蜂窩，到底跟移動通信網有啥關係？

單個基地台的力量是非常渺小的，因此，需要把多個基地台緊密地連接起來，組成一張蜂窩移動通信網，才能正常提供服務。

看完本篇內容，你將會了解：

什麽是蜂窩網？

蜂窩網實現移動性管理？

2345G的通信網絡架構有何不同？

讓我們開始吧！

大家好！今天要介紹的是“蜂窩移動通信網”這個概念。

單個基地台的力量其實是非常渺小的。看似一個個複雜的龐然大物，也就只能覆蓋方圓幾百米的範圍。在密集城區，一個1800MHz頻段的4G基地台，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地台的覆蓋範圍跑到了另外一個基地台的覆蓋範圍，那麽對你的服務就必須在這兩個基地台間無縫交接，才能保證電話不斷。

因此，一個個孤立的基地台單打獨鬥是沒法提供良好服務的，需要讓眾多的基地台聯合起來，遵守相同的規則，互通有無，協同工作才能滿足移動通信需求。

這大量的基地台聯合起來，再加上其他的一些傳輸，控制節點，就組成了一張“網”。業界一般把這張網叫做“蜂窩移動通信網”。

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

啥是蜂窩？

說到蜂窩，首先想到的肯定是碩大的馬蜂窩，周邊嗡嗡飛舞著凶悍的馬蜂，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部，就會發現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，並且還會隨著蜂群的壯大而不斷地擴張。

蜂巢內的蜜蜂

雖然單個基地台的覆蓋範圍很有限，但如果我們讓每一個基地台的覆蓋都是一個完美的正六邊形，多個基地台聯合起來，不就能實現大面積的無縫覆蓋了嗎？

蜂窩網絡

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

如果你手邊有蘋果手機話，打開設置，就能看到關於“蜂窩網絡”的相關選項，點進去之後，還能看到“蜂窩數據”相關的選項。

iPhone上的設置

雖然看起來這麽玄乎，其實目前所有運營商的網絡都是蜂窩網絡，蘋果的設置裡面無非就是關於關於運營商，語音，數據，熱點之類的基本功能的一些設置。

下文將會經常出現的“網絡”這個詞，就是指的由多個基地台組成的蜂窩網絡。

怎樣移動？

手機，又稱“移動電話”，和固定電話最大的區別就在於手機可以被人隨身攜帶，到處移動。

這就導致了蜂窩網絡必須解決一個最關鍵的問題：怎樣讓這些跑來跑去，不知道在哪裡的用戶隨時隨地可以打電話並上網？

第一招：小區選擇和重選

手機在開機時，會不斷地檢測哪個基地台的信號強，並進行排序確認最優的服務小區。一旦選定，手機就會駐扎在這個小區裡，手機上也就顯示出了信號標識，到底有幾格信號一目了然。這個過程就叫做“小區選擇”。

小區選擇

並且，由於手機是可以被拿著到處移動的，它不可能對一個小區從一而終，必須時刻掃描相鄰小區的信號強度，一旦發現更優的小區，就會毫不猶豫地拋棄原小區，投入這個新小區的懷抱。這個過程就叫做“小區重選”。

小區重選

第二招：位置更新

首先，網絡會按照地理區域，劃分為多個“位置區”。一個位置區包含了一組基地台所覆蓋的區域，在此區域內，每個基地台都在源源不斷地向用戶廣播自己的位置區編碼。

位置區劃分

手機開機後，檢測到自己所在的位置區，並向網絡報告，這個過程就叫做“位置更新”。這樣網絡就知道了手機的位置，以後如果來電話了也就到這個位置區去提醒手機接電話。

開機時的位置更新

如果只在開機的時候上報位置，網絡還是會擔心：如果過段時間手機要是故障了，或者沒電關機了的話，不是又聯繫不上了嗎？這還得了，必須讓手機每隔幾分鐘主動就吱一聲，告訴我它還在原地，還活著，還能聯繫上！

周期性位置更新

如果手機到時不主動上報，那網絡就會認為這手機已經跑到沒信號的地方，沒法聯繫上了。如果有人撥打這個手機的號碼，就會提示：“對不起，您撥打的用戶不在服務區。”

更進一步，如果手機跑啊跑，發現自己到了另外一個位置區的地界，那就必須給網絡打個招呼：我到了新的位置，以後在這裡找我吧，不用再去原來的地方了！

位置區改變的位置更新

第三招：切換

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

好在手機一直在測量著相鄰小區的信號強度，服務小區一旦發現鄰區信號強到一定的程度，就可判斷手機到了邊界，該把電話移交給另外一個小區了，於是火速聯繫新小區做好一切業務移交準備，得到肯定的答覆之後才能讓手機接入到新小區，電話得以持續。

切換流程

這個過程就叫做“切換”。

注意：小區選擇，重選和位置更新都是手機在空閑態時的行為，沒有那麽緊急；而切換是在手機處於通話狀態的行為，必須快速準確完成，否則可能導致切換失敗，電話斷開。因此切換成功率是一項非常關鍵的考核指標。

切換過程示意圖

信網架構

一旦多個基地台連成了一張蜂窩網絡，靠各個基地台之間彼此互通，進行自治效率太低，這就需要引入一個中央控制點，對多個基地台進行統一管理了。

在2G和3G時代，多個基地台由一個控制器管理，多個控制器又由核心網來管理，組成了一個三層的金字塔型架構。

2G/3G通信網絡架構

控制器這個名字非常直白，就是用來控制基地台的。其中2G的控制器就叫做“基地台控制器（BSC：Base Station Controller）”，3G的控制器為了彰顯逼格，取名為“無線網絡控制器（RNC：Radio Network Controller）”。業界一般直接就叫英文縮寫BSC/RNC或者乾脆就統一叫控制器。

核心網的名字裡也有個“網”字，它自身也是一張非常複雜的網絡。但在這裡我們不去展開說，只需把核心網想象成一個功能強大的路由器，連接並管理所有的基地台和控制器，讓一切的服務，不管是打電話，還是發短信，彩信，還是上網都能順利地找到目的地。

在4G時代，為了降低時延，簡化架構，去掉了基地台控制器，基地台直接由核心網來進行管理。但是這個架構雖然簡單，但用起來卻不是那麽方便。

4G通信網絡架構

這是因為如果讓核心網把一切都管起來的話，負荷太大；如果放權讓基地台之間點對點地互相協調資源調度，干擾等問題的話，效率低，效果差，結果就是4G終其一生都在跟這個架構死磕。

到了5G時代，吸取了4G時代的教訓，又走回到了2G和3G時代的老路，那就是把基地台拆分成了集中單元（CU）和分布單元（DU），一個CU管理多個DU，然後核心網再來管理數量較少的CU。

5G通信網絡架構

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。具體是否進行DU和CU的拆分要看5G的發展階段以及具體業務的時延需求。這也算是通信網架構螺旋式上升的表現了。

來源：無線深海

編輯：陳可軒

審核：管晶晶