5G NR & LTE — Mimari ve Linux

00 LTE mimarisi — eNB, EPC, UE protocol stack

LTE (Long Term Evolution / 4G), 3GPP Release 8 ile tanıtılan hücresel teknolojidir. All-IP yapısı ve düz ağ mimarisi ile 2G/3G'den kopuşu simgeler.

  LTE Ağ Mimarisi (EPS)
  ──────────────────────────────────────────────────────
  UE  (User Equipment — Linux + LTE modem)
        ↓  Uu arayüzü (RF)
  eNB (Evolved NodeB — baz istasyonu)
        ↓  S1-U (GTP-U)             ↓  S1-MME
  S-GW (Serving Gateway)       MME  (Mobility Mgmt Entity)
        ↓  S5/S8 (GTP-U)
  P-GW (PDN Gateway — IP atar, NAT yapar)
        ↓  SGi arayüzü
  Internet / PDN

  UE LTE Protokol Yığını
  ──────────────────────────────────────────
  NAS  (Non-Access Stratum) → EMM, ESM
  RRC  (Radio Resource Control)
  PDCP (Packet Data Convergence Protocol) → sıkıştırma, şifreleme
  RLC  (Radio Link Control) → ARQ
  MAC  (Medium Access Control) → HARQ, scheduling
  PHY  (Physical Layer) → OFDM, MIMO

LTE temel kavramlar

EARFCN

LTE kanal numarası

1750 (Band 3)

PCI

Physical Cell ID

0–503

TAC

Tracking Area Code

0x0B13

RNTI

Radio Network Temp. ID

Dinamik

DRB

Data Radio Bearer

1–11

Bandwidth

Kanal genişliği

5/10/15/20 MHz

DL Peak

İndirme tepe hızı

150 Mbps (Cat.4)

UL Peak

Yükleme tepe hızı

50 Mbps (Cat.4)

01 5G NR mimarisi — gNB, 5GC, NSA ve SA modları

5G NR (New Radio), 3GPP Release 15 ile tanıtılmıştır. eMBB, URLLC ve mMTC kullanım senaryolarına yönelik üç temel kullanım alanı tanımlar.

  5G SA (Standalone) Mimarisi — 3GPP Release 15+
  ──────────────────────────────────────────────────────
  UE  (5G modem — RM500Q, EM160R)
        ↓  Uu arayüzü (NR)
  gNB (Next Generation NodeB)
        ↓  N2 (NAS)              ↓  N3 (GTP-U)
  AMF (Access & Mobility Mgmt)   UPF (User Plane Function)
  SMF (Session Mgmt Function)         ↓  N6
  UDM (Unified Data Mgmt)       Internet / DN
  AUSF (Auth Server Function)

  5G NSA (Non-Standalone) — Anchor LTE + 5G NR
  ──────────────────────────────────────────────────────
  UE
        ↓ LTE (anchor)     ↓ 5G NR (ek kapasite)
  eNB            +     gNB  (en-gNB)
        ↓ S1-MME
  EPC  (mevcut 4G çekirdek — hızlı geçiş)

Özellik LTE (4G) 5G NSA 5G SA

Çekirdek ağ EPC EPC 5GC

Radyo LTE LTE + NR NR

DL tepe hız 1 Gbps (CA) 4 Gbps 20 Gbps

Gecikme ~30 ms ~10 ms < 1 ms (URLLC)

Network slice Yok Sınırlı Tam destek

Deployment Yaygın Mevcut (2024) Yayılıyor

02 ENDC — E-UTRA NR Dual Connectivity

ENDC (E-UTRA NR Dual Connectivity), LTE anchor üzerinden 5G NR ekleme mekanizmasıdır. Türkiye'deki operatörlerin mevcut 5G dağıtımı büyük ölçüde NSA/ENDC kullanır.

