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[分享] 蜂窝网络详解

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一粒金砂(中级)

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发表于 2020-2-21 13:23 | 显示全部楼层 |阅读模式

业界一般把这张网叫做蜂窝移动通信网。如果你手边有苹果手机话,打开设置,就能看到关于蜂窝网络的相关选项,点进去之后,还能看到蜂窝数据相关的选项。下文将会经常出现的网络这个词,就是指的由多个基站组成的蜂窝网络。手机,又称移动电话,和固定电话最大的区别就在于手机可以被人随身携带,到处移动。这个过程就叫做小区选择

单个基站的力量是非常渺小的,因此,需要把多个基站紧密地连接起来,组成一张蜂窝移动通信网,才能正常提供服务。

看完本篇内容,你将会了解:

什么是蜂窝网?

蜂窝网实现移动性管理?

③ 2345G的通信网络架构有何不同?

01、让我们开始吧!

单个基站的力量其实是非常渺小的。看似一个个复杂的庞然大物,也就只能覆盖方圆几百米的范围。在密集城区,一个1800MHz频段的4G基站,覆盖半径也就是300米左右。

如果你边打电话边走路,不知不觉地从一个基站的覆盖范围跑到了另外一个基站的覆盖范围,那么对你的服务就必须在这两个基站间无缝交接,才能保证电话不断。

因此,一个个孤立的基站单打独斗是没法提供良好服务的,需要让众多的基站联合起来,遵守相同的规则,互通有无,协同工作才能满足移动通信需求。

这大量的基站联合起来,再加上其他的一些传输,控制节点,就组成了一张。业界一般把这张网叫做蜂窝移动通信网

不难看出,蜂窝移动通信网这个词中包含了3个概念:蜂窝移动通信网。下面将进行逐一介绍。

02、啥是蜂窝?

说到蜂窝可以理解为蜜蜂的蜂巢,如果我们深入到蜂巢的内部,就会发现它们是由许多个完美的正六边形组成。这些正六边形无缝衔接起来,组成了一张大网,并且还会随着蜂群的壮大而不断地扩张。

 

虽然单个基站的覆盖范围很有限,但如果我们让每一个基站的覆盖都是一个完美的正六边形,多个基站联合起来,不就能实现大面积的无缝覆盖了吗?

 

蜂窝网络

如上图所示,多个基站整齐地排布在一起,每一个正六边形的蜂房就叫一个“Cell”(中文翻译为小区),多个这样的Cell组成的系统就叫做Cellular Network(蜂窝网络)。

如果你手边有苹果手机话,打开设置,就能看到关于蜂窝网络的相关选项,点进去之后,还能看到蜂窝数据相关的选项。

 

虽然看起来这么玄乎,其实目前所有运营商的网络都是蜂窝网络,苹果的设置里面无非就是关于关于运营商,语音,数据,热点之类的基本功能的一些设置。

下文将会经常出现的网络这个词,就是指的由多个基站组成的蜂窝网络。

03、怎样移动?

手机,又称移动电话,和固定电话最大的区别就在于手机可以被人随身携带,到处移动。

这就导致了蜂窝网络必须解决一个最关键的问题:怎样让这些跑来跑去,不知道在哪里的用户随时随地可以打电话并上网?

第一招:小区选择和重选

手机在开机时,会不断地检测哪个基站的信号强,并进行排序确认最优的服务小区。一旦选定,手机就会驻扎在这个小区里,手机上也就显示出了信号标识,到底有几格信号一目了然。这个过程就叫做小区选择

 

并且,由于手机是可以被拿着到处移动的,它不可能对一个小区从一而终,必须时刻扫描相邻小区的信号强度,一旦发现更优的小区,就会毫不犹豫地抛弃原小区,投入这个新小区的怀抱。这个过程就叫做小区重选

 

第二招:位置更新

首先,网络会按照地理区域,划分为多个位置区。一个位置区包含了一组基站所覆盖的区域,在此区域内,每个基站都在源源不断地向用户广播自己的位置区编码。

 

手机开机后,检测到自己所在的位置区,并向网络报告,这个过程就叫做位置更新。这样网络就知道了手机的位置,以后如果来电话了也就到这个位置区去提醒手机接电话。开机时的位置更新见下图

 

如果只在开机的时候上报位置,网络还是会担心:如果过段时间手机要是故障了,或者没电关机了的话,不是又联系不上了吗?这还得了,必须让手机每隔几分钟主动就吱一声,告诉我它还在原地,还活着,还能联系上!周期性位置更新见下图

 

如果手机到时不主动上报,那网络就会认为这手机已经跑到没信号的地方,没法联系上了。如果有人拨打这个手机的号码,就会提示:对不起,您拨打的用户不在服务区。

更进一步,如果手机跑啊跑,发现自己到了另外一个位置区的地界,那就必须给网络打个招呼:我到了新的位置,以后在这里找我吧,不用再去原来的地方了!位置区改变的位置更新见下图

 

第三招:切换

想想看,如果你拿着手机,坐在车上打着电话,从一个小区移动到了另一个小区的边界,眼看着信号越来越弱,随时都有可能掉话,形势十分危急。这可咋办呢?

