Genişliği ve Data Aktarım Hızı Desteği; WiMAX data aktarım hızını ayarlayabilmek için kanal bant genişliğini 42

değiştirebilme fiziksel katman mimarisine sahiptir. Bu ayarlanabilir yapı OFDMA erişim tekniği sayesinde mümkün olmaktadır. Kanal genişliğini 1,25 MHz, 5 MHz veya 10 MHz olarak değiştirmek ve buna göre data aktarım hızını ayarlamak mümkün olmaktadır. Bu bant genişliği ayarlaması farklı ağlar arasında dolaşmayı da (roaming) mümkün kılmaktadır (Andrews, 2007:37). Son yapılan iyileştirme çalışmaları ile WiMAX 802.16m, 20MHz lik bant genişliklerini birleştirerek 100 Mhz lik bir bant genişliği kullanabilir duruma gelmiştir. 20 Mhz lik bu bant gruplarını birleştirerek kullanabilme özelliği WiMAX e 1 Gbps veri indirebilme hızı sağlamıştır (wimaxforum [web], 2014). Uyarlanabilir Modülasyon (Adaptive Modulation); Adaptif Modülasyon ve Kodlama (AMC-Adaptive Modulation and Coding) sistem kapasitesini artırmak için uygulanan bir yöntemdir. AMC kanal durumuna göre her kullanıcı için uygun olan modülasyon ve kodlama türünü belirler. AMC ile nakledilen sinyalin gücü, bir çerçeve aralığı boyunca sabit tutulur ve bu modülasyon ve kodlama formatında mevcut alınan sinyal kalitesi veya kanal koşullarına uygun olarak değiştirilir. Baz istasyonuna yakın olan bir kullanıcı sinyali için yüksek kodlu modülasyon kullanılırken, uzak mesafede olan kullanıcı için düşük kodlu modülasyon türü tercih edilir (3gpp [web], 2014). (Modülasyon ve kodlama teknikleri için detaylı bilgiye Andrea Goldsmith in Wireless Communications kitabından ulaşılabilir). WiMAX, duruma göre en yüksek kazancın (throughput) elde edilebilmesi için bir çok farklı modülasyon tekniklerini kullanabilmektedir (Andrews, 2007:37). TDD ve FDD Desteği; Frekans Bölmeli Çoklama (FDD- Frequency Division Duplex) sinyallerin alımı ve gönderimi için aynı anda iki farklı frekans kullanılması demektir. Zaman Bölmeli Çoklama (TDD-Time Division Duplex) ise sinyal alımında ve gönderiminde aynı frekansın zaman 43

dilimlerine bölünerek, verinin aynı frekansta farklı zaman aralıklarında gönderilmesi ile olur (radio-electronics [web], 2014). Şekil-20 de gösterildiği gibi indirme ve gönderme FDD de yeterli sayıda bölünmüş farklı frekans bantlarında, TDD de farklı zaman bölmelerinde üst üste gelme olmadan gerçekleşebilir (Dahlman, 2011:100). Şekil-20 Spektral Verimlilik (Dahlman, 2011:101) IEEE 802.16-2004, IEEE 802.16e-2005 yarı-dublex FDD yi desteklediği gibi TDD ve FDD yi de destekler. TDD, indirme ve gönderme data hızlarında sağladığı esneklik, kanal kapasitesini ayarlamaya izin verme, farklı kullanıcıların aynı kanalı kullanmasına izin verme ve az karmaşık yapısı ile avantajlar sağlamaktadır. Başlangıçtaki tüm WiMAX profilleri - 3,5 GHz bandında çalışan iki sabit uygulama hariç- TDD tabanlı bir yapıya sahiptir (Andrews, 2007:38). En son WiMAX standartı olan 802.16m de TDD ve FDD yi destekler şekilde dizayn edilmiştir (wimaxforum [web], 2014). Ortogonal Frekans Bölmeli Çoklu Erişim (Orthogonal Frequency Division Multiple Access-OFDMA); WiMAX, çoklu erişim tekniği olarak OFDMA kullanır (Andrews, 2007:38). 44

Sağlam Güvelik; WiMAX güçlü bir şifreleme desteğini destekler. Kullanımda kullanıcı adı, parola ve akıllı kart kullanımına müsaade eder (Andrews, 2007:38). Hareketlilik; WiMAX en son geliştirilen 802.16m ile kullanılan frekansa bağlı olarak 350 km/sn ile 500 km/sn aralığında iletişimde devamlılık sağlamaktadır (wimaxforum [web], 2014). Akıllı Anten Kullanımı Desteği; WiMAX çoklu anten uygulaması desteği ve hüzme yönlendirme ile sistem kazancını oldukça fazla artırabilmektedir (Andrews, 2007:38). 802.16m ile indirmede 8 kanallı, göndermede 4 kanallı çoklu anten sistemi desteklenebilmektedir. Bu seviyede çoklu anten kullanımı, kapsama alanı ve spektral verimlilikte büyük artış sağlamaktadır (wimaxforum [web], 2014). 3. LTE ve LTE-A a. LTE (Long Term Evolution) LTE üzerine ilk çalışmalar, paket anahtarlamalı yeni bir erişim tekniği teknolojisi üzerine yoğunlaşılarak 2004 yılında başlamıştır. 3GPP (The Third Generation Partnership Project) tarafından başlatılan bu projede atılan ilk adım performans ve yetenek kriterlerini belirlemek olmuştur. 2008 sonbaharında Release-8 (3GPP, piyasa tarafından ihtiyaç duyulan özelliklerin sisteme eklenmesi maksadıyla, geliştiricilere istikrarlı bir platform sunmak için Release-X sistemini kullanır) ile belirlenen bu gereksinimlerin kullanıma geçmesi 2010 yılını bulmuştur (Dahlman, 2011:95). Şekil-21 de LTE ve LTE-A gelişim süreci gösterilmiştir. 45

Şekil-21 LTE Gelişim Süreci (Dahlman, 2011:96) 3GPP, artan data kullanımı ve yeni çoklu ortam uygulamaları ihtiyacını karşılayabilecek yeni nesil iletişim teknolojisini, IP tabanlı ve OFDMA kullanan LTE olarak göstermiştir (Ergen, 2009:379). 3GPP, LTE erişim teknolojisi üzerinde çalışması ile paralel olarak tüm sistem mimarisini oluşturan Erişim Ağı (RAN-Radio-Access Network) ve Çekirdek Ağ (CN-Core Network) üzerinde de yenileştirmeler gerçekleştirmiştir. Bunlardan bir tanesi Sistem Mimarisi Gelişimi (SAE- System Architecture Evolution) olarak bilinen iki ağ parçası arasında bölünmüş işlevselliktir. Bu çalışma sonucunda Erişim Ağı (RAN) Düz Erişim Ağı Mimarisi (flat-ran), Çekirdek Ağ (CN) ise Gelişmiş Paket Çekirdek (EPC-Evolved Packet Core) olarak yeni bir boyut kazanmıştır (Dahlman, 2011:109). Şekil-22 Çekirdek Ağ Mimarisini, Şekil-23 ise Erişim Ağı Mimarisini göstermektedir. 46

Şekil-22 Düz Çekirdek Ağı (Flat-CN) Mimarisi (Dahlman, 2011:110) Şekil-23 Geliştirilmiş Erişim Ağı (EPC) Mimarisi (Dahlman, 2011:110) HSS (Home Subscriber Service); Ana Abone Sunucusu olan HSS, kullanıcı ve abone ile ilgili bilgileri içeren bir veritabanıdır. Ayrıca 47

mobilite yönetimi, çağrı ve oturum kurulumu, kullanıcı kimlik doğrulama ve erişim yetkilendirme için destek fonksiyonları sağlar (Dahlman, 2011:110). MME (Mobility Management Entity); Hareketlilik Yönetimi Birimi olan MME, kontrol düzlemi ile ilgilenir. Bu E-UTRAN erişimi için mobilite ve güvenlik ile ilgili sinyalizasyonu işler. MME, kullanıcı ekipmanının izlenmesinden ve çağrı kayıtlarının tutulmasından sorumludur (Dahlman, 2011:110). Ağ geçitleri kullanıcı ortamıyla ilgilidir. Kullanıcı ekipmanları ve dış ağlar arasında IP veri trafiğini sağlar. S-GW (Serving Gateway); Sunucu Ağ Geçiti olan S-GW, kullanıcıya gelen paketleri yönlendirir (Dahlman, 2011:110). P-GW (Packet Data Network Gateway); Paket Data Ağı Ağ Geçiti olan P-GW, EPC ve dış IP ağları arasındaki bağlantı noktasıdır. Bu ağlar, PDNs (Paket Veri Ağı) olarak adlandırılır. Paket Data Ağları PDNs e gelen ve giden paketleri yönlendirir (Dahlman, 2011:110). enodeb; Sistemde kullanıcı ekipmanla iletişim kuran baz istasyonudur (Dahlman, 2011:110). LTE de IP tabanlı OFDMA erişim tekniği ve akıllı anten kullanımı ile desteklenmiş yüksek performans gereksinimleri mevcuttur. Başlangıç aşamasında gereksinim ayrıntıları tam sonlandırılamamış olsa da zaman içinde istenilen performans kriterleri belirlenmiştir (Ergen, 2009:379). LTE performans özellikleri Tablo-7 de sunulmuştur. 48

