【通信系列 1 -- GSM 和 LTE】

文章目录

  • 1. LTE(Long Term Evolution)
    • 1.1 FDD&TDD简介
      • 1.1.1 3G与4G差异
      • 1.1.2 频点与band关系
      • 1.1.3 band 与运营商的关系
    • 1.2 TDD&FDD区别
      • 1.2.1 FDD帧结构
      • 1.2.2 TDD帧结构
      • 1.2.3 TDD&FDD优势对比
      • 1.2.4 TDD缺点
    • 1.3 VoLTE
      • 1.3.1 VoLTE 优点1
      • 1.3.2 VoLTE 优点2
      • 1.3.3 VoLTE 优点3
    • 1.4 CAT1
      • 1.4.1 历史背景
      • 1.4.2 CAT1 缺陷
      • 1.4.3 CAT.NB-1
      • 1.4.4 CAT1 意义
      • 1.4.5 后续发展
    • 1.6 GSM&WCDMA
      • 1.6.1 2G(GSM)
      • 1.6.2 2G退网分析
      • 1.6.3 3G(WCDMA)
      • 1.6.4 crane GSM_LTE支持
    • 1.7 MQTT
      • 1.7.1 MQTT简介
      • 1.7.2 发布/订阅模式
      • 1.7.3 主题
    • 1.8 HTTP(超文本传输协议)
      • 1.8.1 OPCUA
    • 1.9 数据上网
      • 1.9.1 APN
      • 1.9.2 ISMI
    • 2.0 网络
    • 2.1 网络分层
      • 2.1.1 接入网(RAN)
      • 2.1.2 承载网
      • 2.1.3 核心网

1. LTE(Long Term Evolution)

LTE系统有两种制式:FDD-LTE和TDD-LTE,即频分双工LTE系统和时分双工LTE系统,中国移动TD-LTE制式。
在这里插入图片描述

1.1 FDD&TDD简介

TDD,时分双工(Time Division Duplexing)
FDD,频分双工(Frequency Division Duplexing)
TDD和FDD的区别,通过下面的图就能看出来:

举个例子,它们俩就像双车道和单车道。

  • FDD:双车道,一个车道只能走一个方向,双向互不干扰。GSM以及根据GSM发展起来的WCDMA,都是FDD技术。
  • TDD:单车道,不同时间允许走不同的方向。
    FDD:分配频段,一般都是成对分配:一个频段发送,一个频段接收。
    TDD:只会给一个频段。

1.1.1 3G与4G差异

LTE即长期演进技术,是英文Long Term Evolution的缩写。LTE在技术上被认为是3.9G。

但是我们通常还是把它们称为4G,因为它们具有100Mbps的数据下载能力(指cat3下行带宽),是现在3G网速的10倍左右。同时也是3G向技术4G演进的关键过程。
LTE标准由TDD和FDD两种不同的双工模式组成,TDD代表时分双工,也就是说上下行在同一频段上按照时间分配交叉进行;而FDD则是上下行分处不同频段同时进行。
这两种制式虽然名义上是由TD-SCDMA和WCDMA演进而来,但实际上LTE(包括TDD和FDD)采用的是OFDM(正交频分复用)方式调制下行,SC-OFDM(单载波正交频分复用)方式调制上行。

这已经和3G时代的标准有非常大的差别,其所继承的,甚至可以认为只是时分与频分两种双工模式。
同时,这两种制式,都采用了MIMO(多发多收)天线技术,并且也都能支持1.4、3、5、10、15 和20 MHz信号带宽,支持对已使用频率资源的重复利用。

1.1.2 频点与band关系

36.101协议规定,band1-band32用作FDD通信(频分双工),所以1-32它们的频段是成对出现的,带宽相同,且下行频率一般要高于上行频率。而band33-band64用做TDD(时分双工),由于是不同的时间占用信道,所以在band33之后,就只有一个频段。

习惯于每0.1MHz划分一个频点,band38带宽50MHz,就有500个频点,这在它发布之初是满足业务需要的,但随着移动业务的进化与推进,我们不得不考虑用户更大更复杂的需求,划分更宽的频段,因此41应运而生,这也导致了band41有2496MHz却排在了band38之后。

