浅谈移动通信和无线通信

比较早期的2G网络上网是通过CSD（Circuit Switch Data，电路数据交换）方式进行的，但是CSD是基于电路交换的，在应对以IP封包为主的internet业务时并不高效，因此GSM在后续的演进中引入了GPRS技术

 

BTS（Base Transceiver Station，基站）分布在我们周围，

BSC（Base Station Controller，基站控制器）放置在各地市运营商的中心机房，

PCU（Packet Control Unit，分组控制单元）作用主要是把从基站传至BSC的数据中的分组业务数据单独剥离出来，然后传递给SGSN

BTS和BSC/PCU组成了无线接入网

 

Um是MS（Mobile Station，移动台）和BTS之间的接口，也称为Um接口，或空中接口，

Abis是BTS和BSC之间的接口，也称为Abis接口

 

SGSN（Serving GPRS Support Node，服务GPRS支持节点）可以简单的理解为一个大型的、多功能的交换机，负责鉴权、移动性管理、加密、计费、路由选择等等

 

GGSN（Gateway GPRS Support Node，网关GPRS支持节点）则是网关设备，简单理解就像是一个“翻译家”，把internet上的“语言”翻译成SGSN能听懂的“语言”，同时也把SGSN的“语言”翻译成internet能听懂的“语言”，另外又像是一个“海关+国家安全部门”，控制着整个GPRS网络的对外出口，什么数据不能进，什么数据能进都由GGSN来把关，通过GGSN，就可以将GPRS和internet连接起来，另外手机等终端需要上internet，就需要IP地址，IP地址也由GGSN来分配

 

上述的三个网元设备构成了划时代的核心网分组交换域（即PS（Packet Switch）域，原先只有CS电路交换域）

 

手机从基站接入，传递数据给基站，然后基站传递给上层BSC，PCU从中剥离出分组业务数据，传递给SGSN，最后通过SGSN经由GGSN这个网关将数据汇入到茫茫internet中~

备注：

HLR: 归属位置寄存器（Home location register），是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制的所有存在的移动用户的相关数据，所有移动用户重要的静态数据都存储在HLR中，这包括移动用户识别号码、访问能力、用户类型和补充业务等数据。HLR还存储这归属用户有关的动态数据信息，如用户位置更新信息或漫游用户所在的MSC/VLR地址以及分配给用户的补充业务。

 

AUC: 鉴权中心(Authentication center)，GSM系统采取了特别的安全措施，例如用户鉴权、对无线接口上的话音、数据和信号信息进行保密等。因此AUC存储着鉴权算法和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的用户通信的安全。

 

MSC: 移动业务交换中心（mobile switching center），是网路的核心，它提供交换功能以及面向系统其他功能实体。MSC可以从三种数据库（HLR,VLR,AUC）获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。反之，MSC也根据其最新获取的信息请求更新数据库的部分数据。MSC具有号码储存译码、呼叫处理、路由选择、回波抵消、超负荷控制等功能；MSC作为网路核心，应能支持位置登记、越区切换和自动漫游等移动管理功能；MSC还应支持信道管理、数据传输，以及包括鉴权、信息加密、移动台设备识别等安全保密功能。

 

VLR: 访问位置寄存器（visiting location register ），服务于其控制区域内移动用户的，存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫连接的必要条件。VLR从该移动用户的归属用户位置寄存器(HLR)出获取并储存必要的数据。一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。

 

 

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上图是CDMA2000的网络拓扑图，其中PCF、PDSN/FA、HA、AAA是在IS95后引入的，这点和GSM类似，早期都没考虑到internet业务，后来需要了才加上这些网元。

PCF可以类比GPRS里的PCU，PDSN的功能则具备了SGSN和GGSN的大部分功能，AAA服务器则主要是用户身份认证/归属登记和鉴权计费等等功能。FA和HA设备现网应用比较少，就不说了。上述的几个网元也构成了CDMA2000网络的“PS域”

 

PSTN（Public Switched Telephone Network，公共交换电话网络）

ISDN（Integrated Services Digital Network，综合业务数字网络）

 

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上图是WCDMA早期版本的网络结构图，NodeB即基站，RNC相当于原来GSM中BSC+PCU两个的集合。所以可以看到整个架构和GPRS时代没什么不同，核心网分组域也还是SGSN和GGSN这两个网元。而CDMA2000 1x EVDO的整体架构也和原来的CDMA2000 1x是一样的。