Tablo-7 LTE Performans Kriterleri (4gamericas [web], 2014) LTE Performans Özellikleri 1. İndirme tepe veri hızı 20 MHz bant genişliği ile 326 Mbps 2. Gönderme tepe veri hızı 20 MHz bant genişliği ile 86.4 Mbps 3. Beraber çalışabilir TDD VE FDD de özelliği (Spektrum Esnekliği) 4. 1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, ve 20 MHz lik bantlara ayarlanabilen 20 MHz lik bant genişliği 5. Kullanıcı ile baz istasyonu arasında 10 milisaniyeye kadar azaltılmış gidiş-dönüş süresi gecikmesi 6. HSPA dan 4 kat daha iyi spektral verimlilik LTE, indirme yapmak için OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) teknolojisini kullanır (Ergen, 2009:380). İndirme için OFDMA kullanan LTE, gönderme için farklı bir teknoloji kullanır. LTE standardizasyon grubu, Tek Taşıyıcılı Frekans Bölmeli Çoklu Erişim (SC-FDMA-Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) teknolojisini kullanma kararı almıştır (Ergen, 2009:381). OFDM, OFDMA ve SC-FDMA üçüncü bölümde detaylı olarak anlatılmaktadır. SC-FDMA kullanıcı cihazların gönderme bölümünün daha basit yapılmasını ve cihazın daha az güç tüketmesini sağlamıştır (Ergen, 2009:266). LTE tasarlanırken 15-120 km/saat arasında yüksek performans, 120-350 km/saat arasında da mobilitesini devam ettirebilme kriterini esas almıştır. Bu hız aralıklarında ses ve gerçek zamanlı servisler, kalitesi kesintiye uğramadan devam ettirilmektedir (Ergen, 2009:379). 49

LTE, geliştirilmiş anahtarlama aşamalı sistemi ile güvenlikte yeni bir mimari sunmaktadır. Kullanılan küresel kullanıcı kimlik modülü (USIM- Universal Subscriber Identitiy Module) ile 128-bit şifreleme yöntemi kullanan bu metod, kullanıcı verilerini güvenli hale getirmektedir (Ergen, 2009:391). LTE, gelişim süreci içerisinde performansını artırmak için çoklu anten, hüzme yönlendirme, taşıyıcı kümeleme ve kanal paylaşımlı bant genişliği teknolojilerini hayata geçirmiştir (4gamericas [web], 2014). Ticari hayatta kullanıma Aralık 2009 da (Literatürde 2010 olarak belirtilmektedir) Telia Sonera şirketi tarafından Norveç ve İsveç te sunulan LTE, günümüz itibari ile bir çok gelişmiş ve gelişmekte olan ülkede kullanıcıların hizmetine sunulmuştur (4gamericas [web], 2014). b. LTE-A (Long Term Evolution-Advanced) ITU tarafından kullanılan IMT-Advanced (IMT-A) terimi, IMT 2000 den sonra gelen çoklu erişim teknolojisinin adıdır. ITU, IMT-A yı tanımlarken gerçekleştirilmesi gereken gereksinimleri belirtmiştir. Bu gereksinimlere örnek olarak; en az 40 Mhz bant genişliğini destekleme, 15 bit/sn/hz (600 Mbit/sn) indirme tepe değeri ve 6,75 bit/sn/hz (270 Mbit/sn) gönderme tepe değeri olan spektral verimlilik, kontrol ve kullanıcı alanlarında sırasıyla 100 ve 10 milisaniyeden daha az gecikme değeri gösterilebilir (Dahlman, 2011:103). Uygulamada bir çok çözüm, rekabet koşulları, ekonomik şartlar ve müşteri memnuniyeti açısından 4G olarak tanımlanmıştır. Örneğin WiMAX ve LTE ilk ortaya çıktıklarında ITU tarafından 4G olarak kabul edilen IMT- Advanced kriterlerini karşılayamamıştır. Fakat bu uygulamalar, hâlihazırda var olan 3G teknolojisinden farklı bir isimle ortaya çıkıp müşteri ilgisinin artırılması maksadıyla 4G olarak tanıtılmıştır. Ekonomik çevrelerce 50

zamanında 3,75G ve 3,9G gibi birbirinden farklı kavramlar kullanılmış olsa da 4G standartları IMT-A ile belirtilen standartlar, 4G teknolojileri de bu standartları karşılayan çözümlerdir. ITU, Kasım 2010 da LTE-A yı daha sonra da WiMAX Release-2 yi IMT-A olarak onaylamıştır. LTE-A, LTE nin Release-10 da tanımlanan IMT-A gereksinimlerini karşılayan iyileştirilmiş versiyonudur. LTE ve LTE-A uyumlu cihazlar birbirlerinin ağ yapılarında sorunsuz hizmet verebilmektedir (4gamericas [web], 2014). Tablo-8 de LTE-A ve WiMAX 2.0 performansları ile IMT-A gereksinimleri gösterilmektedir. Tablo-8 IMT-A Gereksinimleri, LTE-A ve WiMAX 2.0 Performansları (4G Mobile Broadband Explosion:The 3GPP Wireless Evolution, August 2012, 2012:97 ; Azharuddin, 2013:6-7) IMT-A WiMAX Release Konu LTE-A Gereksinimleri 2.0 İndirme Tepe Değeri Gönderme Tepe Değeri 1 Gbps 1 Gbps >350 Mbps - 300 Mbps >200 Mbps Spektrum Ayrımı 40 Mhz e kadar 100 Mhz e kadar 5, 10, 20, 40 Mhz Kullanıcı Mobilitesi 350 km/h ye kadar 350 km/h ye kadar Kapsama Alanı 100 km 50 km ye kadar Tepe Spektral Verimlilik-İndirme Tepe Spektral Verimlilik- Gönderme Ortalama Spektral Verimlilik-İndirme 15 bps/hz 30 bps/hz 15 bps/hz 6,75 bps/hz 15 bps/hz 6,75 bps/hz 2,2 bps/hz 2,6 bps/hz >2,6 bps/hz 51

Ortalama Spektral Verimlilik- Gönderme İndirme / Gönderme Fiziksel Katmanı Gecikme (Bağlantı Katmanı / Devir) 1,4 bps/hz 2,0 bps/hz >1,3 bps/hz OFDMA/SCFDMA OFDMA/OFDMA Bağlantı Katmanı 5 ms Bağlantı Katmanı 10 ms Devir 50 ms Devir 30 ms Geleceğin kablosuz geniş bant ağ teknolojisi adı verilen LTE-A, 3GPP tarafından Release-10 olarak standartlaştırılmıştır. Daha sonra zaman içinde iyileştirmeler gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda çıkarılan Release-11 ve 2014 yılı Aralık ayında çıkarılması planlanan Release-12 özellikleri Tablo- 9 da sunulmuştur (Detaylı bilgiye www.3gpp.com internet adresinden ulaşılabilir). Tablo-9 Release-11 / Release12 (3gpp [web], 2014) 3GPP Release-11(Ocak 2013) 3GPP Release-12 (Aralık 2014) 20 MHz lik blok bant genişliklerinin kümelenmesi (carrier aggregation) ile birlikte 100 MHz e kadar ulaşan daha geniş bant genişliği desteği. Göndermede çoklu anten desteği. (Bir cihazda iki göndermeç anten) 8 8 indirme çoklu anteni ile daha yüksek indirme oranı. Koordine edilmiş çok noktalı gönderim (Coordinated Multipoint Transmission-CoMP) Geliştirilmiş Hücresel Arası Girişim Koordinasyonunu (eicic) ile desteklenen farklı ağ yapısı (Het-Net) Active Antenna Systems (AAS) Proximity Services (ProSe) Self-Organizing Network (SON) Multimedia Broadcast / Multicast Services (MBMS) Local Internet Protocol Traffic Offload / Selected Internet Protocol Traffic Offload (LIPTO / SIPTO) Enhanced International Mobile Telecommunications Advanced (eimta) Frequency Division Duplex-Time Division Duplex Carrier Aggregation (FDD-TDD CA) 52

