什么是蜂窝移动网络?

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前言

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科普：

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移动网络 vs WIFI

计网课外实验月，我走在宿舍一楼正数着AP有多少个，突然WIFI连接断掉了，
我下意识的切换至移动数据，由于手头事情的启示，我开始思考一系列问题:
1. 为什么移动数据抗干扰性比WIFI好?
2. 为什么移动数据覆盖性比WIFI好? 
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两者区别：

抗干扰能力不同、覆盖程度不同

• 基站功率大
  AP功率小

计费标准不同

• 移动数据按流量计费
  WiFi按时间计费

涉及到的网络类型不一样

• 移动数据为广域网技术的实现
  WiFi是局域网技术的实现

WiFi

• 将各种终端以无线方式互相连接的无线技术
  速率可以达到几百兆甚至1G
• wifi的功率一般都很小
  一般10mW左右，范围小，几十到上百米

移动数据

• 指的是移动、电信、联通运营的2G、3G、4G网络
• 这些网络使用专有的频率
  有专门的运营商规划、优化、运营
• 发射功率一般在20W左右
  也能做到很好的干扰隔离，
• 一个基站的覆盖范围可以达到3-5公里

蜂窝移动通信网

产生过程

产生的背景

• ▲最初的公众无线电通信，使用的都是大区强覆盖的技术
  ▲信号覆盖的区域也比较广，通常可以覆盖几十甚至是上百公里
  ▲广播电台和早期的使用天线接收的电视节目

发展的阶段

▲1947年
美国贝尔实验室提出蜂窝移动通信的技术设想
▲1977年
实现可行性的验证
▲1978年
AMPS系统上得到验证

小区制

蜂窝移动通信提出了小区制的概念，在原来的大区覆盖范围划分为多个小区，每个小区的中心建设一个基站，这样的话每个基站可以覆盖很近的距离，终端可以和最近的小区之间进行通信，降低了终端的发射功率，使得终端小型化得以实现，最终导致了手机的问世。
参考文章

蜂窝网络

蜂窝网络

• 蜂窝式移动通信网络一般就是代指采用蜂窝组网结构的公众移动通信网络
  蜂窝网络名字的来源: 理想的信号覆盖形状为正六边形，和蜜蜂的蜂房构造一致
  
• 还有一个有意思的现象就是安卓手机负责流量控制的按钮叫移动数据，但是苹果的就叫蜂窝移动数据，从这个方面看苹果的命名更为准确

实现移动上网

小区选择和重选

小区选择

• 手机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
  

小区重选

• 手机在移动的过程中，时刻扫描相邻小区的信号强度
  一旦发现更优的小区，就会重新选择驻扎该小区
  

位置更新

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
  

位置更新

• 手机开机后，检测到自己所在的位置区，并向基站报告
  还需要定时上报，否则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。”
  

位置区的作用

• 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

服务小区的切换

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

切换和其他操作的区别

• 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

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
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2G和3G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
  

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
• 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
  
  5G时代
• 吸取了4G时代的教训，又走回到了2G和3G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CU
• 5G是非常灵活的，CU和DU可以分离，也可以不分离
  

总结

小小励志

有些事你现在不做，一辈子都不会做了。
如果你想做一件事，全世界都会为你让路。
《搭车去柏林》