1.1.3 band 与运营商的关系

中国移动一般室 外LTE频段是Band 38和Band 39,室内覆盖频段一般是Band 40,现在中国移动在大城市也建了Band 8,极少城市有Band 3。需要注意的是Band 38是Band 41的子集,中国移动室外频段2.6G在Band 38内,所以可以支持Band 38和Band 41的手机(同一频段会广播两个频点号)。
中国联通 以Band 3为主,将来可能会refarming Band 1。
中国电信也以Band 3为主,但是也建了800M(Band 5)的LTE。

1.2 TDD&FDD区别

虽然看上去TDD和FDD区别很大,但是从整个系统来说,FDD LTE和TDD LTE的区别很小。
核心网完全一样,无线接口协议上,两者绝大部分都是相同的:
在这里插入图片描述

TDD和FDD,区别就在于物理层(physical layer,PHY)。

1.2.1 FDD帧结构

帧也是数据传输的载体单位它们都是移动通信物理层的关键概念,是组成通信资源的基本单位。
LTE共支持两种无线帧结构:
Frame structure type 1 (适用于FDD)
Frame structure type 2 (适用于TDD)
无线帧,也叫无线系统帧,它的长度是10ms。LTE的时间基本单位都是采样周期Ts.

Ts = 1/(15000 * 2048) = 32.55ns

15000表示子载波时间间隔是15KHz, 2048表示采样点个数。
采样率=30.72MHz(150002048=30.72MHz),
采样周期=1/采样率
无线系统帧的长度 Tf = 307200
Ts = 10ms
一个无线帧,包括10个子帧。每个子帧,包括2个时隙。
1 slot(时隙)= 0.5 ms
1 subframe(子帧) = 1 ms
1 frame(无线帧) = 10ms

1.2.2 TDD帧结构

1.2.3 TDD&FDD优势对比

能够灵活配置频率,使用FDD不易使用的零散频段;
可以通过调整上下行时隙转换点,灵活支持非对称业务;
具有上下行信道一致性,基站的接收和发送可以共用部分射频单元,降低了设备成本;
接收上下行数据时,不需要收发隔离器,只需要一个开关即可,降低了设备的复杂度。

1.2.4 TDD缺点

TDD系统上行链路发射功率的时间比FDD短,因此TDD基站的覆盖范围明显小于FDD基站;
TDD系统收发信道同频,无法进行干扰隔离,系统内和系统间存在干扰;
为了避免与其他无线系统之间的干扰,TDD需要预留较大的保护带,影响了整体频谱利用效率;
因为高速运动下信道变化快,TDD分时系统导致手机报告的信道消息有所延迟,所以TDD系统在高速场景下不如FDD。
中国移动在去年发布的《5G终端产品指引》显示,中国移动不再要求终端支持TD-SCDMA(3g)。未来的5G终端,只需支持NR、TD-LTE、LTE FDD、WCDMA、GSM。

1.3 VoLTE

最开始的1G时代,我们只能打电话
2G/3G时代,我们除了打电话之外,可以发短信和上网了,但是,打电话、发短信和上网是属于不同类型的业务。也就是说,它们使用不同的设备、不同的工作原理。打电话和发短信的相关设备,我们通常称之为CS网络设备。它是指Circuit Switched(电路交换),俗称电路域。而上网的相关设备,我们通常称之为PS网络设备。指Packet Switched(分组交换),俗称分组域。CS和PS是移动通信网络的重要组成部分。2/3G时代,手机通过CS打电话、发短信,通过PS上网。
在这里插入图片描述

4G时代,也就是LTE时代,出现了LTE网络。LTE网络,其实可以简单理解为3G时代PS网络的升级版。说白了,LTE网络也属于PS网络,只能支持上网(数据业务)。上面那张图,变一下:
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LTE替换PS之后,正常情况下,我们就是用2/3G的CS网络打电话,用4G的LTE网络上网。
为什么有的手机不能同时打电话和上网?原因显而易见,在上面的网络结构前提下,这些手机不能同时使用两个不同的网络。如果上网时来了电话,就要退出PS网络,使用CS网络。