LTE-A teknolojisinin önümüzdeki on yılın pazar talebini karşılayabilmesi öngörülmektedir. Operatörler LTE-A teknolojisini kendilerine entegre ederek 4G ağ teknolojisine geçebileceklerdir. Yeni spektrum kullanıma hazır hale gelince, gelecek on yıl içerisinde sistem, geniş frekans kanallarını kapsarsa, LTE-A bu bantlar için ideal bir teknoloji olacaktır. LTE- A da kullanılması şu an tanımlanan bantlar Tablo-10 da belirtilmiştir. Şu an kullanılan bantlarda da operatörler LTE ağlarını, LTE-A ağ yapısına yükseltebileceklerdir (4gamericas [web], 2014). Tablo-10 LTE Frekansları (radio-electronics [web], 2014) LTE Band Numarası Gönderme (MHz) 53 İndirme (MHz) Bant Genişliğ (MHz) 1 1920-1980 2110-2170 60 2 1850-1910 1930-1990 60 3 1710-1785 1805-1880 75 4 1710-1755 2110-2155 45 5 824-849 869-894 25 6 830-840 875-885 10 7 2500-2570 2620-2690 70 8 880-915 925-960 35 9 1749.9-1784.9 1844.9-1879.9 35 10 1710-1770 2110-2170 60 11 1427.9-1452.9 1475.9-1500.9 20 12 698-716 728-746 18 13 777-787 746-756 10 14 788-798 758-768 10 15 1900-1920 2600-2620 20 16 2010-2025 2585-2600 15 17 704-716 734-746 12 18 815-830 860-875 15

19 830-845 875-890 15 20 832-862 791-821 30 21 1447.9-1462.9 1495.5-1510.9 15 22 3410-3500 3510-3600 90 23 2000-2020 2180-2200 20 24 1625.5-1660.5 1525-1559 34 25 1850-1915 1930-1995 65 26 814-849 859-894 30 / 40 27 807-824 852-869 17 28 703-748 758-803 45 29 n/a 717-728 11 30 2305-2315 2350-2360 10 31 452.5-457.5 462.5-467.5 5 Tahsis (MHz) Bant Genişliği (MHz) 32 1900-1920 20 33 2010-2025 15 34 1850-1910 60 35 1930-1990 60 36 1910-1930 20 37 2570-2620 50 38 1880-1920 40 39 2300-2400 100 40 2496-2690 194 41 3400-3600 200 42 3600-3800 200 43 703-803 100 Tüm kablolu / kablosuz ağ erişim teknolojilerin (WiMAX, LTE, UMB, WiFi, DSL vb.) birbirleri ile bereber çalışabilirliliği tek bir haberleşme 54

ağı altyapısı kurma adına önemli bir basamaktır. Ağ yakınsaması (Network Convergence) adı verilen bu beraber çalışabilirlik, çoklu servislere yer verebilmek için tek bir erişim ağı modeli ile Şekil-24 te görülen erişim teknolojilerinin beraber çalışabilirliliği ifade etmektedir. LTE erişim ağı bu beraber çalışabilirliği desteklemektedir (Ergen, 2009:448). Standart IMS Erişim Ağı Kablosuz Kablolu Şekil-24 Yakınsama Ağları (Ergen, 2009:449) 55

4. ORTOGONAL FREKANS BÖLMELİ ÇOKLAMA (OFDM-ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING) a. OFDM Tarihçesi OFDM sisteminin gelişimi, 1957 yılında Kineplex çok taşıyıcılı HF modem kullanımıyla başlar. 1966 yılında Robert W.Chang, Bell laboratuvarında bir OFDM makalesi yayınlayıp patent almıştır. 1971 yılında Weinstein ve Ebert FFT ve koruyucu aralığı önermişlerdir. 1985 yılında Cimini, OFDM in kablosuz haberleşmede kullanılmasını önermiştir. 1987 yılında Alard ve Lasalle sayısal yayını önermişlerdir. 1995 yılında Avrupa Telekominikasyon Standart Enstitüsü (ETSI-European Telecommunications Standards Institute) OFDM tabanlı ilk standart olan Dijital Ses Yayın (DAB- Digital Audio Broadcasting) standardını oluşturmuştur (cttservices [web], 2014). b. OFDM Yapısı İletim bant genişliğini, sinyal bozulması olmadan artırmanın bir yolu da çok taşıyıcılı iletim yöntemleri kullanmaktır. Çok taşıyıcılı sistem, yüksek bant genişliğine sahip bir sinyalin tek başına taşınması yerine, sinyalin aynı hat üzerinden dar bant genişliğine sahip bir çok alt taşıyıcı ile frekans çoklamalı olarak taşınmasıdır (Dahlman, 2011:23). Aynı hat üzerinden M kadar sinyali paralel olarak taşımakla tüm bant genişliği M kadar artırılabilir. Şekil-25 te çok taşıyıcılı iletim gösterilmiştir. 56

Şekil-25 Çok Taşıyıcı Kullanarak Bant Genişliğinin Artırılması (Dahlman, 2011:24) Şekil-26 Tek Taşıyıcı (Dahlman, 2011:28) Şekil-26 da OFDM de kullanılan çok taşıyıcılı sistemin tek taşıyıcısı, Şekil-27 de ise bu taşıyıcıların birleştirilmiş hali gösterilmektedir. 57

Şekil-27 Çok Taşıyıcı Boşluğu (Dahlman, 2011:28) Alt taşıyıcıların miktarı binlerce taşıyıcıya kadar uzanabilir. Aralarındaki aralık ise bir kaç khz den yüzlerce khz e kadar uzanabilir. Bu taşıyıcı arasındaki boşluk miktarı, beklenen azami süre dağılımı veya kanal çeşitliliğinin beklenen azami hızı gibi sistemin çalışacağı şartlara göre değişmektedir. Sistemden hangi verim elde edilmek isteniyorsa boşluklar bu amaca göre artırılır veya azaltılır (Dahlman, 2011:28). Çok taşıyıcılı modülasyonun en basit şekli, veri akışınının alt veri akışlarına bölünerek, farklı alt taşıyıcı frekanslarında merkezlenmiş farklı ortogonal alt taşıyıcılar üzerinden aktarılmasıdır (Goldsmith, 2004:326). OFDM, yüksek kapasiteli data akışı için kullanılan çok taşıyıcılı iletim teknolojisidir. Bu yüksek kapasite, kullanılan çok taşıyıcılı sistemden elde edilmektedir (Şekil-28) (Ergen, 2009:110). 58

FDM Bant Genişliği OFDM Bant Genişliği Tasarruf Edilen Bant Genişliği Şekil-28 FDM ve OFDM (Ergen, 2009:110) Bu taşıyıcılar birbirlerine karşı ortogonal olup aralarındaki frekans paylaşımı Fast Fourier Transform (FFT) ile yapılmaktadır (Ergen, 2009:109). OFDM in FFT çözümlemesi kullanmasının nedeni FFT nin özel yapısı ve alt taşıyıcı boşluğu seçmede kullandığı yöntemler olsa da, asıl sebep az karmaşık olan yapısıdır (Dahlman, 2011:30). Şekil-29 da OFDM sisteminin FFT ve IFFT kullanılarak yapılan veri giriş ve çıkışı en basit mimari yapısı ile gösterilmektedir. Gönderici Giren Data Çıkan Data Modülasyon IFFT DAC Alıcı Demodülasyon FFT ADC OFDM Sinyali Şekil-29 OFDM Sistem Mimarisi (Papadimitriou, 2003:193) 59