  ENDC Bağlantı Akışı
  ────────────────────────────────────────────────
  1. UE → LTE eNB'ye bağlanır (anchor)
  2. eNB → EPC'ye S1 bağlantısı kurar
  3. eNB, yakında NR gNB olduğunu tespit eder
  4. eNB → SCG (Secondary Cell Group) kurulumunu başlatır
  5. UE → hem LTE hem NR'a bağlı (PDCP split)
  6. Yüksek bant genişliği trafik NR üzerinden
  7. Kontrol plane hâlâ LTE'de

AT — ENDC durumu sorgula (Quectel)●

# ENDC aktif mi?
AT+QNWPREFCFG="nr5g_disable_mode"
# +QNWPREFCFG: "nr5g_disable_mode",0
# 0 = 5G etkin
# OK

# Mevcut ağ teknolojisi
AT+QNWINFO
# +QNWINFO: "EN-DC","28601","LTE BAND 3",1750
# EN-DC = LTE + NR Dual Connectivity
# OK

# 5G serving cell bilgisi
AT+QENG="servingcell"
# +QENG: "servingcell","NOCONN"
# "LTE","FDD",286,01,021A4D01,123,1750,3,-83,-12,-54,16,41
# "NR5G-NSA",286,01,1,3703680,78,-89,-12,21
# OK

# 5G NR bant bilgisi
AT+QNWPREFCFG="nr5g_band"
# +QNWPREFCFG: "nr5g_band",1:3:5:7:8:20:28:38:40:41:77:78:79
# OK

# Sadece LTE'ye zorla (5G kapat)
AT+QNWPREFCFG="nr5g_disable_mode",1
# OK

# LTE+5G NR geri aç
AT+QNWPREFCFG="nr5g_disable_mode",0
# OK

03 Band kombinasyonları ve Carrier Aggregation

Carrier Aggregation (CA), birden fazla LTE/NR bandını eş zamanlı kullanarak bant genişliğini artırır. Modern Cat.12+ modemler 3–4 band birleştirebilir.

AT — CA ve band bilgisi●

# Desteklenen LTE bandları (Quectel EC25)
AT+QCFG="band"
# +QCFG: "band",0xf,0x68d,0x0
# GSM: 0xf (B1,B2,B3,B8)
# LTE: 0x68d (B1,B3,B7,B10,B11)
# OK

# Aktif LTE band ve CA bilgisi
AT+QCAINFO
# +QCAINFO: "PCC",1750,50,"LTE BAND 3",1,123,-83,-12,-54
# +QCAINFO: "SCC",3350,100,"LTE BAND 7",1,456,-87,-14,-61
# OK
# PCC = Primary Component Carrier
# SCC = Secondary Component Carrier
# Band 3 (1800 MHz) + Band 7 (2600 MHz) = CA birleşimi

# RM500Q — 5G band bilgisi
AT+QCAINFO
# +QCAINFO: "PCC",1750,50,"LTE BAND 3",1,123,-78,-10,-50
# +QCAINFO: "SCC",3703680,100,"NR5G BAND 78",1,789,-72,-8,-45
# NR Band 78 (3.5 GHz) + LTE Band 3 (1.8 GHz)

# Sadece belirli bandları kullan
# (B3 + B7 = Band 3 ve Band 7)
AT+QCFG="band",0,0x84,0
# B3=0x4, B7=0x80 → B3|B7=0x84
# OK

# SIM7600 — CA bilgisi
AT+CAINFO?
# +CAINFO: 1,20,1750,3
# 1=PCC aktif, 20MHz, EARFCN=1750, Band 3

Band 3

1800 MHz

Turkcell, Vodafone, TT

Kapsama

Band 7

2600 MHz

Turkcell, Vodafone

Kapasite (şehir)

Band 20

800 MHz

Turkcell, TT

İç mekan, kırsal

Band 28

700 MHz

Turkcell

Kırsal kapsama

NR Band 78

3500 MHz

Turkcell, Vodafone

5G (NSA/SA)

04 MIMO ve beamforming temelleri

MIMO (Multiple Input Multiple Output) çoklu anten teknolojisi, LTE'de 4x4 MIMO, 5G NR'da massive MIMO ve beamforming ile kapasite ve kapsama artışı sağlar.