1.3.1 VoLTE 优点1

VoLTE,即Voice over LTE。顾名思义,就是在LTE网络上传送声音(Voice,即语音电话业务)。
2G/3G时代,因为技术限制和带宽限制,双方通话时,语音的取声频率范围是300-3400Hz。 显然,有一大部分频率的人声被排除在外了。
到了LTE时代,数据带宽大大增加,VoLTE将以前的AMR编码变成了AMR-WB编码,声音码率从12.2kbps提升到23.85kbps(翻了一倍),语音的取声频率也扩大到50-7000Hz。

VoLTE增加出来的3400-7000Hz这个频率范围,刚好是唇齿音所在的区域,会影响语音中辅音的清晰度。所以,VoLTE下,用户明显会感觉到通话质量比2G/3G清晰很多!而且,女性声音的质量提升非常明显(女性声音频率较高)。

1.3.2 VoLTE 优点2

支持可视电话,而且视频更清晰!IMS是IP多媒体子系统,配合LTE的带宽优势,VoLTE能够支持视频通话。而且,相比于3G时代,VoLTE视频通话的画质有明显的提升。大家几年前还没有LTE和VoLTE的时候,就打过视频电话。例如使用QQ视频电话,还有微信电话本。这些都属于VoIP业务,也就是在IP网络上传送语音。而我们的VoLTE,可以称之为一个“加强版的另类VoIP业务”。

1.3.3 VoLTE 优点3

接续时间短,就是拨号之后,很快就能接通。正常情况下,VoLTE电话的接通时间,是0.5-2秒。普通电话的接通时间,在5-8秒。这个是由网络架构决定的。

1.4 CAT1

Cat.X”是指 LTE UE-Category,UE,是指User Equipment,用户终端。Cat.X”是指 LTE网络下的用户终端类别。

1.4.1 历史背景

当年3GPP组织制定LTE标准的时候,有一个初衷,就是希望LTE能为不同用户提供不同等级的网络服务能力。所以,他们在LTE里提出了重要的QoS(Quality of Service,服务质量)概念。
不同的业务,对于不同的QoS,网络提供不同的带宽和接入优先级。
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4G标准的QoS等级定义
除了网络之外,3GPP还打算给用户终端(包括手机、可穿戴设备、物联网设备等)也做个分类。
于是,2009年3月,3GPP发布Release8版本、正式提出LTE的时候,同步推出了LTE Cat.1、Cat.2、Cat.3、Cat.4、Cat.5一共5个终端类别。后来,又在R10版本定义了Cat.6、Cat.7、Cat.8。在R11定义了Cat.9、Cat.10、Cat.11、Cat.12。在R12定义了Cat.13、Cat.14、Cat.15。

3GPP这帮人多了一个心眼。他们觉得,LTE只给手机用,是不够的。物联网市场一定是未来的趋势,所以,应该先“留一手”,搞个物联网专业终端等级。于是,就有了上行峰值速率仅有 5Mbit/s 的终端等级Cat.1,专供物联网行业。

1.4.2 CAT1 缺陷

Cat.1终端需要使用2根天线,对体积敏感度极高的可穿戴设备来说仍然“ 要求过高”(一般只配备1根天线), 所以,在R12/R13中,3GPP多次针对物联网进行优化。首先是在R12中增加了新终端等级Cat.0,放弃了对MIMO(多天线)的支持,简化为半双工,峰值速率降低为1Mbit/s,终端复杂度降低为普通LTE终端的40%。这样一来,初步达到了物联网的成本要求。但是,虽然Cat.0终端的信道带宽降至1.4MHz,但射频的接收带宽仍为20MHz(太大)。于是,3GPP在R13中又新增 Cat.M1等级的终端,信道带宽和射频接收带宽均为1.4MHz,终端复杂度进一步降低。Cat.M1,也就是我们之前常说的eMTC(enhanced Machine-Type Communication,增强型机器类型通信)。

eMTC还有一个名字,叫做LTE-M,LTE-Machine-to-Machine,LTE-机器到机器。也就是说,是机器之间用LTE通信,非常直白了,适用于物联的LTE网络。搭车说一下,Machine-to-Machine通常简写为M2M。

