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七乐彩走基本走势图:走進通信:4G手機跟基站是怎么“交流”的

2019/7/29 20:07:50來源:IT之家作者:滄海責編:滄海評論:

福彩七乐彩单期走势图 www.zqydg.tw 科技進步的直接體現就是越來越多的東西都開始變得簡單化、扁平化,能一步到位的事情,絕不拆成兩步來做。就拿我們日常生活中最常使用的手機來說,撥號通話、上網等操作,只需要動動手指即可;但是隱藏在手指“下面”的,卻是通信技術進步的直接體現。今天筆者跟大家簡單聊一聊,在LTE時代,手機跟基站到底是怎么“交流”的。(本文以TDD-LTE網絡舉例說明)。

LTE的網絡架構

在此之前,我們先了解一下LTE的網絡架構。LTE的網絡架構特點就是全IP、扁平化,整個TD-LTE系統由3部分組成:核心網(EPC, Evolved Packet Core)、接入網(eNodeB)、用戶設備(UE)三部分組成。

這張圖相比大家已經見過很多次了,LTE網絡架構簡單明了,即便是一般用戶乍一看都能略知一二。和UMTS相比,由于NodeB和RNC融合為網元eNodeB,所以TD-LTE少了Iub接口。X2接口類似于Iur接口,S1接口類似于Iu接口,這些接口我們都可以理解為兩個“??欏敝湫畔⒔渙韉耐ǖ?。

一般來說,我們把除EPC之外的部分稱為E-UTRAN(演進的UMTS陸地無線接入網),即LTE中的移動通信無線網絡,也可以把這個部分稱為無線側,手機與基站的業務交流就在這里進行,再通過EPC的協同處理共同完成一次又一次的手機業務。

在這里我們需要知道幾個專業術語名稱:

  • EPC:核心網,由MME、S-GW、P-GW組成

  • eNodeB:網元,我們可以將其理解為基站;

  • MME:負責信令處理部分

  • S-GW:負責本地網絡用戶數據處理部分

  • P-GW:負責用戶數據包與其他網絡的處理

  • S1接口:eNodeB與EPC之間的接口,可理解為連接通道(下同)

  • X2接口:eNodeB之間的接口

  • Uu接口:eNodeB與UE之間的接口

eNodeB與EPC之間的業務負責是不一樣的,具體來說如下圖所示,在這里不做過多介紹。

在了解LTE網絡架構及各個系統組成之后,我們來聊一聊手機到底是怎么跟基站進行“交流”的。

筆者在這里講兩個方面,一個是手機開機的入網過程,另一個是手機在空閑狀態與業務狀態與NodeB和EPC之間的“交流”過程,即重選與切換,這兩個業務流程相對簡單,便于理解。其他業務連接本文不做介紹,有興趣的可以去閱讀相關資料,如《LTE基本原理》、《LTE信令詳解》等。

開機入網

上圖是LTE終端開機入網總體流程,當然上圖有點復雜,筆者在這里概述一下。

當我們的手機重新開機之后,SIM卡標識是需要過一會才能顯示出來,也就是說整個LTE終端開機入網的過程也就短短幾秒鐘,對用戶而言就是簡單的手機信號標識從“X”變為正常顯示,但是在這簡單的背后,卻有著不簡單的過程。

LTE終端開機之后它的首要任務就是找到網絡并和網絡取得聯系,以獲得網絡的服務。由于基站千千萬,要找到最適合距離當前設備的信號,是需要一些“技巧”的。

首先終端會進行PLMN選擇,這個過程實際上是先確定小區(之前的文章中提到小區的概念,基站的一個扇區被稱為一個小區,LTE的一個小區包含小區ID、PCI、中心頻段,主頻、TAC等諸多信息)的大概位置,通過MCC、NCC、TAC等關鍵信息的判斷,先鎖定需要駐留小區的大體方位及相關信息。

接著就是需要小區搜索了,小區搜索的主要目的有:

  • 與小區取得頻率和符號同步(下行同步)

  • 獲取系統幀timing,即下行幀的起始位置

  • 確定小區的PCI(Physical-layer Cell Identity)

這個步驟是終端在獲取周邊基站信號的大概位置之后,需要通過一系列操作來確定一個信號最好的小區作為駐留小區,駐留成功,就意味著你的手機可以正常上網了。

除了搜索小區之外,為了支持移動性(保證你在運動過程中也能享受網絡服務),終端還將不停地搜索鄰小區、取得同步并估計該小區信號的接收質量(RSRP),從而決定是否進行小區重?。ǖ敝斬舜τ赗RC_IDLE態)。

在這里需要注意的是,終端開機時是并不知道小區系統帶寬的大小的,它只知道自己支持的頻帶和帶寬。因此終端將在可能存在LTE小區的幾個中心頻點上接收信號(PSS,主同步信號),以接收信號強度來判斷這個頻點周圍是否可能存在小區,如果終端保存了上次關機時的頻點和運營商信息,那么終端開機后會先在上次駐留的小區上嘗試,如果發現了相匹配的信息,則直接進行小區駐留;要是沒有發現匹配信息,那么終端就需要在劃分給LTE系統的頻帶范圍做全頻段掃描,發現信號較強的頻點去嘗試。

這個不斷嘗試的過程,就是我們說的小區搜索,這個過程就是為了讓手機能快速找到可駐留小區,并及時的連上網絡。

到這里,LTE終端總算是正??⒛芄簧賢?,那么我們在使用手機的過程中,其與基站的“互動”是怎么樣的呢?