  MIMO Katmanları
  ──────────────────────────────────────────────────
  2x2 MIMO  → 2 TX anteni, 2 RX anteni
              → LTE Cat.4, 150 Mbps DL
  4x4 MIMO  → 4 TX, 4 RX
              → LTE-A Pro, ~600 Mbps DL
  8x8 MIMO  → 8 TX, 8 RX (UL)
              → 5G NR temel
  Massive MIMO → 64 veya 128 TX anteni (baz istasyonu)
              → 5G NR, dikey beamforming
  Beamforming  → Faz farkı ile enerjiyi odakla
              → mmWave (26/28/38 GHz) için kritik

AT — MIMO durumu sorgula●

# RM500Q — aktif MIMO katmanı sayısı
AT+QENG="servingcell"
# +QENG: "servingcell","NOCONN",
# "NR5G-SA",286,01,1,3703680,78,-78,-8,23,4
# Son değer: 4 = 4 MIMO stream (4x4 MIMO)
# OK

# LTE MIMO katmanı
AT+QCAINFO
# +QCAINFO: "PCC",1750,50,"LTE BAND 3",2,123,-78,-10,-50
# 5. alan (2) = MIMO katman sayısı (2x2 MIMO)
# OK

# UE donanım yetenekleri (ue-capability)
AT+QCFG="uecap/mimo"
# +QCFG: "uecap/mimo","4x4"
# Anten konfigürasyonu: 4T4R
# OK

05 Linux 5G modem driver stack — qmi_wwan, cdc_mbim

5G modemlerin Linux'ta tanınması için gerekli kernel modülleri, USB ID'leri ve konfigürasyon adımları.

bash — 5G modem driver kurulumu●

# RM500Q USB ID kontrol
lsusb
# Bus 001 Device 003: ID 2c7c:0800 Quectel RM500Q-GL

# Kernel modüllerini kontrol et
lsmod | grep -E "qmi|mbim|option|cdc"
# option                 53248  0
# usb_wwan               20480  1 option
# qmi_wwan               28672  0
# cdc_wdm                20480  2 qmi_wwan,cdc_mbim
# cdc_mbim               28672  0

# Kernel config kontrolü (compiled in?)
grep -E "QMI_WWAN|CDC_MBIM" /boot/config-$(uname -r)
# CONFIG_USB_NET_QMI_WWAN=m
# CONFIG_USB_MBIM=m

# Modülleri yükle
modprobe option
modprobe qmi_wwan
modprobe cdc_mbim

# USB cihaz bağlandığında udev logları
udevadm monitor --udev --subsystem-match=usb

# RM500Q için özel udev kuralı (USB mode switch)
cat /etc/udev/rules.d/99-rm500q.rules
# # RM500Q — QMI modunu zorla
# SUBSYSTEM=="usb", ATTRS{idVendor}=="2c7c", ATTRS{idProduct}=="0800",
#   ACTION=="add", RUN+="/sbin/usb_modeswitch -W -I -u -1 -v 2c7c -p 0800"

# USB_MODESWITCH için paket
apt-get install usb-modeswitch usb-modeswitch-data

# Cihazlar oluştu mu?
ls /dev/cdc-wdm* /dev/ttyUSB* /sys/class/net/wwan*
# /dev/cdc-wdm0
# /dev/ttyUSB0  /dev/ttyUSB1  /dev/ttyUSB2  /dev/ttyUSB3
# /sys/class/net/wwan0

# USB arayüz numarasını bul
cat /sys/class/net/wwan0/device/uevent
# DRIVER=qmi_wwan

Kernel config (Yocto/Buildroot)

kconfig — 5G modem için minimum kernel config●

# USB ağ temel
CONFIG_USB_NET_DRIVERS=y
CONFIG_USB_USBNET=y

# QMI (Qualcomm)
CONFIG_USB_NET_QMI_WWAN=m
CONFIG_USB_WDM=m

# MBIM (Microsoft)
CONFIG_USB_MBIM=m

# CDC ACM (AT port)
CONFIG_USB_ACM=m

# USB Serial (eski modemler)
CONFIG_USB_SERIAL=m
CONFIG_USB_SERIAL_OPTION=m

# CDC NCM (bazı MBIM modemler)
CONFIG_USB_NET_CDC_NCM=m
CONFIG_USB_NET_CDC_MBIM=m

06 AT+COPS ile network ve teknoloji seçimi

AT+COPS operatör seçimi yapar; AT+QNWPREFCFG ve AT+CNMP ile tercih edilen ağ teknolojisi (LTE, 5G NSA, 5G SA) ayarlanır.