Bu mimari yapıda, taşınacak data, iletim için uygun sözcük uzunluğuna (word size) getirilir (Örneğin QPSK kullanılırsa, akım, iki bit veri kelimelerine bölünür). Daha sonra her sözcük uzunluğu farklı taşıyıcılara atanır. Taşıyıcı sinyallerde girdiyi oluşturan bu birimler modüle edilir. Bir çok farklı taşıyıcının gerçek içeriği tanımlanır. Bu gerçek içerikler, zaman alanında OFDM sinyalinin bir temsilini elde etmek için, Ters Hızlı Fourier Dönüşümü (IFFT-Inverse Fast Fourier Transform) için bir girdi oluşturur. IFFT, artık çok düşük maliyetle yapılabilen Hızlı Fourier Dönüşümü (FFT-Fast Fourier Transform) kullanılarak gerçekleştirilebilir. Daha sonra IFFT çıktısı, Sayısal-Analog Çevirici (DAC-Digital to Analog Conversion) tarafından iletim için uygun olan bir analog forma dönüştürülür. Alıcı bu mesaj için göndericiden yapılan işlemin tam tersini uygular ve alınan sinyali sayısallaştırır. Alınan sinyalin frekans alanı içerisinde temsilini alabilmek için FFT uygular. Bu işlemin sonucu, iletilmek istenen datanın demodüle edilip taşıyıcıların asıl içeriği olan çıktı elde edilir. Son olarak taşınmış tüm sözcük uzunlukları (word size) bir araya getirilerek gerçek mesaj oluşturulur (Papadimitriou, 2003:193). c. Ortogonalitenin Önemi OFDM isminin ortogonal bölümü sistemdeki taşıyıcı frekanslar arasında matematiksel bir ilişki olduğuna işaret etmektedir. Normal FDM sisteminde sinyaller birbirinden ayrık olduğu için klasik modülatör ve demodülatörler kullanılarak sinyal alınabilir. Bu tür alıcılarda farklı taşıyıcılar arasında koruma bantları kullanılır ve bu bantlar spektrumun verimliliğini azaltır (Çınar, 2010:23). OFDM sinyalinde taşıyıcıların ayarlanması ve her bir taşıyıcının yan bantlarının üst üste bindirilmesi ile taşıyıcı girişimi olmadan sinyal alınabilir. Bunu gerçekleştirebilmek için taşıyıcıların birbirlerine matematiksel olarak ortogonal olmalısı gerekmektedir (Şekil-28) (Çınar, 2010:24). 60

Normalde farklı taşıyıcıların sinyal bozulmadan alıcıda oluşturulabilmesi için birbirleri ile çakışmaması gerekir. OFDM de IFFT kullanılarak üst üste binmiş sinyallerden sadece alınması gerekenler seçilir, diğerleri sıfır olarak kabul edilir (ice [web], 2014). 5. ORTOGONAL FREKANS BÖLMELİ ÇOKLU ERİŞİM (OFDMA- ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS) a. Ortogonal Frekans Bölmeli Çoklu Erişim Günümüzde artan data ihtiyacı ve veri hızını karşılayabilmek maksadıyla, aynı anda bir çok veri gönderimi yapabilen çoklu erişim teknikleri sıklıkla kullanılmaktadır. OFDM ve OFDMA genel olarak birbirleri ile karıştırılmaktadır. OFDMA, OFDM yi esas alan çoklu erişim metodudur. OFDMA, Release 8 ve Release 9 da LTE de standart hale getirilmiştir (4gamericas [web], 2014). OFDMA kullanılarak yapılan erişimde, her OFDM sembol aralığında, mevcut alt taşıyıcılar genel kümesinin farklı alt-grupları farklı terminallere atanarak indirme ve gönderme yapılır (Şekil-30) (Dahlman, 2011:41). Şekil-30 (a) OFDMA İndirme ve (b) Gönderme (Dahlman, 2011:41) 61

OFDM ile OFDMA arasındaki temel ayrım noktası OFDMA nın alt taşıyıcıların alt kümelerini dinamik olarak kullanıcılara ayrı ayrı atayabilmesidir. Bu atama çoklu kullanıcılar için hem zamanın farklı dilimlerinde farklı kullanıcılara erişim izni veren TDMA nın, hemde farklı frekanslarda yine farklı kullanıcılara erişim izni veren FDMA nın birlikte kullanılmasını sağlayarak çoklu erişimi mümkün kılmaktadır. OFDMA hücresel ve mobil sistemler için daha uygundur (4gamericas [web], 2014). b. Tek Taşıyıcılı Frekans Bölmeli Çoklu Erişim (SC-FDMA Single Carrier - Frequency Division Multiple Access) SC-FDMA, OFDMA teknolojisinin gönderme iletimi için uygun hale getirilmiş farklı bir versiyonudur. Standart OFDMA teknolojisinin alıcı ve verici bloklarını farklı sırada kullanır. SC-FDMA teknolojisinin ana amacı, OFDMA teknolojisine göre daha düşük Tepe Güç / Ortalama Güç Oranı (PAPR-Peak to Average Power Ratio) ile iletim sağlamaktır. OFDMA zarf dalgalanmalarına (envelope fluctuations) sebep olduğundan, yüksek PAPR li sinyaller, sinyal bozulmasını engellemek için hayli kuvvetli güç yükselteçlerine ihtiyaç duymaktadır. Mobil cihazların tasarımı çok karmaşık ve hassas olduğundan bu güç ihtiyacı, cihaz kapasitesinin hayli üstüne çıkmaktadır (Ergen, 2009:261). Bir diğer amaç ise OFDMA nın frekans kayması engelini ortadan kaldırmaktır. Göndermede farklı mobil kullanıcılardan aynı anda çok sayıda iletim yapılmaktadır. Bu çoklu gönderim yapılan sistemde oluşabilecek bir frekans kayması, OFDMA nın alt taşıyıcılarının ortogonalitesini bozabilir. Tüm bu sorunları aşmak için, paralel iletim kullanan OFDMA nın aksine, SC-FDMA ardışık simgeleri iletir ve alt taşıyıcılar üzerinde bir sembol gücü yayarak PAPR yi azaltır (Ergen, 2009:261). 62

SC-FDMA bir alt taşıyıcı enerjisini IFFT den önce, tüm alt taşıyıcıların üstüne yayar. Bu şekilde kanalda spektral boşluklar ortalama ile indirgenir. Böylece PAPR azaltılır. Bu temel fikir Şekil-31 de görüldüğü gibi göndermecin IFFT bloğundan önce bir FFT blok kullanılması düşüncesi ile ortaya çıkmıştır (Ergen, 2009:262). Şekil-31 OFDMA ve SC-FDMA Karşılaştırması (Ergen, 2009:262) Sonuç olarak SC-FDMA, gönderme için OFDM tabanlı tek taşıyıcılı bir teknolojidir. SC-FDMA el cihazlarında verici bölümünü basitleştirmek ve daha düşük PAPR oranı ile güç tüketimini azaltmak için kullanılmaktadır (Ergen, 2009:266). 6. YENİ ANTEN SİSTEMLERİ a. Çoklu Anten İletim için kullanılan bir kanal sönümlemeden etkilenebilir. Bu da sinyaldeki gürültü oranının yükselmesi ve iletilen sayısal sinyalin hata oranının artması anlamına gelir. Çeşitlilik ilkesi, aynı sinyali bir çok hali ile 63

alıcıya sunmaktır. Bu işlemde, sinyal yayılımının farklı yollardan yapılması durumunda, sinyallerin birbirinden etkilenme olasılığı oldukça azalır. Buna göre, çeşitlilik bir bağlantıdaki sağlamlığa yardımcı olur ve performansını artırır ve hata oranını azaltır (radio-electronics [web], 2014). MIMO (Multiple Input Multiple Output) sistem performansını artırmak için alıcıda ve vericide çoklu anten kullanır (Şekil-32). Verici ve alıcıda birden fazla anten kullanan ve her bir anten için ayrı bir veri yolu sağlayarak sinyal çeşitlemesi yapan MIMO, etkili bir radyo anteni teknolojisidir (radio-electronics [web], 2014). Şekil-32 Çoklu Anten (radio-electronics [web], 2014) Çok yollu sönümleme bölümünde anlatıldığı gibi, telsiz sinyalinin alıcı ve verici arasında ilerlediği çoklu yollar sinyal gücünde bir zayıflamaya ve çoklu yol sönümlemesine sebep olmaktadır. MIMO teknolojisi daha yüksek kazanım elde etmek maksadıyla, çoklu vericilerden çoklu alıcılara, çoklu veri akışları göndererek sinyallerin bu yayılım özelliğinden yararlanır (Rackley, 2007:124). 64

