移動通信網(wǎng)和蜂窩到底有什么關(guān)系

單個基站的力量是非常渺小的，因此，需要把多個基站緊密地連接起來，組成一張蜂窩移動通信網(wǎng)，才能正常提供服務(wù)

。

看完本篇內(nèi)容，你將會了解：

① 什么是蜂窩網(wǎng)？

② 蜂窩網(wǎng)實(shí)現(xiàn)移動性管理？

③ 2345G的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有何不同？

讓我們開始吧！

大家好！今天要介紹的是“蜂窩移動通信網(wǎng)”這個概念。

單個基站的力量其實(shí)是非常渺小的?？此埔粋€個復(fù)雜的龐然大物，也就只能覆蓋方圓幾百米的范圍。在密集城區(qū)，一個1800MHz頻段的4G基站，覆蓋半徑也就是300米左右。

如果你邊打電話邊走路，不知不覺地從一個基站的覆蓋范圍跑到了另外一個基站的覆蓋范圍，那么對你的服務(wù)就必須在這兩個基站間無縫交接，才能保證電話不斷。

因此，一個個孤立的基站單打獨(dú)斗是沒法提供良好服務(wù)的，需要讓眾多的基站聯(lián)合起來，遵守相同的規(guī)則，互通有無，協(xié)同工作才能滿足移動通信需求。

這大量的基站聯(lián)合起來，再加上其他的一些傳輸，控制節(jié)點(diǎn)，就組成了一張“網(wǎng)”。業(yè)界一般把這張網(wǎng)叫做“蜂窩移動通信網(wǎng)”。

不難看出，“蜂窩移動通信網(wǎng)”這個詞中包含了3個概念：“蜂窩”，“移動”和“通信網(wǎng)”。下面我們將進(jìn)行逐一介紹。

啥是蜂窩？

說到蜂窩，首先想到的肯定是碩大的馬蜂窩，周邊嗡嗡飛舞著兇悍的馬蜂，捅馬蜂窩也曾是很多人童年的快樂或者噩夢。

真實(shí)的蜂窩

相比之下，蜜蜂雖然也蜇人，但畢竟比馬蜂溫順了許多。如果我們深入到蜂巢的內(nèi)部，就會發(fā)現(xiàn)它們是由許多個完美的正六邊形組成。這些正六邊形無縫銜接起來，組成了一張大網(wǎng)，并且還會隨著蜂群的壯大而不斷地擴(kuò)張。

蜂巢內(nèi)的蜜蜂

雖然單個基站的覆蓋范圍很有限，但如果我們讓每一個基站的覆蓋都是一個完美的正六邊形，多個基站聯(lián)合起來，不就能實(shí)現(xiàn)大面積的無縫覆蓋了嗎？

蜂窩網(wǎng)絡(luò)

如上圖所示，多個基站整齊地排布在一起，每一個正六邊形的“蜂房”就叫一個“Cell”（中文翻譯為小區(qū)），多個這樣的Cell組成的系統(tǒng)就叫做Cellular Network（蜂窩網(wǎng)絡(luò)）。

如果你手邊有蘋果手機(jī)話，打開設(shè)置，就能看到關(guān)于“蜂窩網(wǎng)絡(luò)”的相關(guān)選項(xiàng)，點(diǎn)進(jìn)去之后，還能看到“蜂窩數(shù)據(jù)”相關(guān)的選項(xiàng)。

iPhone上的設(shè)置

雖然看起來這么玄乎，其實(shí)目前所有運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)都是蜂窩網(wǎng)絡(luò)，蘋果的設(shè)置里面無非就是關(guān)于關(guān)于運(yùn)營商，語音，數(shù)據(jù)，熱點(diǎn)之類的基本功能的一些設(shè)置。

下文將會經(jīng)常出現(xiàn)的“網(wǎng)絡(luò)”這個詞，就是指的由多個基站組成的蜂窩網(wǎng)絡(luò)。

怎樣移動？

手機(jī)，又稱“移動電話”，和固定電話最大的區(qū)別就在于手機(jī)可以被人隨身攜帶，到處移動。

這就導(dǎo)致了蜂窩網(wǎng)絡(luò)必須解決一個最關(guān)鍵的問題：怎樣讓這些跑來跑去，不知道在哪里的用戶隨時隨地可以打電話并上網(wǎng)？

第一招：小區(qū)選擇和重選

手機(jī)在開機(jī)時，會不斷地檢測哪個基站的信號強(qiáng)，并進(jìn)行排序確認(rèn)最優(yōu)的服務(wù)小區(qū)。一旦選定，手機(jī)就會駐扎在這個小區(qū)里，手機(jī)上也就顯示出了信號標(biāo)識，到底有幾格信號一目了然。這個過程就叫做“小區(qū)選擇”。

小區(qū)選擇

并且，由于手機(jī)是可以被拿著到處移動的，它不可能對一個小區(qū)從一而終，必須時刻掃描相鄰小區(qū)的信號強(qiáng)度，一旦發(fā)現(xiàn)更優(yōu)的小區(qū)，就會毫不猶豫地拋棄原小區(qū)，投入這個新小區(qū)的懷抱。這個過程就叫做“小區(qū)重選”。

