手机的基站与基站之间是如何通讯的？

Posted 2021-11-24 程序员大咖

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作者丨车小胖谈网络

来源丨车小胖谈网络（ID：chexiaopangnetwork）

当手机信号传到基站以后，是把信号放大后无线传到下一个基站，还是通过电话线直接传到对方手机附近的基站？

通常使用光纤通信，有时也使用无线通信，更详细的内容见下文。

手机基站的作用，类似于家庭局域网中的无线路由器。无线路由器通常是通过上联口，连接光猫，通过光猫与Internet双向交换流量。

 由于发射功率的不同，一个手机基站可以覆盖方圆10km的区域。而家庭无线路由器发射功率比较小，通常只能覆盖半径为100m的区域。

基站通常有多个10G光纤端口与上游设备连接，为了提供高可靠性，通常将这些10G物理链路逻辑绑定成一个接口，这样只要有一个物理链路是畅通的，这个逻辑接口就可以让这个基站与Internet保持连接。

在家庭局域网，有的房间无线覆盖很差，但是在房间内增加无线路由器却没有网线插口，此时怎么办呢？

很简单，可以使用无线中继的方式。无线路由器从终端收到的流量，使用无线路由器与无线路由器无线信号的中继方式，将流量中继到有Internet接入的设备上，然后流量从此设备上进入Internet。

无线中继解决方案也常常使用在企业无线网络以及移动通信网络。这种解决方案有一个专业的名字：Meshed。这种方案主要用于不方便布线的场景。

再来看看“移动网络”这四个字，大家应该把注意力放在“移动”这两个字身上。这里的移动包括低速的移动（步行）、中速移动（轿车）、高速移动（高铁）。为了能让各种在运动中的用户获得良好的体验，移动网络必须将快速漫游当做重中之重来设计。

基站时刻跟踪、监测用户的信号强度、信噪比（SNR）。当用户设备的信噪比下降到无法支持较高速率调制模式时，用户设备会自动使用使用低速（低阶）的调制模式。这样做的好处是，可以保持较低的出错率BER（Bit Error Rate），但是用户立马会感觉网络慢了，小视频迟迟刷不出。。。

有同学很好奇，用户设备为何死脑筋一个啊，不能依然使用高速的调制模式，与Internet保持告诉连接吗？

当然也可以，但是出错率BER就会飙升。无线编码有一个神奇的本领。当发现bit错误，可以自动纠错（FEC, Forward Error Correction）。

比如Code 1/2，意味着每传输2 bit，其中只有1 bit是有效用户数据，多出来的1个bit是冗余位，用于纠错。

但是一旦SNR下降的厉害，无线信号的强度越来越接近噪声的强度，接收方解调制得到的强度里，噪声所带来的随机量占的权重越来越大，以至于大到解码错误。即使有部分的纠错能力，也依然无法将原始的信息恢复。这时就需要将该帧数据丢弃，等待发送方的超时重传。一旦触发超时重传，用户感受到的网络一下子变得慢了下来。

所以移动网络的设计者为了将BER控制在可接受范围，牢牢地控制着SNR值与调制模式的对应关系，这种对应关系无法修改，完全依赖算法控制。

再接上文，由于基站对用户设备、周边的基站、用户设备在周边设备的SNR有一个更全局的视野。一旦发现用户有信号更好的基站（相比自己）可以连接时，立马命令手机切换到新的基站上。这样一旦SNR得到提升，对应的速率也会提升。

而Wi-Fi网络，在漫游表现方面要远远低于移动网络，主要是因为漫游的命令不是路由器发出的，而是移动设备的自我救赎。而移动设备的漫游算法千奇百怪。有的无线设备与无线路由器之间的SNR已经很差了，但是由于没有达到漫游的阈值，所以一直腻在路由器上，而不知道尝试信号更好的路由器。

移动网络，还需要解决一个大问题。由于移动的设备会带来多普勒效应，效应的大小与移动和设备的速度成正比。换句话说，移动速度越快，多普勒效应也越大。

多普勒效应，会改变无线信号的频率。当前主流的无线、移动网络调制方式为QAM。信号频率的改变，会造成接收方与发送方的信号相位的无法同步。从而造成星座点的旋转，旋转会造成误判，而误判意味着BER的变大。BER变大会触发使用低速的调制模式。但是移动网络有成熟的技术措施来应对多普勒效应，通常可以使用Costas锁相环来同步接收信号与本地的频率，从而将多普勒效应造成的误差控制在小范围。这样即使在高速行驶的列车上也高速浏览网络了。

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