Şekil-33 Çoklu Anten Haberleşme Yapısı (Rackley, 2007:125) MIMO da aynı bant genişliği, çoklu iletim yolları oluşturularak eş zamanlı olarak etkili bir şekilde kullanılır. Bu yollar aynı derecede güçlü ve mükemmel bir şekilde ayrılabilirse kullanılabilir. İletim kanalının genel kapasitesi bağımsız yollarının sayısı ile doğrusal olarak artar. M adet verici ve N adet alıcı olan bir sistemde bağımsız iletişim kanalı sayısı M ve N in küçük olanı kadardır (Rackley, 2007:125). MIMO sistemlerinde Şekil 33 te gösterildiği gibi, vericide, alıcıda ve hem vericide-hem alıcıda çeşitleme olarak üç farklı türe ayrılmaktadır. Herhangi bir çeşitlemenin olmadığı, sistemde sadece bir alıcı ve verici antenin bulunduğu sistemler tek-girişli tek-çıkışlı sistemler (SISO) olarak adlandırılır. Eğer sadece alıcıda çoklu anten kullanılmış ve çeşitleme yapılmışsa SIMO, yalnız vericide çesitleme yapıldıgı durumda da MISO, hem alıcıda hem de vericide çesitlemenin yapıldıgı sistemlere de MIMO adı verilir (Rackley, 2007:125). 65

MIMO, ilk olarak Release-6 ile standartlaştırılmıştır ve Release- 7 de HSPA+ için Uzaysal Çoklama ile geliştirilmiştir. Tepe veri hızlarında büyük oranda artış, özellikle girişimin az olduğu bölgelerde çok büyük spektral verimlilik ve artan sistem kapasitesi (kullanıcı sayısı) MIMO nun getirdiği önemli kazanımlardandır (4gamericas [web], 2014). 3GPP nin Mart 2010 da tamamlanan ve LTE tanımlamalarının yapıldığı Rel-9 da, MIMO standartları daha da geliştirilmiştir. LTE-A da ise bu özellikler çok daha ileri seviyeye ulaşmıştır. Pratikte bütün yollar eşit şekilde güçlü ve kusursuz olarak ayrılmamıştır. Performans, alıcı ve verici arasındaki her yolu tanımlayan katsayılar tarafından belirlenir. Bu tekil değerler, her antenden iletilen farklı işaretler esnasında gönderilen, her veri paketinin başlangıcında bulunun kısa bir ısınma periyodu işareti ile belirlenir. Bu işaretler iletim kanalı hakkında bilgi (CSI-Channel State Information) sağlar ve bu bilgi ile alıcı, veri paketinin geri kalanını çözmek için kullanılan tekil değerleri hesaplayabilir (Rackley, 2007:125). Herhangi bir çoklu anten yapılandırmasının önemli bir özelliği, büyük oranda anten uzaklığı ve karşılıklı kanal sönümlemesi arasındaki ilişki nedeniyle meydana gelen sönümlemeyi engellemek için anten elemanlarının birbirinden belirli bir mesafe uzakta olmasıdır. Çoklu anten yapılandırmasında antenler, karşılıklı ilişkiyi (mutual correlation) önlemek için birbirlerinden belli mesafe uzakta konumlandırılır (Dahlman, 2011:59). Çoklu anten yapılandırması, çalışma sonunda ne elde edilmek istendiğine göre karşılıklı ilişkinin az ya da çok olduğu bir şekilde yapılandırılır. Antenler arasındaki mesafe eşdeğer dalga boyu ya da iletişim için kullanılan taşıyıcı frekansına bağlıdır (Dahlman, 2011:59). 66

Mesafe aynı zamanda dağıtım senaryosuna da bağlıdır. Baz istasyonu antenleri büyük hücrelerde hizmet verdiği durumlarda antenler arası mesafe, düşük sönümleme ilişkisi için 10 dalga boyu olmalıdır. Fakat aynı şartlardaki bir terminal için yarım dalga boyu (0.5λ) yeterlidir. Baz istasyonu ve terminal anteni arasındaki bu farklılığın sebebi, terminalin bulunduğu konum itibari ile baz istasyonundan daha fazla yansımalı dalgalardan faydalanacak olmasıdır. Bu şekilde sönümleme azalacaktır. Baz istasyonu daha küçük bir hücrede hizmet verirse antenleri arasındaki uzaklık, büyük hücrede çalışana oranla daha az olacaktır (Dahlman, 2011:59). Eski kablosuz haberleşme cihazları SISO teknolojisi kullandığından bahsedilen çok yollu yayılım avantajlarından yararlanamaz ve alma / gönderme için sadece bir yol kullanabilirler (intel [web], 2014). Sonuç olarak alıcı ve vericide bulunan anten sayılarını arttırarak kanalın kapasitesini (Shannon Teoremi ile sınırlı olan) her eklediğimiz kanal kadar artırmak mümkündür. Bu özellik, spektral verimliliğin gün geçtikçe önem kazandığı günümüzde, MIMO yu son yılların en önemli kablosuz teknolojilerinden biri haline getirmiştir. b. Akıllı Anten Birçok mühendislik sistemlerinin işlevselliği, insan vücudu sistemi ile ilişkilendirildiğinde kolayca anlaşılabilmektedir. Bu nedenle bir akıllı antenin nasıl çalıştığı hakkında bir fikir vermek için karanlık bir odanın içinde konuşma yapan iki kişi kullanılmıştır (Şekil-34). İki kişinin arasında dinleyici olan kişinin, konuşmacı odada hareket ettikçe yerini belirleme yeteneği vardır. Çünkü konuşmacının sesi her biri akustik sensör olan kulaklarına farklı zamanlarda gelmektedir. İnsan sinyal işlemcisi beyin, iki kulak tarafından alınan sesteki zaman farklılıkları veya gecikmelerden dolayı konuşmacının yönünü hesaplar. Daha sonra hesaplanan yönden her bir 67

kulağa ayrı ayrı gelen ses sinyallerinin gücünü ekler. Daha da ötesinde bu sırada başka biri daha konuşursa beyin bir ayarlama yaparak diğer sesi atlar ve istenilen konuşmacıya odaklanır (Balanis, 2005:946). İstenilen Konuşmacı İstenilmeyen Konuşmacı Şekil-34 Akıllı Anten ve İnsan Benzerliği (Balanis, 2005:946) İstenilen Konuşmacı İstenilmeyen Konuşmacı Dijital Sinyal İşlemcisi Şekil-35 Akıllı Anten Elektrisel Benzerlik (Balanis, 2005:946) 68

Akıllı anten sistemleri iki kulak yerine iki veya daha çok anten, beyin yerine ise dijital sinyal işlemcisi kullanarak aynı mantıkla çalışır (Şekil- 35). Böylece dijital sinyal işlemcisi her anten elemanından gelen zaman gecikmelerini ölçer ve ilgilenilmeyen sinyali (SNOI-Signal not of Interest) eleyerek, ilgilenilen sinyalin (SOI-Signal of Interest) varış yönünü hesaplar ve alır (Balanis, 2005:947). Şekil-36, 37 ve 38 de normal anten ve akıllı anten yayılımları arasındaki fark gösterilmiştir. A Cihazı B Cihazı Anten Şekil-36: Normal Anten Yayılımı (robotification [web], 2014) Normal anten yayılımı sinyalin herhangi bir kullanıcıyı hedef almadan her yönde (omnidirectional) yayılmasıdır. 69

Kullanıcı Şekil-37: Anahtarlamalı Hüzme Tip Akıllı Anten Yayılımı (Balanis, 2005:951) Anahtarlamalı Hüzme sistemi, sinyal gücünü tespit eder ve önceden tanımlanmış uygun hüzme yolunu aktif hale getirir. Burada amaç kullanıcı yer değiştirdikçe yeni lokasyonun tespit edilip kazancın artırılmasıdır (Balanis, 2005:951). A Cihazı B Cihazı Anten Şekil-38: Uyarlamalı Dizilim Tip Akıllı Anten Yayılımı (robotification [web], 2014) 70