重選與切換

當你開車或坐車時,盡管你的手機就靜靜在躺在那里,但并不意味著你的手機就沒有工作。事實上,只要你的手機處于開機狀態,即便不開流量開關,它也沒閑著,反而在一直努力工作中。

重選與切換,筆者在之前的文章中簡單的提過,當你的手機空閑狀態(RRC_IDLE)時發生的小區信息的改變,我們稱之為重??;當你的手機處于連接狀態(RRC_CONNECTED)時,發生的小區信息的改變,我們稱之為切換。

我們先來看重選。

LTE小區重?。╟ell reselection)指終端在空閑模式下通過監測鄰區和當前小區的信號質量以選擇一個最好的小區提供服務信號的過程。當中還會涉及到S準則重選判決準則,我們按下不提。

重選我們可以理解為,只要周圍存在滿足要求的小區,那么你的手機就會自動重選到信號更好的那個小區上,這個過程不需要核心網參與。如果我們的手機處于上網狀態,那么跟基站的“互動”是什么樣的呢?

在此之前,需要簡單的介紹一下切換的基本概念——切換的過程分為切換測量、切換判決、切換執行三個階段。如果是同一個基站內切換,也就是信號切出、接入都是同一個基站下的不同小區,那么切換過程就很簡單,整個過程不需要核心網的參與,源小區和目標小區的資源信息都在eNodeB中進行,沒有eNodeB間的數據轉發,也不存在終端的隨機接入,整體流程大體如下:

  • UE:在嗎,兄弟,Cell-1信號有點弱,我想切換到Cell-2(MS,測量報告過程)

  • eNodeB:等等我看看啊,(仔細審查,滿足條件),Cell-2,你準備一下,UE要向你那邊切換了。

  • eNodeB:UE,我給你發了一個RRC連接重配置消息,準備準備,要切換了

  • UE:收到,切換完成,RRC連接重配置完成消息已反饋給你,請查收。

  • eNodeB:好的收到,你把源小區資源釋放,然后待在Cell-2就好了

  • UE:好的。

  • Cell-2:我已收到UE

站內切換是LTE切換中最簡單的一種,除了站內切換,站間切換也是很常見的,如果遇到不同制式的網絡終端還將進行系統間切換等。

當UE從一個eNodeB的小區切換的另一個eNodeB的小區時,兩個eNodeB會通過X2接口發生一系列的信令交互配合,直至切換成功。具體如下

  • UE:兄弟在嗎,我想切換到另一個eNodeB的小區,你讓目標eNodeB準備準備(切換請求,并請求在目標端建立與MME之間的信令承載)

  • MME:行,我看看啊,可以切換,目標eNodeB你準備準備吧

  • 目標eNodeB:好的

  • 源eNodeB:好的,我也準備準備,我定個時(設置定時器,等待目標端響應)

  • 源eNodeB:兄弟,我這邊準備切換了(發起切換請求)

  • 目標eNodeB:收到了兄弟,你可以切換

  • 源eNodeB:好的,我先把我之前的定時關了,再定個時(終止切換準備流程)

  • 目標eNodeB:我這邊一切正常(反饋HANDOVER PREPARATION FAILURE)

  • MME:好了,UE切換過去了

  • 源eNodeB:收到

  • 目標eNodeB:收到那就趕緊把你那邊的資源釋放了

  • 源eNodeB:好的,已釋放

  • UE:合作愉快…兄弟在嗎(下個輪回)…

真實的切換過程涉及到的信令、節點其實是相當多的,為了方便理解,我們可以將終端、基站側及核心網看做三個部門,當有業務連接時需要相互報備,類似于我們申請報銷時需要上報你的領導,你的領導初步審批與你進行溝通確認,再由你的領導與他的領導確認,最后由財務部統一審批、撥款。

總結:

運營商網絡本身就是一個比較復雜的東西,但網絡也是一個很有意思的事情。如果各位對LTE或者5G有興趣的話,咱們可以下篇文章再聊聊其他的知識點,比如,你知道的投訴的真實流程是什么呢?投訴處理速度跟你的客戶星級有沒有直接關系呢,又或者為什么運營商或者設備商都喜歡將網速標注為Mbps而不是MB/S呢?

參考資料:

《LTE的基本原理》

《TD-LTE信令流程詳解》

《LTE網規網優基礎知識問答匯總》

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關鍵詞:LTE

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