1.4.3 CAT.NB-1

GPP在R13中同时新增了一个Cat.NB-1,它的接收带宽仅180kHz。Cat.NB-1就是我们的NB-IoT(Narrow Band Internet of Things,窄带物联网)。三兄弟里面,NB-IoT的速率是最慢的,eMTC次之,Cat.1最快(也就5Mbps)。它们和其它Cat的定位,通过下图一目了然:
在这里插入图片描述

1.4.4 CAT1 意义

当初行业是这么打算的:像智能抄表这类极低速率要求的应用使用NB-IoT。带摄像头或一些需要较大速率的物联网应用使用eMTC。但是,eMTC的发展不尽如人意。运营商不太愿意投钱,产业生态也没跟上,国内案例太少。大家想想,干脆找个替代品得了,于是乎,就把现成的Cat.1给推上了前台。

Cat.1基于现有的 LTE 网络,完全复用现有 LTE 资源,不需要增加额外投资。而且,Cat.1芯片及模组的成熟度更高,成本非常便宜,能够在短时间内形成规模效应。随着2G/3G的加速退网,运营商们开始积极引导行业用户使用NB-IoT和Cat.1终端模组,也是目前Cat.1日益火热的原因之一。

1.4.5 后续发展

Cat.1 bis 前向兼容,上行速率 5Mbps,下行10Mbps,和Cat.1一样。之前Cat.1规范是双天线,很多厂商不乐意,自己造了单天线,结果干脆3GPP就把单天线也写进规范了,就成了Cat.1 bis。此外,R14版本还出了一个Cat.NB2,速度比NB1速率更快一些。

1.6 GSM&WCDMA

GSM是全球移动通信系统(Global System for Mobile communications) 的简称,WCDMA是宽带码分多址技术(WidebandCodeDivision Multiple Access)。WCDMA/GSM 常用于描述终端,这类终端在国内,使用联通卡,可以连接联通的WCDMA和联通的GSM网络;如使用移动卡,只能连接移动的GSM网络(移动的3G制式是TDSCDMA)。

这类终端一般默认是WCDMA为首选网络,GSM为备选网络,当终端射频芯片采集到的WCDMA主小区信号强度较弱、且无合适切换的WCDMA邻小区、且监测到的GSM小区信号满足一定条件,则会触发系统间切换事件,切换至GSM小区以维持连接。以上工作由基带芯片的WCDMA/GSM协议栈自行完成,无需用户干预,用户体验到的就是手机上的制式小图标由"H"或者"3G"之类的变成“G”或者"E"这样。当然用户可以通过设置选取仅使用3G或仅使用2G,以实现终端常驻某种制式下的目的。

1.6.1 2G(GSM)

上世纪90年代末,欧洲搞出了GSM,美国搞出了CDMA,这两个技术标准成为2G的代表。从通信发展进程上说,GSM(Global System for Mobile communication)属于第二代通信技术,WCDMA是第三代移动通信技术。第二代移动通信使用数字技术,主要的两种技术是GSM和CDMA,这两种技术的网络相较于1G提升了语音通话质量和保密性,也提供了自动漫游功能,提供了短信息功能。这其中移动和联通是使用的GSM技术,电信为CDMA。

1.6.2 2G退网分析

关闭2G,会影响网络覆盖。当你进入地下车库等信号不好的地方,手机会自动从4G信号变成3G或2G信号。这个时候,上网速度会变得非常慢,微信都会很难刷出来,但是,电话还是可以打的。因为2G建网最早,用的低频段。低频段,意味着覆盖能力更强。高频段,频率资源丰富,有利于速率提升。但是,高频段的覆盖就很差——距离远一点,或者隔一些障碍物,就没信号。