Uyarlamalı dizilim anten sistemleri ise anten yolundaki girişimi ve istenmeyen sinyalleri bastırırken, ana hüzmeyi esas sinyale doğru yönlendirebilir ve her kullanıcı için uygun bir yayılım yolu biçimlendirebilir. Bu bakımdan uyarlamalı dizilim anten sitemleri, anahtarlamalı sistemlere göre daha yüksek performans gösterirler (Balanis, 2005:952). Üreticiler hücresel sistemlerde artan kullanım ve hızlı veri taleplerini karşılayabilmek için farklı çözüm yolları üzerinde çalışmalar başlatmışlardır. Bu çalışmalar sonucunda akıllı anten sistemi ortaya çıkmıştır. Bir çok kişi akıllı anten sistemi ne sadece akıllı anten dese de aslında akıllı olan antenler değil, arka planda çalışan dijital sinyal işlemcileridir (Balanis, 2005:950). Akıllı anten teknolojisi her ne kadar yeni gözükse de aslında temelleri İkinci Dünya Savaşı yıllarına dayanır. Son yıllarda düşük maliyetli işlemcilerin çıkması ile kendisine piyasada yer bulabilmiştir (Balanis, 2005:946). Uzay Bölmeli Çoklu Erişim (SDMA-Spatial Division Multiple Access), kullanıcıları uzaysal olarak ayırarak, frekans spektrumunun kullanımını optimize eder (Şekil-39). SDMA nın ilk şekli, aynı frekansın farklı hücrelerde tekrar kullanıldığı hücresel kablosuz ağlardır ve bu tür ağlarda komşu kanal girişimini önlemek için hücrelerin yeterince ayrılması gerekir. Bu ise bir bölgedeki hücre sayısını ve frekansın tekrar kullanılabilirliğini sınırlandırır. Daha gelişmiş diğer bir yaklaşım, ağın kapasitesini daha da artırabilir. Bu teknik, hücre içerisinde bir frekansın tekrar kullanılabilmesine imkân tanımaktadır ve antenlerin istenilen kullanıcıya yönlendirilmesi için akıllı sinyal işleme ile desteklenmiş anten dizileri kullanan akıllı anten tekniklerini kullanır. Bu anten dizileri dar hüzmeler oluşturabildiklerinden kullanıcılar arasındaki uzaysal ayırma yeterli olduğu miktarda frekans tekrar kullanılabilir (Bandırmalı, 2005:3). 71

SDMA, akıllı anten teknolojisinin en karmaşık kullanım alanları arasında yer almaktadır. SDMA nın gelişmiş uzaysal işlem yeteneği her kullanıcı için farklı hüzme oluşturarak birçok kullanıcıyı sistemde tutmayı sağlar (Şekil-39). Bu teknoloji frekansı yeniden kullanma (frequency reuse) imkânı sağladığı ve girişimi azaltıp altyapı maliyetini düşürdüğünden kendisine çok büyük bir kullanım sahası bulmuştur. Üstelik bu frekansı yeniden kullanma sadece hücreler arası değil hücre içinde de kullanılabilmektedir (Balanis, 2005:953). Şekil-39 SDMA ve Çoklu Hüzme Yeteneği (Bandırmalı, 2005:3) Akıllı anten sisteminin kullanımının birinci faydası kapasitede sağladığı artıştır. Diğer bir fayda sinyal uzanım artışıdır. Diğer bir deyişle sinyal enerjisini hedeflenen kullanıcıya odaklayabilir. Akıllı anten kullanımının bir diğer faydası da güvenliktir çünkü, sinyale girişim yapmak isteyen kullanıcının alıcısının, kullanıcı ile aynı yönde olması gerekir. Son olarak, akıllı anten sistemlerinin lokasyon algılama yapısı, acil durumlarda ihtiyaç duyulan bölgelere gerekli hizmetleri götürmede kolaylık sağlar (Balanis, 2005:957-958). 72

Akıllı anten alıcı ve vericileri klasik baz istasyonu alıcı ve vericisine göre çok karmaşık bir yapıya sahiptir. Her bir anten elemanı için ayrı bir alıcı ve verici ünitesine ihtiyaç duyar ve bunların her birinin gerçek zamanlı olarak çok hassas ayarlanması gerekir. Tüm bunlarla beraber hüzme yönlendirme işlemi çok yoğun matematiksel işlemler içerdiğinden, akıllı anten sistemleri çok güçlü sayısal işaret işlemcilerine ve kontrol sistemlerine ihtiyaç duyarlar. Dolayısıyla maliyetleri yüksektir (Balanis, 2005:958). 73

DÖRDÜNCÜ BÖLÜM TAKTİK SEVİYEDE ASKERİ BİRLİKLERİN VE İRTİBAT PLANLARININ İNCELENMESİ Taktik seviyede askeri birlik, muharebe alanında aktif olarak görev alan ve karşıt kuvvet ile yakın temas halinde olan unsurlardır. Taktik birlikler, kendisine tahsis edilen görevleri yerine getirmek maksadıyla, belirli bir arazi kesimini, bir düşman birliğini veya tesisini kontrol altında bulundurmak için muharebe eden unsurlardır. Taktik seviyede en büyük askeri birlik olarak kabul edilen Tugayın yapısı, yetenekleri ve mimarisi için Amerika Birleşik Devletleri Tugay Muharebe Talimnamesi olan FM 3-90.6 Brigade Combat Team esas olarak alınmıştır. Bu talimname, Stryker Brigade Combat Team adlı Taarruz Tugay Komutanlığı kuruluşunu, görevini, imkân ve kabiliyetlerini ve alabileceği görevleri anlatmaktadır. Taktik seviye askeri birliklerin haberleşme mimarisi, bu Tugayın kuruluşu esas alınarak hazırlanmıştır. Fakat muharebe esnasında emre verme-alma faaliyetleri, birliğin alacağı görev tipine göre kuruluşuna yeni unsurlar eklenme, muharebenin yeni şartlarına göre vazife değişikliği gibi varsayımlar kabul edilerek birlik kuruluşlarında bazı düzenlemeler yapılmıştır. Örneğin Stryker Brigade Combat Team adlı Tugay kuruluşunda Özel Takım adıyla bir birlik yokken, Tugayın en kötü şartlarda haberleşme irtibatlarını devam ettirebilmesi ve muharebe esnasında ortaya çıkabilecek olumsuz şartlara ayak uydurabilmesi için üç adet Kısım ve bir adet Mangadan oluşan Özel Takım adıyla yeni bir unsur eklenmiştir. Tugay kuruluşunda bulunan tüm unsurların kuruluş şemaları ve irtibat planları aşağıda incelenmiştir. 74

Çalışmamızda Tugay seviyesinde askeri taktik birliklerin, irtibat planları ve haberleşme ihtiyaçları incelenecektir. Bu analizi yapabilmek için birlik kuruluş mimarisinin ortaya çıkarılması gerekmektedir. Birlik kuruluşları mimarisi belirlendiktan sonra, bir sonraki bölümde kuruluş yapısının hangi boyutta ses ve veri ihtiyacı olduğu çeşitli varsayımlar üzerinden değerlendirilecektir. Şekil-40 da bütün askeri kuruluşlarda kullanılacak olan irtibat planı açıklaması verilmiştir. Birlik İrtibat Planlarında çevrime dahil olan kişi sayısı bilgi güvenliği nedeniyle verilmemiştir. Şekil-40 Birlik İrtibat Planı Açıklaması 1. MANGA SEVİYESİNDE ASKERİ TAKTİK BİRLİK Manga, taktik askeri kuruluşta en küçük birimidir. ABD Ordusu Manga Kuruluşu Şekil-41 de gösterilmiştir. Manga, bir adet Manga Komutanı ve herbiri dörder kişiden oluşan iki adet Tim seviyesinde birlikten oluşmaktadır. Bir Kısım ya da bir Takım Komutanlığı altında bulunan Manga, 75

taktik görevlerini kuruluşunda bulunduğu birlik ile beraber yerine getirir (FM 3-21-8 Infantry Rifle Platoon and Squad, 2007:1-37). Şekil-41 Manga Kuruluşu(FM 3-21-8 Infantry Rifle Platoon and Squad, 2007:1-17) Manga, inceleyeceğimiz askeri kuruluşta 1 inci seviye taktik askeri birlik olarak ele alınacaktır. Manga Komutanının (Mg.K.) unsurları arasındaki mesafe yakın olduğundan, irtibat için uzak mesafeli haberleşme cihazı kullanmasına gerek yoktur. Şekil-42 de Manga İrtibat Planı gösterilmektedir. 76