好在手机一直在测量着相邻小区的信号强度,服务小区一旦发现邻区信号强到一定的程度,就可判断手机到了边界,该把电话移交给另外一个小区了,于是火速联系新小区做好一切业务移交准备,得到肯定的答复之后才能让手机接入到新小区,电话得以持续。切换流程见下图

 

这个过程就叫做切换

注意:小区选择,重选和位置更新都是手机在空闲态时的行为,没有那么紧急;而切换是在手机处于通话状态的行为,必须快速准确完成,否则可能导致切换失败,电话断开。因此切换成功率是一项非常关键的考核指标。切换过程示意图见下图

 

04、通信网架构

一旦多个基站连成了一张蜂窝网络,靠各个基站之间彼此互通,进行自治效率太低,这就需要引入一个中央控制点,对多个基站进行统一管理了。

2G3G时代,多个基站由一个控制器管理,多个控制器又由核心网来管理,组成了一个三层的金字塔型架构。2G/3G通信网络架构见下图

 

控制器这个名字非常直白,就是用来控制基站的。其中2G的控制器就叫做基站控制器(BSCBase Station Controller3G的控制器为了彰显逼格,取名为无线网络控制器(RNCRadio Network Controller。业界一般直接就叫英文缩写BSC/RNC或者干脆就统一叫控制器。

核心网的名字里也有个字,它自身也是一张非常复杂的网络。但在这里我们不去展开说,只需把核心网想象成一个功能强大的路由器,连接并管理所有的基站和控制器,让一切的服务,不管是打电话,还是发短信,彩信,还是上网都能顺利地找到目的地。

4G时代,为了降低时延,简化架构,去掉了基站控制器,基站直接由核心网来进行管理。但是这个架构虽然简单,但用起来却不是那么方便。4G通信网络架构见下图

 

这是因为如果让核心网把一切都管起来的话,负荷太大;如果放权让基站之间点对点地互相协调资源调度,干扰等问题的话,效率低,效果差,结果就是4G终其一生都在跟这个架构死磕。

到了5G时代,吸取了4G时代的教训,又走回到了2G3G时代的老路,那就是把基站拆分成了集中单元(CU)和分布单元(DU),一个CU管理多个DU,然后核心网再来管理数量较少的CU5G通信网络架构见下图

然而5G是非常灵活的,CUDU可以分离,也可以不分离,如上图所示。具体是否进行DUCU的拆分要看5G的发展阶段以及具体业务的时延需求。这也算是通信网架构螺旋式上升的表现了。

奇迹物联(北京)科技有限公司:专注eSIM应用方案落地

 

04、蜂窝网络的意义

中国拥有世界最好的4G网络,4G基站的数量相当于世界其他国家4G基站数量的总和,这样的大规模建设在世界其他地方是不可想象的,投入非常巨大,但为什么我们要建设好这一张网络呢?

蜂窝网络跟公路、电网一样,是一个国家最重要的基础设施,得力于基础设施的建设,我们才能有更好的发展,中国短时间内移动互联网的崛起,一方面得力于人口红利,另外一方面,就得力于网络的基础,所以才会出现腾讯、阿里、百度、字节跳动等一众优秀的互联网企业,所以移动互联网是蜂窝网络建设的既得利益者。

除了手机、平板电脑等移动设备,我们身边还有很多基于蜂窝网络的设备,我们出门的共享单车、小区楼下的自动快递柜、商场里的自动售卖机、汽车里的OBD、家里的智能电表、公司里的智能烟感报警,各个场景下都有蜂窝网络的身影,他们覆盖2G/4G/NB-IOT,未来的自动驾驶、人工智能、医疗健康、工业自动化,他们有一个共同的名字---物联网,通过设备接入网络,实现更好的体验、更高的效率。万物互联的时代,物联网将来会是比互联网更庞大的产业,将会改版每一个人的生活。

奇迹物联是一家eSIM物联网应用解决方案供应商,SIM卡是蜂窝网络的一个钥匙,eSIM是一把智能钥匙,把传统SIM卡集成到2mm*2mm的芯片上,省去卡槽的空间,贴片式集成,让SIM更稳定,适应更多的物联网场景。奇迹物联同时提供内置eSIM2G模块、4G模组、NB-IOT模组、GPS模组,让eSIM集成更简单、更高效、更低成本。


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发表于 2020-2-21 23:12 | 显示全部楼层

我不清楚的是现在又有多少伪基站,那些流动的,会不会影响整个的格局



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一粒金砂(初级)

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发表于 2020-4-2 11:25 | 显示全部楼层

新人来学习的



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