那就是基于GSM网络的物联网用户,例如共享单车。早期的共享单车,使用的就是GSM卡,对网速的要求不高,对覆盖的要求高。2G退网的话,这些物联网用户也会受到影响。这个问题也不难解决。运营商肯定会向NB-IoT(窄带物联网)的方向进行引导,刚好这也符合运营商大力发展NB-IoT的策略。

1.6.3 3G(WCDMA)

第三代移动通信技术主要是WCDMA,CDMA和TD-SCDMA三种制式,联通电信和移动分别选择了这三种技术。使用了多种新技术的3G网络,终端下载速率能够达到144kb/s到2Mb/s,可以满足网页浏览,视频通话,标清视频播放等多媒体应用需求。苹果就是这个时代的杰出代表,诺基亚和摩托罗拉逐渐没落了。

1.6.4 crane GSM_LTE支持

(1) 打电话时网络是否可以自动降级,如从4g-3g-2g?
答:可以,但是不支持3g。不支持电信2g的CDMA。
(2) 使用流量进行数据发送接收时,是否可以自动降级,如4g-3g-2g?
答:可以支持,如果调试的话,可以使用AT命令来降级 ------>马新华support
(3) 是否提供基站定位能力?
答:提供基站定位能力。

1.7 MQTT

物联网(Internet of Things,IoT),虽然HTTP是网页的事实标准,不过机器之间(Machine-to-Machine,M2M)的大规模沟通需要不同的模式:之前的请求/回答(Request/Response)模式不再合适,取而代之的是发布/订阅(Publish/Subscribe)模式。这就是轻量级、可扩展的MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)可以施展拳脚的舞台。

1.7.1 MQTT简介

MQTT(消息队列遥测传输)是ISO 标准(ISO/IEC PRF 20922)下基于发布/订阅范式的消息协议。它工作在TCP/IP协议族上,是为硬件性能低下的远程设备以及网络状况糟糕的情况下而设计的发布/订阅型消息协议,为此,它需要一个消息中间件。由于规范很简单,非常适合需要低功耗和网络带宽有限的IoT场景,比如:
遥感数据
汽车
智能家居
智慧城市
医疗医护

MQTT协议是为大量计算能力有限,且工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议,它具有以下主要的几项特性:
1、使用发布/订阅消息模式,提供一对多的消息发布,解除应用程序耦合;
2、对负载内容屏蔽的消息传输;
3、使用 TCP/IP 提供网络连接;对于M2M 项目的快速原型,一个非常简单的解决方案是使用 UDP,因为就 UDP 头包含很少的字节,比 TCP 负载消耗少。
4、有三种消息发布服务质量:

1.7.2 发布/订阅模式

与请求/回答这种同步模式不同,发布/定义模式解耦了发布消息的客户(发布者)与订阅消息的客户(订阅者)之间的关系,这意味着发布者和订阅者之间并不需要直接建立联系。打个比方,你打电话给朋友,一直要等到朋友接电话了才能够开始交流,是一个典型的同步请求/回答的场景;而给一个好友邮件列表发电子邮件就不一样,你发好电子邮件该干嘛干嘛,好友们到有空了去查看邮件就是了,是一个典型的异步发布/订阅的场景。

MQTT 包括代理和客户端两个部分。客户端可以访问或修改设备的数据,代理是持有并传递数据。
MQTT 使用发布/订阅消息模式。客户端可以在一个话题(Topic)下面发布特定参数数据给代理。另一个对此话题感兴趣的客户可以订阅该话题,并定期收到更新的消息。

1.7.3 主题

MQTT是通过主题对消息进行分类的,本质上就是一个UTF-8的字符串,不过可以通过反斜杠表示多个层级关系。主题并不需要创建,直接使用就是了。
主题还可以通过通配符进行过滤。其中,+可以过滤一个层级,而只能出现在主题最后表示过滤任意级别的层级。举个例子:
building-b/floor-5:代表B楼5层的设备。
+/floor-5:代表任何一个楼的5层的设备。
building-b/
:代表B楼所有的设备。
注意,MQTT允许使用通配符订阅主题,但是并不允许使用通配符广播。