AT — network seçimi●

# Mevcut operatör ve teknoloji
AT+COPS?
# +COPS: 0,0,"Turkcell",13
# 13 = NR (5G NSA), 7 = LTE, 2 = UTRAN
# OK

# Quectel — ağ teknolojisi tercihi
AT+QNWPREFCFG="mode_pref"
# +QNWPREFCFG: "mode_pref",AUTO
# OK

# Sadece 5G SA modunu zorla
AT+QNWPREFCFG="mode_pref",NR5G
# OK

# LTE + 5G NSA (ENDC)
AT+QNWPREFCFG="mode_pref",LTE:NR5G
# OK

# Sadece LTE
AT+QNWPREFCFG="mode_pref",LTE
# OK

# SIM7600/SIM8200 — AT+CNMP ile teknoloji seçimi
AT+CNMP?
# +CNMP: 2   → otomatik
# OK
AT+CNMP=38
# 38 = LTE sadece
# OK
AT+CNMP=109
# 109 = NR5G sadece
# OK
AT+CNMP=2
# 2 = Otomatik (hepsine izin ver)
# OK

# AT+COPS parametreleri
# AT+COPS=<mode>,<format>,<oper>,<AcT>
# AcT: 0=GSM, 2=UTRAN, 7=LTE, 11=NR, 12=NR+LTE(NSA), 13=NR NSA

# Manuel LTE seçimi
AT+COPS=1,2,"28601",7
# OK

# Manuel 5G NSA seçimi
AT+COPS=1,2,"28601",13
# OK

# Otomatik moda dön
AT+COPS=0
# OK

07 5G SA bağlantı akışı ve doğrulama

5G SA (Standalone) bağlantısının adım adım kurulumu — ağ kaydından IP atamasına ve sinyal doğrulamasına.

  5G SA Bağlantı Akışı
  ────────────────────────────────────────────────────
  1. UE açılır → RF açık, SIM PIN kontrolü
  2. NR cell arama → PBCH (SSB) ve MIB okuma
  3. RRC Setup → gNB ile RRC bağlantısı
  4. Registration Request → AMF'ye NAS mesajı
  5. AUSF ile 5G-AKA → kimlik doğrulama
  6. Registration Accept → 5G-GUTI atanır
  7. PDU Session Establishment → UPF ile tünel
  8. IP atama → DHCP veya statik
  9. QoS Flow → DRB oluşturulur, trafik başlar

AT — 5G SA bağlantı doğrulama●

# 5G SA modu etkinleştir
AT+QNWPREFCFG="mode_pref",NR5G
# OK

# Kayıt durumu bekle (5G SA için CEREG önemli)
AT+CEREG?
# +CEREG: 0,1  → kayıtlı
# OK

# 5G serving cell bilgisi
AT+QENG="servingcell"
# +QENG: "servingcell","NOCONN",
# "NR5G-SA",286,01,1,3703680,78,-78,-8,23,4
# NR5G-SA = 5G Standalone
# EARFCN=3703680, Band=78, RSRP=-78, RSRQ=-8, SINR=23

# 5G SA hız bilgisi
AT+QNWINFO
# +QNWINFO: "NR5G","28601","NR5G BAND 78",3703680
# OK

# PDU session durumu
AT+CGACT?
# +CGACT: 1,1   → context 1 aktif
# OK

# IP adresini doğrula
AT+CGPADDR=1
# +CGPADDR: 1,"10.45.0.5","2001:db8::1"
# IPv4 ve IPv6 dual-stack!
# OK

08 Practical — Quectel RM500Q ile 5G ve iperf3 testi

Quectel RM500Q-GL modemi ile Linux üzerinde 5G NR bağlantısı kurma ve iperf3 ile throughput ölçümü.

DONANIM

Quectel RM500Q-GL: 5G NR Sub-6 + LTE-A Cat.20. M.2 form faktörü (PCIe + USB 3.0). Desteklenen bandlar: 5G NR n1/n3/n5/n7/n8/n20/n28/n38/n40/n41/n77/n78/n79. USB 3.0 üzerinden ~3 Gbps teorik hız.

bash — RM500Q tam kurulum●

# 1. USB bağlantı doğrula
lsusb | grep Quectel
# Bus 001 Device 003: ID 2c7c:0800 Quectel RM500Q-GL

# 2. USB 3.0 aktif mi?
lsusb -t | grep -A2 "2c7c"
# |__ Port 1: Dev 3, If 4, Class=Vendor Specific, Driver=qmi_wwan, 5000M
#                                                                   ^^^^^ = USB 3.0