Şekil-42 Manga İrtibat Planı 2. KISIM SEVİYESİNDE ASKERİ BİRLİKLERİN İNCELENMESİ Kısım, taktik askeri kuruluşta Mangadan sonra gelen 2 nci seviye birliktir. Kısım, Manga ve Takım arasında kalan bir kuruluştur ve en fazla üç Mangadan oluşur. Şekil-43 te ABD Ordusu Kısım Kuruluşu verilmiştir. Kısım Komutanı (Ks.K.), unsurları ile irtibatını, kuracağı bir adet Komuta Çevrimi üzerinden gerçekleştirmektedir. Şekil-44 te Kısım İrtibat Planı verilmiştir. 77

Şekil-43 Kısım Kuruluşu (FM 7-10 Infantry Rifle Company, 2000:3-8) Şekil-44 Kısım İrtibat Planı 78

3. TAKIM SEVİYESİNDE ASKERİ BİRLİKLERİN İNCELENMESİ Takım, taktik askeri kuruluşta Kısımdan sonra gelen 3 üncü seviye birliktir. Takım Komutanı (Tk.K.) unsurları ile irtibatını, kuracağı bir adet Komuta Çevrimi üzerinden gerçekleştirmektedir. Takım, Manga ve Kısımlardan oluşur. Şekil-45 te ABD Ordusu Takım Kuruluşu verilmiştir. ABD Ordusu Takım kuruluşunda dört adet Manga bulunmaktadır. Takım ABD Ordusundaki gibi dört adet Mangadan oluşurken, muharebe şartları gereği birlik miktarlarında değişiklik yaparak kabul ettiğimiz Özel Takım, üç adet Kısım ve bir adet Mangadan oluşur. ABD Ordusunda Özel Takım kuruluşu bulunmamaktadır. Özel Takım, çalışmamızda özel görevler için kullanılacağı farz edilen bir kuruluştur. Bu Özel Takımdan her Bölük kuruluşuna da bir adet eklenmiştir. Şekil-46.a da Takım İrtibat Planı, Şekil- 46.b de ise Özel Takım İrtibat Planı gösterilmektedir. Askeri birliklerin kullanacağı toplam çevrim miktarı hesaplanırken, birliğin altında bulunan askeri birliklerin çevrimleri de hesaplanmaktadır. Örneğin Takımı oluşturan unsurlar Manga olduğundan, Takımın sadece bir adet Komuta Çevrimi bulunmaktadır. Fakat Özel Takımın bünyesinde üç adet Kısım bulunduğundan, her bir Kısımın kullandığı çevrim miktarı, Takımın toplam çevrim miktarına eklenmiştir. Bu nedenle Özel Takımın dört adet çevrimi bulunmaktadır. 79

Şekil-45 Takım Kuruluşu (FM 3-21-8 Infantry Rifle Platoon and Squad, 2007:1-12) Şekil-46.a Takım İrtibat Planı 80

Şekil-46.b Özel Takım İrtibat Planı 4. BÖLÜK SEVİYESİNDE ASKERİ BİRLİKLERİN İNCELENMESİ Bölük, taktik askeri kuruluşta Takımdan sonra gelen 4 üncü seviye birliktir. ABD Ordusu Bölük Kuruluşu Şekil-47 de verilmiştir. Bölük Komutanlığı (Bl.K.) unsurları ile irtibatını, bir adet Komuta Çevrimi (Şekil-48), bir adet Lojistik Çevrim (Şekil-49) ve bir adet Ateş Destek Çevrimi (Şekil-50) üzerinden gerçekleştirmektedir. Komuta Çevrimi, Bölük Komutanı tarafından, Lojistik Çevrim, Bölük Karagâhında Lojistik faaliyetlerden sorumlu komutan tarafından, Ateş Destek Çevrimi ise Bölük Karargâhındaki Ateş Destek faaliyetinden sorumlu komutan tarafından yürütülür. ABD Ordusu Bölük Kuruluşu 3 adet normal Takım, 1 adet Ateş Destek Takımından oluşmaktadır. Muharebe şartları gereği birlik 81

miktarlarında değişiklik yaparak kabul ettiğimiz Bölük Kuruluşu ise 4 adet Takım ve 1 adet Özel Takımdan oluşmaktadır. Bu değişiklik, ana taktik birlik unsurlarından bir tanesi olan Bölük kuruluşunun alabileceği farklı tipte görevler dikkate alınarak yapılmıştır. (Ateş Destek Takımı) Şekil-47 Bölük Kuruluşu (FM 7-10 Infantry Rifle Company, 2000:1-12) Komuta Çevrimi, birliğin harekât öncesinde, esnasında ve sonrasında sevk ve idare edildiği çevrim tipidir. Birlik Komutanı bu çevrimde, birliğin organik kuruluşunda bulunan veya emrine verilen unsurlarla kendisine verilen vazifeyi yerine getirmek için gerçekleştireceği harekâtı sevk ve idare eder. Komuta Çevriminin öncelikli iletim tipi ses tir. Ses, taktik birliklerin harekât esnasında, özellikle karşıt kuvvetle temas halinde sıkça kullandığı bir haberleşme şeklidir. Ancak bu öncelik, çevrimde veri haberleşmesi yapılamayacağı anlamına gelmez. Komuta Çevriminde her unsur Birlik Komutanından gelecek ses veya veri çağrısını takip eder ve en kısa sürede cevap verir. 82

Şekil-48 Bölük İrtibat Planı-1 (Komuta Çevrimi) Lojistik Çevrimi, birliğin kendisine verilen vazifeyi gerçekleştirmek için ihtiyaç duyduğu personel, malzeme ve teçhizatları koordine ettiği bir çevrim tipidir. Lojistik Çevrim, askeri harekâtın başarıya ulaşmasını destekler. Lojistik Çevrime Bölük Karagâhından bir adet Kısım da katılmaktadır. Birliklerde lojistik faaliyetleri, asıl harekâtı desteklediğinden, kesintiye uğramamalı ve Birlik Komutanını meşgul etmemelidir. Birlik Komutanının asıl faaliyet alanı, Komuta Çevrimi üzerinden yürüttüğü askeri harekâttır. Bu nedenle Lojistik Çevrimini, birliğin lojistik faaliyetlerden sorumlu karargâh komutanı yürütür. Lojistik Çevriminin öncelikli iletim tipi veri dir. Lojistik, veri kullanımının artması ile insana bağlı öznel yapısından sıyrılmakta, daha çok insan tarafından kontrol edilen bir otomasyon sistemine dönüşmektedir. Lojistik Çevrimde veri, öncelikli iletim tipi olmasına rağmen, ses de çevrim 83

unsurları tarafından kullanılabilir. Özellikle acil ve teyit edilmesi gereken veya komutanın özel emri olan durumlarda lojistik akış ses üzerinden yapılmaktadır. Şekil-49 Bölük İrtibat Planı-2 (Lojistik Çevrimi) Ateş Destek Çevrimi, birliğin vazifesini yerine getirebilmek için ihtiyaç duyduğu ateş desteğinin yönetildiği çevrimdir. Ateş Desteği, görmeyerek yapılan uzak mesafeli atışları kapsamaktadır. Lojistik Çevrim gibi, Ateş Destek Çevrimi de harekâtı desteklemek için icra edilir. Ateş Desteği birliğin harekâtında çarpan etkisi yaratmaktadır. Birliğin kısa mesafeli silahlarıyla oluşturduğu etkinin mesafesi kısa, karşı kuvvet ve unsurları üzerine etkisi sınırlıdır. Ateş Desteği unsurlarının etkisi ise uzun mesafeli ve etki alanı daha geniştir. Bu nedenle Ateş Destek çevriminde, haberleşmenin geciktirilmemesi ve doğruluğunun korunarak iletilmesi çok büyük önem arz etmektedir. 84