MQTT 提供一个有质量的服务,从 IoT 角度来看,其本质是消息的优先级。在任何情况下一个重要的消息可以传输到目的地,因此有了服务质量(QoS),虽然传输速度会变慢但是交付有了保证。一个动态的数据源速度优先于效率,然而分配一个较低的 QoS,更像是一个“fire-and-forget”事件,如 UDP。

1.8 HTTP(超文本传输协议)

TCP/IP三次握手:
其中涉及客户端确认数据的接收且发送确认消息给服务器。
第二次握手是服务器端接收到客户端的数据后,返回确认回单。
第三次是客户端也返回一个确认回单给服务器端,从而关闭通信通道。

HTTP主要应用于 web 浏览器。它运行在一个客户/服务器模型上,服务器响应任何的客户端需求。因 web 网页可能会加载很多内容,因此该协议有必要建立在 TCP/IP 堆栈之上。

1.8.1 OPCUA

CoAP 是一个基于 REST 模型的网络传输协议。主要用于轻量级 M2M 通信。由于物联网中的很多设备都是资源受限型的,即只有少量的内存空间和有限的计算能力,所以传统的 HTTP 协议应用在物联网上就显得过于庞大而不适用,CoAP 应运而生。
就用户可见性而言,CoAP 模拟了 HTTP 协议,并从这个角度来看,读数传感器数据本质上是像做一个 HTTP 请求。

1.9 数据上网

每一个SIM卡上面都会有一个IMSN号码,这个号码会绑定用户在各个运营商定的套餐,当手机刚开机的时候,手机首先会去搜网,每个小区都有对应的基站,基站在不停的发送信号,在搜网的时候手机首先会获取信号最强的信号,然后将数据包中的信息进行解析,查看是否是自己绑定的的运营商,如果不是自己绑定的运营商,再去搜索次强的信号,当匹配到自己的运营商之后,手机就会将自己的IMSN号码和别的信息一块打包发送给运营商,
搜网。
建立信道 DRN
驻网。

1.9.1 APN

运营商会根据用户的注册信息,将内网通过APN口连接到外网,一个运营商原则上只需要一个APN既可以,但是有些会有多个,以前的话会有WEB,现在的话会用到.net, 有些是自己定制的。

1.9.2 ISMI

IMSI全称是International Mobile Subscriber Identification Number,我们的手机号码在系统中是被转换为IMSI进行通信的,当手机开机后,在接入网络的过程中有一个注册登记的过程,系统通过控制信道将经加密算法后的参数组传送给客户,手机中的SIM卡收到参数后,与SIM卡存储的客户鉴权参数经同样算法后对比,结果相同就允许接入,否则为非法客户,网络拒绝为此客户服务。

2.0 网络

什么是承载网,核心网和接入网?
“绝大部分通信系统,都可以用分层的角度来看,也必须用分层的角度来看。看懂了这个系统的层 级,就看懂了这个系统的70%。简而言之,看网先看层。

2.1 网络分层

由下至上分别是接入层、汇聚层、核心层。不管是移动通信网络,还是企业办公网络,哪怕是家庭网络,基本都是这个逻辑。
核心网汇聚网接入网(RAN:Radio Access Network)

2.1.1 接入网(RAN)

大家很熟悉的基站,就属于接入网设备中的一种。严格意义来说,铁塔并不是基站设备的组成部分,它只是通信基础设施。

一个基站,应该称之为一套基站系统,它由多个独立设备共同组成。以现在主流的4G LTE网络来 说,基站就包括BBU、RRU、射频天线。

  • BBU: 基带处理单元,主要负责信号调制。
  • RRU: 远端射频单元,主要负责射频处理。
  • 馈线: 负责连接RRU和天线。
  • 天线: 主要负责线缆上导行波和空气中空间波之间的转换。(结合上一篇通信基 础理论,这段话理解起来应该不会困难。)