# 3. ModemManager ile kontrol
mmcli -L
# /org/freedesktop/ModemManager1/Modem/0 [Quectel] RM500Q-GL

# 4. Firmware versiyonu
mmcli -m 0 | grep firmware
# firmware revision: RM500QGLABR11A06M4G

# 5. 5G modu ayarla
mmcli -m 0 --command='AT+QNWPREFCFG="mode_pref",LTE:NR5G'

# 6. Bağlan
mmcli -m 0 --simple-connect="apn=internet,ip-type=ipv4v6"

# 7. Bağlantı durumu doğrula
mmcli -m 0 --command='AT+QENG="servingcell"'
# "NR5G-NSA" veya "NR5G-SA" görünmeli

# 8. Bearer bilgisi ve IP
mmcli -m 0 --bearer=0
# interface: wwan0
# IPv4: 10.45.0.5

# 9. DHCP
udhcpc -i wwan0 -n -q
ip addr show wwan0
ip route show dev wwan0

iperf3 ile 5G throughput testi

bash — iperf3 5G performans testi●

# iperf3 kur
apt-get install iperf3

# DL testi — public iperf3 sunucusu
iperf3 -c iperf.he.net -p 5201 -R -B 10.45.0.5 -t 30
# [ ID] Interval         Transfer     Bitrate
# [  5]  0.00-30.00 sec   1.23 GBytes   351 Mbits/sec  receiver

# UL testi
iperf3 -c iperf.he.net -p 5201 -B 10.45.0.5 -t 30
# [  5]  0.00-30.00 sec   468 MBytes   131 Mbits/sec  sender

# UDP testi (latency)
iperf3 -c iperf.he.net -u -b 10M -t 30 -B 10.45.0.5

# Ping ile latency ölç
ping -c 100 -I wwan0 8.8.8.8 | tail -2
# rtt min/avg/max/mdev = 8.234/12.456/23.891/2.123 ms

# Paralel stream testi (çok thread)
iperf3 -c iperf.he.net -P 4 -R -B 10.45.0.5 -t 60

Python throughput izleme

python — throughput_monitor.py●

#!/usr/bin/env python3
"""wwan0 üzerinde gerçek zamanlı throughput ölçümü."""
import time

IFACE = 'wwan0'
STAT_PATH = f'/sys/class/net/{IFACE}/statistics'

def read_stat(name):
    try:
        with open(f'{STAT_PATH}/{name}') as f:
            return int(f.read().strip())
    except FileNotFoundError:
        return 0

def format_rate(bps):
    if bps > 1e6:
        return f'{bps/1e6:.1f} Mbps'
    elif bps > 1e3:
        return f'{bps/1e3:.1f} Kbps'
    return f'{bps:.0f} bps'

prev_rx = read_stat('rx_bytes')
prev_tx = read_stat('tx_bytes')
prev_t  = time.time()

print(f"{'Zaman':<10} {'DL':>12} {'UL':>12} {'RTX hata':>10}")
print('-' * 50)

try:
    while True:
        time.sleep(1)
        now    = time.time()
        rx     = read_stat('rx_bytes')
        tx     = read_stat('tx_bytes')
        rx_err = read_stat('rx_errors')

        dt     = now - prev_t
        dl_bps = (rx - prev_rx) * 8 / dt
        ul_bps = (tx - prev_tx) * 8 / dt

        ts = time.strftime('%H:%M:%S')
        print(f"{ts:<10} {format_rate(dl_bps):>12} "
              f"{format_rate(ul_bps):>12} {rx_err:>10}")

        prev_rx, prev_tx, prev_t = rx, tx, now
except KeyboardInterrupt:
    print("\nDurduruldu.")

5G PERFORMANS BEKLENTİSİ

RM500Q ile NSA modunda tipik değerler: DL 200-600 Mbps, UL 50-150 Mbps, latency 8-20 ms. SA modunda: DL 400 Mbps–1 Gbps+, UL 100-300 Mbps, latency 5-15 ms. Gerçek değerler operatör yüküne, mesafeye ve bina içi olmaya göre büyük değişir.