Ateş Destek Çevrimi, iletim tipi olarak veri öncelikli bir yapıdadır. Öznel unsurlarla alınacak bilginin gecikmeye sebep olması ve doğruluğunun teyit edilmesinin zaman alması, sistemin otomasyon bir yapıda işletilmesi gereğini ortaya koymuştur. Ateş Destek Çevrimi, komutanın anlık isteklerine ve muharebe durumunda meydana gelebilecek değişikliklere cevap verebilmek için ses iletim tipini de destekler. Ateş Destek Çevrimine Özel Takım, ast unsurları ile beraber iştirak etmektedir. Ateş Destek Çevrimi, karargâhın ateş desteğinden sorumlu karargâh komutanı tarafından yönetilir. Birlik Komutanı bu çevrime sadece gerekli gördüğü zamanlarda müdahil olur. Şekil-50 Bölük İrtibat Planı-3 (Ateş Destek Çevrimi) 85

Tablo-11 Bölük Toplam Çevrim Miktarı Bölük Toplam Çevrim Miktarı Kısım Çevrimi Takım Çevrimi Özel Takım Toplam Çevrimi Bölük Çevrimi 1 (1 Adet Kısım Komuta Çevrimi) 4 (4 Takımın 1 er Adet Komuta Çevrimleri) 4 (1 Adet Özel Takım Çevrimi, 3 Adet Kısım Çevrimi) 3 (1 Adet Komuta, 1 Adet Lojistik, 1 Adet Ateş Destek) TOPLAM 12 Kuruluşunda dört adet Takım, bir adet Özel Takım bulunan Bölüğün toplam çevrim miktarı Tablo-11 de belirtilmiştir. Bir Bölükteki toplam çevrim miktarı, sadece o Bölüğün karargâhının çevrimleri değil, Takım, Kısım gibi kendisine bağlı ast birliklerin çevrimlerini de içermektedir. 5. TABUR SEVİYESİNDE ASKERİ BİRLİKLERİN İNCELENMESİ Tabur, taktik askeri kuruluşta Bölükten sonra gelen 5 inci seviye birliktir. ABD Ordusu Tabur Kuruluşu Şekil-51 de verilmiştir. ABD Ordusu Tabur kuruluşunda üç adet Bölük, bir adet Lojistik Bölük, bir adet Ateş Destek Bölüğü bulunmaktadır. Muharebe şartları gereği birlik miktarlarında değişiklik yaparak kabul ettiğimiz Tabur kuruluşunda ise dört adet Bölük, bir adet Lojistik Bölük ve bir adet Ateş Destek Bölüğü bulunmaktadır. 86

Tabur Komutanlığı (Tb.K.), unsurları ile irtibatını, bir adet Komuta Çevrimi (Şekil-52), bir adet Lojistik Çevrimi (Şekil-53) ve bir adet Ateş Destek Çevrimi (Şekil-54) üzerinden gerçekleştirmektedir. (Lojistik Bölüğü) (Ateş Destek Bölüğü) Şekil-51 Tabur Kuruluşu (FM 3-21-20 Brigade Combat Team, 2006:1-3) Şekil-52 Tabur İrtibat Planı-1 (Komuta Çevrimi) 87

Tabur Komuta Çevrimi, Tabur harekâtının sevk ve idare edildiği çevrimdir. Özellikleri daha önce açıklanan Komuta Çevrimine Tabur kuruluşunda bulunan Bölük Komutanları ve Karargâh Komutanları iştirak etmektedir. Ayrıca muharebe koşulları gereği kısa ya da uzun süreli Tabur emrine giren birlik komutanları, Tabur ile olan irtibatını, Komuta Çevrimi üzerinden sağlamaktadır. Şekil-53 Tabur İrtibat Planı-2 (Lojistik Çevrim) Tabur Lojistik Çevrimi, Taburun lojistik faaliyetlerinin yönetildiği çevrim tipidir. Özellikleri daha önce açıklanan Lojistik Çevrime, Tabur kuruluşunda bulunan Bölüklerin lojistik faaliyetlerinden sorumlu karargâh komutanları dahil olur. Bu çevrim, Tabur Karargâhında lojistik faaliyetlerden sorumlu komutan tarafından yönetilir. Lojistik Çevrime, Lojistik Bölüğün ast unsurları da katılır. 88

Şekil-54 Tabur İrtibat Planı-3 (Ateş Destek Çevrimi) Tabur Ateş Destek Çevrimi, Taburun ateş destek faaliyetlerinin yönetildiği çevrim tipidir. Özellikleri daha önce açıklanan Ateş Destek Çevrimine, Taburun kuruluşunda bulunan Bölüklerin ateş destek faaliyetlerinden sorumlu karargâh komutanları dahil olur. Bu çevrim, Tabur Karargâhında ateş destek faaliyetlerden sorumlu komutan tarafından yönetilir. Ateş Destek Çevrimine, Ateş Destek Bölüğünün ast unsurları da katılır. 89

Tablo-12 Tabur Toplam Çevrim Miktarı Tabur Toplam Çevrim Miktarı Kısım Çevrimi - Takım Çevrimi - Özel Takım Toplam Çevrimi Bölük Çevrimi Tabur Çevrimi - 72 [Tabur kuruluşunda 6 adet Bölük, her Bölüğün 12 adet çevrimi bulunmaktadır. (12*6=72)] 3 (1 Adet Komuta Çevrimi, 1 Adet Lojistik Çevrim, 1 Adet Ateş Destek Çevrimi) TOPLAM 75 Tabur Komutanlığı kuruluşu, Bölük, Takım ve Kısımlardan oluşur. Taburda kullanılan toplam çevrim sayısı, kuruluşunda bulunan ast unsurların çevrim sayıları hesaplanarak Tablo-12 de verilmiştir. Çalışmamızda altı adet Bölükten oluştuğu kabul edilen Taburda, toplam 75 adet çevrim bulunmaktadır. 6. TUGAY SEVİYESİNDE ASKERİ BİRLİKLERİN İNCELENMESİ Tugay, taktik askeri kuruluşta Taburdan sonra gelen 6 ncı ve son seviye taktik birliktir. ABD Ordusu Tugay kuruluşu Şekil-55 te verilmiştir. Tugay Komutanlığı (Tug.K.), unsurları ile irtibatını, bir adet Komuta Çevrimi (Şekil-56), bir adet Lojistik Çevrim (Şekil-57) ve bir adet Ateş Destek Çevrimi (Şekil-58) üzerinden gerçekleştirir. 90

(Lojistik Taburu) (Ateş Destek Taburu) (Karagâh Destek Taburu) Şekil-55 Tugay Kuruluşu (FM 3-90-6 Brigade Combat Team, 2010:1-13) ABD Ordusu Tugay kuruluşunda dört adet Tabur, bir adet Lojistik Tabur, bir adet Ateş Destek Taburu ve bir adet Karagâh Destek Taburu bulunmaktadır. Muharebe şartları gereği kabul ettiğimiz Tabur kuruluşu ABD Tabur kuruluşu ile aynıdır. Şekil-56 Tugay İrtibat Planı-1 (Komuta Çevrimi) 91

Tugay Komuta Çevrimi, harekâtın sevk ve idare edildiği çevrim tipidir. Özellikleri daha önce açıklanan Komuta Çevrimine, Tugay kuruluşunda bulunan Tabur Komutanları ve Karargâh Komutanları katılmaktadır. Ayrıca muharebe koşulları gereği kısa ya da uzun süreli emre alınan birlikler irtibatını, Tugay Komuta Çevrimi üzerinden gerçekleştirirler. Tugay Komuta Çevrimi, Tugay Komutanı tarafından yönetilir. Şekil-57 Tugay İrtibat Planı-2 (Lojistik Çevrimi) Tugay Lojistik Çevrimi, Tugayın lojistik faaliyetlerinin yönetildiği çevrimdir. Özellikleri daha önce açıklanan Lojistik Çevrime, Tugay kuruluşunda bulunan Taburların lojistik faaliyetlerinden sorumlu karargâh komutanları ve Lojistik Taburu dahil olur. Çevrim, Tugay Karargâhında bulunan lojistik faaliyetlerden sorumlu komutan tarafından yönetilir. 92