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，才能正常提供服務。

看完本篇内容，你将會了解：

① 什麼是蜂窩網？

② 蜂窩網實現移動性管理？

③ 2345G的通信網絡架構有何不同？

大家好，我是蜉蝣君。本期要介紹的是“蜂窩移動通信網”這個概念。

單個基站的力量其實是非常渺小的。看似一個個複雜的龐然大物，也就隻能覆蓋方圓幾百米的範圍。在密集城區，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範圍跑到了另外一個基站的覆蓋範圍，那麼對你的服務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鬥是沒法提供良好服務的，需要讓衆多的基站聯合起來，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。

這大量的基站聯合起來，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”。下面蜉蝣君将進行逐一介紹。

說到蜂窩，首先想到的肯定是碩大的馬蜂窩，周邊嗡嗡飛舞着兇悍的馬蜂，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内部，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，并且還會随着蜂群的壯大而不斷地擴張。

蜂巢内的蜜蜂

雖然單個基站的覆蓋範圍很有限，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），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，就能看到關于“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

雖然看起來這麼玄乎，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于關于運營商，語音，數據，熱點之類的基本功能的一些設置。

下文将會經常出現的“網絡”這個詞，就是指的由多個基站組成的蜂窩網絡。

手機，又稱“移動電話”，和固定電話最大的區别就在于手機可以被人随身攜帶，到處移動。

這就導緻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随時随地可以打電話并上網？

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站的信号強，并進行排序确認最優的服務小區。一旦選定，手機就會駐紮在這個小區裡，手機上也就顯示出了信号标識，到底有幾格信号一目了然。這個過程就叫做“小區選擇”。

小區選擇

并且，由于手機是可以被拿着到處移動的，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号強度，一旦發現更優的小區，就會毫不猶豫地抛棄原小區，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站所覆蓋的區域，在此區域内，每個基站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，并向網絡報告，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

如果隻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，不是又聯系不上了嗎？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，還活着，還能聯系上！

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号的地方，沒法聯系上了。如果有人撥打這個手機的号碼，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，如果你拿着手機，坐在車上打着電話，從一個小區移動到了另一個小區的邊界，眼看着信号越來越弱，随時都有可能掉話，形勢十分危急。這可咋辦呢？

好在手機一直在測量着相鄰小區的信号強度，服務小區一旦發現鄰區信号強到一定的程度，就可判斷手機到了邊界，該把電話移交給另外一個小區了，于是火速聯系新小區做好一切業務移交準備，得到肯定的答複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态時的行為，沒有那麼緊急；而切換是在手機處于通話狀态的行為，必須快速準确完成，否則可能導緻切換失敗，電話斷開。因此切換成功率是一項非常關鍵的考核指标。

切換過程示意圖

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

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“無線網絡控制器（RNC：Radio Network Controller）”。業界一般直接就叫英文縮寫BSC/RNC或者幹脆就統一叫控制器。

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，隻需把核心網想象成一個功能強大的路由器，連接并管理所有的基站和控制器，讓一切的服務，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，去掉了基站控制器，基站直接由核心網來進行管理。但是這個架構雖然簡單，但用起來卻不是那麼方便。

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；如果放權讓基站之間點對點地互相協調資源調度，幹擾等問題的話，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。

好了，本期的内容就到這裡，希望對大家有所幫助。

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基站，是個受誤解最多，但所有人都離不開的設備。

它一點都不神秘，也不可怕。

在它的背後，更有一群通信人的堅守。

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