术语介绍

  • UE:全称 User Equipment,代表无线的用户终端(radio user terminal)。就是手机之类的。
  • RAN:全称Radio Access Network,无线接入网,为UE提供无线连接。
  • CN:全称Core Network,核心网,将RAN与外部服务和基础设计连接在一起,并提供其他连接和移动性管理。
  • BS:全称Base Station,基站,这是RAN中的一环,旨在创建与UE的无线连接接口(Radio Interface)。基站后方通常需要连接一个控制器(Radio Controller)(如下图),这个控制器只在2G和3G时代存在,在4G、5G中基站直连核心网。

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  • CS&PS:电路交换和分组交换。在最开始的移动网络中,CN有两套网络系统:一套基于CS,服务于电信业务;一套基于PS,服务于数据业务;
  • Cell:中文名叫小区,就是蜂窝移动网络的一个蜂窝格子,由一个基站提供无线服务。
  • LA:全称Location Area,是多个基站构成的“位置区域”,每一个位置区域都会有自己的位置区域码。LA是用于定位并寻呼用户的,与此前移动通信中提及的簇(cluster)概念有所不同。

基本网络架构和工作流程

业务角度的网络层级划分

从业务的角度来说,移动通信网络是接入网+核心网的组合,但是经常还能听到诸如传输网、承载网等等。其实他们是从其他角度对网络进行描述的。下图取自华为培训在知乎问题下的回答,很好的回答了这个问题。

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对于业务角度的划分,接入网负责让用户可以接入,核心网负责连接万物。在业务层面仅仅只有这两个划分。

而在传输层面的划分比较多,有很多新名词:

  • 接入网:接入网执行是接入传输

  • 承载网:接入网与核心网之间的传输渠道被称为承载网,进行汇聚传输

  • 传输网:核心网内部的传输渠道被称为传输网,但核心网不仅仅局限于传输网,它还包含业务上的数据分发等任务。传输网只是其“基础设施”,执行“骨干传输”。

  • 骨干网:个特指不同城市间传输(即,连接不同城域网)的传输网络。

移动网络中的切换

移动网络区分于无线网络最重要的东西是切换。在不同Generation的网络中有不同的切换机制,总的来说,可以分为被动了主动两类。小区域内用主动,大区域下用被动。

主动(Active)切换

主动切换是由基站对用户的位置进行监听,整个切换过程完全由网络侧负责。当信号强度低于Handover门限时,基站会发送指令给UE让其切换到新的基站。

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这样的切换发生在一个Cell内。在更大的区内,使用的Idle模式

被动(Idle)切换

Idle切换是LA(Location Area,参考前面术语介绍)间的切换。在Idle模式下,用户的位置信息由其自己进行上报。当它移动到一个新的LA时,UE上传自己的信息,并存储在数据库中。

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数据库中的信息将被用于寻呼。当你被呼叫时,呼叫信息会被路由到你所注册的LA中,然后让LA中的所有基站广播你的ID,你的手机收到之后会和当前连接的BS进行回复。随后便可以进行通话。

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从移动通信的角度再看复用和多址

对多址和复用的区别,有这样一句话:复用是技术,多址是目的。

这句话的描述得其实非常准确,复用旨在将一个物理信道通过各种传输手段划分出不同的子信道,而多址是将这些子信道分配给不同的用户使用。

在这门课里面,对复用和多址给出了另一个角度的定义,其本质一样,但是更加形象:

  • 由基站到用户的下行是复用

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  • 由用户到基站的上行是多址

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这个非常好理解,当下行时,不同的信号被复用到一个天线上进行发送,其内部结构就像是复用器外面连了一个天线。如下图所示

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而上行则是每个用户都独立发一个子信道的消息,被一个天线接受,根据多址的方式对子信道切分来辨识用户。

双工

同时可以上行和下行,即为双工(Duplex)。在移动通信上广泛使用的有时分双工(Time Division Duplexing,TDD)和频分双工(Frequency Division Duplexing,FDD)。

TDD需要一个保护时隙,而FDD需要一个保护频带。FDD比TDD出现的时间更早。比较适合于类似语言这样的对称流量的应用,而TDD适合于诸如Internet或其他以数据为中心的突发性,非对称流量的应用。

在TDD中,发送器和接收器的工作频段相同,但分间工作。因此,TDD系统可共用滤波器,混频器,频率源和合成器,从而降低了隔离发射和接收天线之间的复杂性和成本。FDD系统使用一个双工器和/或两个需要空间分隔的天线,不能重复使用资源,导致FDD系统的硬件成本更高。

TDD比FDD更加灵活,可以满足动态地重新配置分配的上行和下行带宽以响应客户需求的需求。但是与FDD系统相比,TDD系统需要处理系统间精确的时间同步,从而导致MAC层相对复杂度更高。