小區(qū)重選

第二招：位置更新

首先，網(wǎng)絡(luò)會按照地理區(qū)域，劃分為多個“位置區(qū)”。一個位置區(qū)包含了一組基站所覆蓋的區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)，每個基站都在源源不斷地向用戶廣播自己的位置區(qū)編碼。

位置區(qū)劃分

手機(jī)開機(jī)后，檢測到自己所在的位置區(qū)，并向網(wǎng)絡(luò)報告，這個過程就叫做“位置更新”。這樣網(wǎng)絡(luò)就知道了手機(jī)的位置，以后如果來電話了也就到這個位置區(qū)去提醒手機(jī)接電話。

開機(jī)時的位置更新

如果只在開機(jī)的時候上報位置，網(wǎng)絡(luò)還是會擔(dān)心：如果過段時間手機(jī)要是故障了，或者沒電關(guān)機(jī)了的話，不是又聯(lián)系不上了嗎？這還得了，必須讓手機(jī)每隔幾分鐘主動就吱一聲，告訴我它還在原地，還活著，還能聯(lián)系上！

周期性位置更新

如果手機(jī)到時不主動上報，那網(wǎng)絡(luò)就會認(rèn)為這手機(jī)已經(jīng)跑到?jīng)]信號的地方，沒法聯(lián)系上了。如果有人撥打這個手機(jī)的號碼，就會提示：“對不起，您撥打的用戶不在服務(wù)區(qū)?！?/p>

更進(jìn)一步，如果手機(jī)跑啊跑，發(fā)現(xiàn)自己到了另外一個位置區(qū)的地界，那就必須給網(wǎng)絡(luò)打個招呼：我到了新的位置，以后在這里找我吧，不用再去原來的地方了！

位置區(qū)改變的位置更新

第三招：切換

想想看，如果你拿著手機(jī)，坐在車上打著電話，從一個小區(qū)移動到了另一個小區(qū)的邊界，眼看著信號越來越弱，隨時都有可能掉話，形勢十分危急。這可咋辦呢？

好在手機(jī)一直在測量著相鄰小區(qū)的信號強(qiáng)度，服務(wù)小區(qū)一旦發(fā)現(xiàn)鄰區(qū)信號強(qiáng)到一定的程度，就可判斷手機(jī)到了邊界，該把電話移交給另外一個小區(qū)了，于是火速聯(lián)系新小區(qū)做好一切業(yè)務(wù)移交準(zhǔn)備，得到肯定的答復(fù)之后才能讓手機(jī)接入到新小區(qū)，電話得以持續(xù)。

切換流程

這個過程就叫做“切換”。

注意：小區(qū)選擇，重選和位置更新都是手機(jī)在空閑態(tài)時的行為，沒有那么緊急；而切換是在手機(jī)處于通話狀態(tài)的行為，必須快速準(zhǔn)確完成，否則可能導(dǎo)致切換失敗，電話斷開。因此切換成功率是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的考核指標(biāo)。

切換過程示意圖

信網(wǎng)架構(gòu)

一旦多個基站連成了一張蜂窩網(wǎng)絡(luò)，靠各個基站之間彼此互通，進(jìn)行自治效率太低，這就需要引入一個中央控制點(diǎn)，對多個基站進(jìn)行統(tǒng)一管理了。

在2G和3G時代，多個基站由一個控制器管理，多個控制器又由核心網(wǎng)來管理，組成了一個三層的金字塔型架構(gòu)。

2G/3G通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

控制器這個名字非常直白，就是用來控制基站的。其中2G的控制器就叫做“基站控制器（BSC：Base Station Controller）”，3G的控制器為了彰顯逼格，取名為“無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC：Radio Network Controller）”。業(yè)界一般直接就叫英文縮寫B(tài)SC/RNC或者干脆就統(tǒng)一叫控制器。

核心網(wǎng)的名字里也有個“網(wǎng)”字，它自身也是一張非常復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。但在這里我們不去展開說，只需把核心網(wǎng)想象成一個功能強(qiáng)大的路由器，連接并管理所有的基站和控制器，讓一切的服務(wù)，不管是打電話，還是發(fā)短信，彩信，還是上網(wǎng)都能順利地找到目的地。

在4G時代，為了降低時延，簡化架構(gòu)，去掉了基站控制器，基站直接由核心網(wǎng)來進(jìn)行管理。但是這個架構(gòu)雖然簡單，但用起來卻不是那么方便。

4G通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

這是因?yàn)槿绻尯诵木W(wǎng)把一切都管起來的話，負(fù)荷太大；如果放權(quán)讓基站之間點(diǎn)對點(diǎn)地互相協(xié)調(diào)資源調(diào)度，干擾等問題的話，效率低，效果差，結(jié)果就是4G終其一生都在跟這個架構(gòu)死磕。

到了5G時代，吸取了4G時代的教訓(xùn)，又走回到了2G和3G時代的老路，那就是把基站拆分成了集中單元（CU）和分布單元（DU），一個CU管理多個DU，然后核心網(wǎng)再來管理數(shù)量較少的CU。

5G通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

然而5G是非常靈活的，CU和DU可以分離，也可以不分離，如上圖所示。具體是否進(jìn)行DU和CU的拆分要看5G的發(fā)展階段以及具體業(yè)務(wù)的時延需求。這也算是通信網(wǎng)架構(gòu)螺旋式上升的表現(xiàn)了。