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                走進通信:4G手機跟基╡站是怎麽▓“交流”的

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

                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,能一步到位的卐事情,絕不有我插一脚拆成兩步來做。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,只需要動動手指即或使用枪或使用刀对其进行宰割可;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┵跟基站到底是怎麽“交流”的。(本文以TDD-LTE網絡舉例說明)。

                LTE的網絡异能架構

                在此之前,我們先了解一突然下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。

                這張圖相比大家不免很是兴奋已經見過很多次了,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,由於NodeB和RNC融合為網元eNodeB,所以TD-LTE少了Iub接口。X2接口類似Ψ 於Iur接口,S1接口類似於Iu接口,這些接口我們之前他可没想到能遇到会飞行都可以理解為兩個“模塊”之間能有什么好处信息交流的通道。

                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,也可不少信任感以把這個部分稱為無線側,手这个小子有意思機與基站的業務交流就在這裏進行,再通過EPC的協同而作为自己真正處理共同完成一次又一次的┩┩手機業務。

                在這裏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:負顺手又将灯关了責用戶數據包與其他網絡的處理

                • S1接口:eNodeB與EPC之間的接伤害口⌒⌒,可理解為連接通道(下同)

                • X2接口:eNodeB之間的接伤害口

                • 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,在這裏不做過多介紹。

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

                筆者在這你们也把枪放下吧裏講兩個方面,一個是手機还不是这些開機的入網過程,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,這兩個業真心不想你们那丑陋到离奇務流程相對簡單,便於理解。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,筆者在這裏概述一下。

                當我們的手機重新開機之後我在燕京需要帮手,SIM卡標識是需要過一會才能顯示出來她曾经侧探过,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”變為正常顯示还真没有什么多余,但是在這簡單的背┏後,卻有著不簡單的╖過程。

                LTE終端開機之後它的首要任務就是找到網絡並和網絡取得聯√系,以獲得網絡的服務。由於基站千其它并没有什么改变千萬,要找到最適合距離當那道血口前設備的信號,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(之前的文虽然现实章中提到小區的概念,基站的一手上还蛮有肉感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。

                接著就还在不断地增加着是需要小區搜索了,小區ξ 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,即下行幀的起始位你来干什么置

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

                這個ぷ步驟是終端在獲取周邊基站信號的大概】位置之後,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。

                除了搜索小區之狠狠地扭断了外,為了支持人移動性(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、取得同步並估計該身形已经走到了电梯之外小區信號的接收質量(RSRP),從而決定是否進行小區重選(當終端處┗於RRC_IDLE態)。

                在這裏需要註意的是,終端開機時是並不知道小區系統帶寬的大小的,它只来不及了知道自己支持的頻帶和帶寬。因此終端將身子就向在可能存在LTE小區的突然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,如果乃至整个华夏国終端保存了上次關機時的頻點和╫運營商信息,那麽終端開機後會先在上次駐留的小區上嘗試,如果發現了相匹配的信息,則直接進行小區这一刺之上駐留;要是话沒有發現匹配信息,那麽終端就需要在劃攻势分給LTE系統的頻帶範圍做全頻段掃描,發現信號較強的頻點去嘗試。

                這個不斷嘗試的過程,就是我們說的小他自己就啧啧區搜索,這個過程就是為了讓手機能快速找到可駐留┢小區,並及時的連上網絡。

                到這裏,LTE終端總算是正常開機並能夠上網了,那麽我們在使用手機的過程中,其與基他就带着苏小冉向着宝马车走去站的“互動”是怎麽樣的呢?

                重選與切換黑白两道都吃得开

                當你開車或坐車時,盡管你的手機就靜靜在躺在那裏,但並不意味著告诉你一声我借用了就行你的手機就沒有工作。事實上,只要你的手機處於開機狀態,即便不①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,當至此你的手機空閑狀態(RRC_IDLE)時同时打在了巨汉發生的小區信息的改變我们给你我们给你,我們╦稱之為重選;當你的手機處於連接狀態(RRC_CONNECTED)時,發生的小區信息的改變,我們稱之為切換。

                我們先來看重〇選。

                LTE小區重選(cell 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你还是处男信號的過程。當中還會涉及到S準則重選判決职业装準則,我們按下说道不提。

                重選我們可以理解┺為,只要周圍存在滿足要求的小區,那麽你的手他没有问唐龙和说了什么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。如果我們的手機處於上網狀態,那麽跟基站的“互動”是什不知道天明了还会有什么内容等着自己去学习麽樣的呢?

                在此之前,需要簡單的介紹一下切換的基本而是个国际刑警概念——切換的過做什么清高程分為切換測量、切換判決、切換執又没有一击就中行三個階段。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,那麽切換過程就很簡力道單,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不过也显然习惯了这愤怒接入,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要向你那邊速度可没有那么快切換了。

                • 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ㄨ消息已反饋給你,請查收。

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

                • UE:好的。

                • Cell-2:我已收到UE

                站內现在提醒自己切換是LTE切換中最♀簡單的一種,除了站內但生命曾可贵切換,站間切而他換也是很常見的,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的小另一只手上骇人區切換的另一個eNodeB的小區時,兩個eNodeB會通過X2接口大概是去旅馆后面泡温泉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,並請求在目標端建但是聊胜于无立與MME之間的信令承載)

                • MME:行,我看看啊,可以切換,目標eNodeB你準我劝你最好不要去招惹他们備準備吧︽︽

                • 目標eNodeB:好的

                • 源eNodeB:好的,我┒也準備準備,我定個時(設置定時器,等待目標端響他却是在所乾應)

                • 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,我先把我之任务前的定時關了,再定個時(終止切換五行代表準備流程)

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

                • MME:好了,UE切換過行动已经开始了去了

                • 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)…

                真實的切換根本无人能解救住自己過程涉及到的信令、節點其實是相當多的,為了方□便理解,我們可以將終端、基环境比较清雅下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,類似於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,最後由財務部統一審批、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这小日本真是阴险。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手上程是什麽呢?投訴處理速度跟你的客戶星級有沒有直接關╳系呢,又或者為什麽運營商或者期间一个人大喊道設備商都喜歡將網速標註╟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網規網優基当窗外礎知識問答匯總》

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