通常BBU会安装在机房里,RRU在机房或者室外都可以安装。而天线,刚才说了,安装在铁塔或抱 杆上,在室外楼顶上经常会看到。

上面我们所说的,是宏基站,大家在野外看到的大铁塔,上面基本上就是宏基站 的天线。铁塔下,是宏基站的机房。除了宏基站外,基站还分为很多种。根据大小和功率,主要分为宏基站、微基站、皮基站、飞基站。

最开始我们使用1G和2G的时候,主要是使用800~900MHz左右这样的频段,属于低频频段,频率 低,穿透能力较好,单站覆盖范围较大。 后来,用户数量激增,800900MHz频率资源不太够用,于是,就新增了17001900MHz的一些 频段。覆盖范围明显小了很多,但缓解了容量问题。

所以3G网络建成之后,在野外偏远地区,或者室内偏僻角落位置,往往只有2G信号,没有3G信 号。

4G LTE就更明显了,使用频段甚至到了2600MHz左右,覆盖范围更小,室内信号更差。 而80%以上的数据流量,都来自室内。所以,催生了微基站和皮飞基站,用于室内人群的信号覆盖,保证能够正常上网。

即将到来的5G使用的是毫米波,频率类似于28GHz,覆盖范围更小。这样一来室内将大量的适应微小基站覆盖。

2.1.2 承载网

当基站完成和手机的连接之后,又该怎么办呢?
显然,就是打通基站和中心机房之间的连接。 这个负责承载数据、汇聚数据的网络,就是承载网。 如果说接入网是通信网络的四肢,那么,承载网就是通信网络的动脉。承载网将数据从接入网发送到核心网。
在这里插入图片描述

承载网主要是传输数据。以前基本是使用电缆,后来,因为数据上网业务的激增,流量变得很大, 所以,开始使用网线、光纤光缆进行传输。

如今的承载网,说白了,就是很多很多的光纤和光纤设备。 最有代表性的承载网设备,就是PTN(Packet Transport Network,分组传送网)和 OTN(Optical Transport Network,光传送网)。

在国内,一个运营商的承载网显然比较复杂,它会分为接入层、汇聚层、骨干层,分别位于不同的行政级别(例如,骨干层通常在省会)。

随着5G时代到来,终端速率激增,承载网作为管道,当然也要能够承受住巨大的流量。现在新闻里 经常出现的所谓“400G OTN”,就是指OTN的单载波承载能力,达到了400G。

2.1.3 核心网

承载网将数据从接入网发送到核心网。也就是整个通信网络的大脑。 核心网,是通信网络最核心的部分,主要负责数据的处理和路由。你可以把它理解成一个“超级路由器”。

在2G时代,核心网比较简单,只有很少的几种设备,它们实现的功能,也比较简单,就是打电话。
在这里插入图片描述

那个时候,基本上还是用电缆为主,电缆划分为好多路通道,通常称为电路,不同的电路给不同的 用户占用,用于通话。这样专有通道占用的交换方式,叫做电路交换。所以,2G 核心网的MSC之 类设备,也叫做电路核心网设备。

后来,到了2.5G。是的没错,2G和3G之间,还有一个2.5G——就是GPRS。
在之前2G只能打电话发短信的基础上,有了GPRS,也即开始有了数据(上网)业务。很快,2.5G演进到了3G,网络结构基本定型,变成了这样:

在这里插入图片描述

到了4G时代,也就是LTE时代,出现了LTE网络。 LTE网络,其实可以简单理解为3G时代PS网络的升级版。说白了,LTE网络也属于PS网络,只能支 持上网(数据业务)。

LTE替换PS之后,正常情况下,我们就是用2/3G的CS网络打电话,用4G的LTE网络上网。应该能 看懂吧?

这种IMS+LTE的语音解决方案,将使得手机用户可以同时打电话和上网。这个方案,就是大家经常 听说的VoLTE。

即使到了5G时代,虽然数据业务可以使用5G NR(New Radio,5G的正式名称),但打电话还是 依靠IMS。而VoLTE,到了5G时代,也变成了VoNR。

通道建立之后,手机用户就可以访问互联网上的数据中心,也就是服务商的服务器,从而使用服务 商提供的业务和服务。

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