 

所以3G更多的是在无线接入网的技术方面做修改，核心网方面动得并不大。但是在后续演进中，3GPP组织也不断对核心网做出改变，包括但不限于R4版本中，电路域（CS）的软交换（把图中MSC拆为MSC-server和MGW，实现信令和业务承载分离）以及R5和后续版本中提出核心网全IP化及其特性的增强（典型应用则为IMS系统）。

 

 

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LTE的网络整体架构有了很大的变化。

 

LTE中全面取消了电路域（CS），这也是为什么LTE目前无法承载语音业务的主要原因之一。

 

eNodeB是基站，分布在我们周围，BSC/RNC也不见了，所以整个无线接入网由eNodeB组成。

 

S-GW（Serving GateWay，服务网关）类似于SGSN+GGSN一部分功能的集合，P-GW（PDN GateWay，PDN网关，PDN=Public Data Network公用数据网）具备GGSN中的IP地址分配功能，PCRF（Policy and Charging Rules Function策略与计费规则功能单元）设备用以控制用户行为（比如限速），PCRF需要和P-GW配合使用。HLR负责记录用户归属信息、鉴权信息、开户信息等等。MME则是信令方面的承载设备。

 

 

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上面谈的是移动通信网络，下面来看家里的无线wifi网络，以ADSL和FTTH为例

 

 

请先自行把“用户终端”脑补成无线路由器，这是ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line，非对称数字用户线路）宽带接入网基本结构。

 

手机从无线路由器通过802.11x系列协议接入，无线路由器通过以太网协议向ADSL猫传递数据（ADSL猫放在家里），ADSL猫负责调制解调，然后通过语音/数据分离器和电话线路向ADSL局端设备传递数据，然后再进入到宽带接入服务器BAS（Broadband Access Server）中，最后汇入茫茫的internet大洋中。

 

BAS（宽带接入服务器）与AAA服务器通过RADIUS协议相配合，实现AAA功能（即验证Authentication、授权Authorization、记账Accounting ）。可以将BAS和AAA服务器类比为移动通信网络中的“核心网”。注：此处提到的AAA Server和上文中CDMA2000里提到的AAA Server并不是同种设备，只是说具备相似的功能，但是一个是固网的AAA，一个是CDMA2000的AAA。

 

 

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这是目前流行的所谓“光纤宽带”中EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太网无源光网络）的接入网结构（另外一种流行的光接入网为GPON（Gigabit-Capable Passive Optical Networks，千兆无源光网络）），因为是FTTH（Fibre (Fiber) To The Home，光纤到户），所以先自行脑补把图中ONU（Optical Network Unit，光网络单元）替换成ONT（Optical Network Teminal，光网络单元，即光猫），然后再脑补把ONT后面加上无线路由器。

 

手机一样从无线路由器接入，经过ONT（光猫）的电光转换后通过ODN（Optical Distribution Network，光分配网络）传递给OLT（optical line terminal，光线路终端），然后OLT经由各种交换机把数据汇入到茫茫Internet大洋中。

 

ONT现实中多指光猫，放在我们的家里，ODN是无源光配线网络，由光纤和各种无源器件组成，实际上就是传递光的，OLT则是局端设备，放置在运营商中心机房中，其作用可以简单理解为一个移动通信网络中的“BSC/RNC”，负责控制和管理底下的ONU/ONT，并提供到上层交换机（核心网）的接口。

 

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到此介绍了各个制式中的各个设备的具体功能和它们之间的连线，应该就不难理解手机是如何接入到互联网的吧？简单的说就是在一个个网元间不断的传递、转换格式、再传递、再转换格式直到让接收端收到并成功解调为止。

 

当然了，具体的各个接口是如何对接、如何转换格式、如何传递的在这里就没法说了，因为单单空中接口这一项的电信号如何传递、转换成电磁波，帧结构等等就够写一本书的！有兴趣的可以百度维基谷歌或者买本相关的书来看。

 

 

参考博客：https://www.zhihu.com/search?type=content&q=%E7%8E%B0%E5%9C%A8%E8%BF%98%E6%9C%89GPRS%E5%9F%BA%E7%AB%99%E4%B9%88