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蜂窝网络

蜂窝网络通过将区域划分为由基站服务的“小区”,并通过核心网络连接这些小区,提供广域无线连接。它从以语音为中心的系统演变为基于分组的4G和5G移动宽带,承载着当今的移动互联网。

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Definition

蜂窝网络是一种无线广域网,它将其覆盖区域划分为小区,每个小区由一个基站服务,并通过一个核心网络连接这些基站,该核心网络处理认证、移动性以及与互联网等外部网络的连接。

Scope

本主题涵盖蜂窝数据网络的架构和运行:小区的蜂窝概念、基站和频率复用;无线接入网和核心网络的组织;从早期世代到4G LTE和5G的演进,包括向全IP分组交换核心的转变;以及5G旨在实现的高级功能,如更高容量、更低延迟和大规模设备密度。它概述了移动性和切换,将详细的移动性管理留给专门的主题。

Core questions

  • 什么是蜂窝概念,为什么覆盖区域要划分为小区?
  • 频率复用如何提高蜂窝系统的容量?
  • 无线接入网和核心网络是如何组织的?
  • 蜂窝网络是如何从以语音为中心演变为全IP 4G和5G的?
  • 5G旨在提供哪些新功能,例如低延迟和大规模连接?

Key concepts

  • 小区和基站
  • 频率复用
  • 无线接入网
  • 蜂窝核心网
  • 4G LTE
  • 5G
  • 全IP分组核心
  • 移动宽带
  • 切换(概述)

Key theories

蜂窝概念和频率复用
将服务区域划分为小区并在不相邻的小区中重复使用相同的频率,使得有限的频谱可以服务更多用户;更小的小区可以增加容量,但代价是需要更多的基站和更频繁的切换。
无线接入和核心网络分离
蜂窝系统将管理无线链路的基站无线接入网络与负责用户认证、会话和移动性管理以及将流量路由到外部网络的核心网络分开,这种结构在各代中不断完善。
向全IP的代际演进
蜂窝网络从模拟语音(1G)发展到数字语音和有限数据,再到分组交换、全IP的4G LTE和5G,越来越多地承载互联网流量并与IP网络进行端到端集成。

Clinical relevance

蜂窝网络为数十亿设备提供移动互联网,是世界上许多地区主要的连接形式。向全IP 4G和5G核心的转变使蜂窝和互联网技术紧密集成,而5G的低延迟和大规模设备密度目标支撑着从移动视频到工业自动化和物联网的应用,使蜂窝架构成为现代连接规划的核心。

History

蜂窝电话始于模拟1G系统,随后是数字2G(如GSM),增加了文本和有限数据。分组数据通过2.5G/3G发展,4G LTE引入了为数据优化的全IP分组交换架构。5G随后推出了新的无线技术和基于服务的核心,旨在实现更高的吞吐量、更低的延迟和支持大量连接设备。

Key figures

  • James F. Kurose
  • Keith W. Ross
  • Andrew S. Tanenbaum

Related topics

Seminal works

  • kurose2021
  • tanenbaum2010

Frequently asked questions

为什么蜂窝网络要划分为小区?
频谱是有限的,因此覆盖整个区域的单个发射器只能服务少数用户。将区域划分为小区,每个小区都有自己的基站,并在相距足够远的小区中重复使用频率,可以使相同的频谱同时服务更多用户,从而大大增加容量。
5G与4G有何不同?
5G采用新的无线技术和重新设计的核心网络,以提供比4G更高的数据峰值速率、更低的延迟,并支持更多同时连接的设备。这些改进不仅针对更快的手机,还针对实时控制、密集的物联网部署和固定无线宽带等新应用。

Methods for this concept

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