现代智能汽车中的无线技术4——蜂窝移动通信技术（3）

1、无线接入网（RAN）：基站的形态与功能

无线接入网 (RAN, Radio Access Network) 是移动通信系统中最庞大、最昂贵、也是我们最常见到的部分。简单来说，RAN 就是由成千上万个基站（铁塔）组成的网络。它的核心职责只有一条：在你的手机（UE）和核心网（Core Network）之间，架起一条无线的桥梁。

一、 RAN 在网络中的位置我们可以把移动通信网络想象成一个**"快递公司"**：

手机 (UE)：寄快递的用户。
核心网 (Core Network)：快递公司的总调度中心（处理计费、用户资料、连接互联网）。
无线接入网 (RAN)：遍布全国的**"快递网点"**（基站）。

你把数据（包裹）交给最近的基站。
基站通过光纤（回传网络）把数据送到核心网。

二、基站的"解剖学"：RAN 的硬件组成以前的基站都在一个机房里，现在的基站通常分为两部分：上边挂着的，和下边放着的。

RRU (Remote Radio Unit) ------ 射频拉远单元

位置：挂在铁塔顶上，或者天线旁边。
功能： "哑巴干活的"。负责把数字信号转换成无线电波发射出去，或者把收到的无线电波转成数字信号。
注：在 5G 中，天线和 RRU 合体了，叫 AAU (Active Antenna Unit)。

BBU (Base Band Unit) ------ 基带处理单元

位置：放在塔下的机柜里，或者几公里外的机房里。
功能： "大脑"。负责最复杂的数字信号处理（编码、调制、加密、MIMO算法等）。我们常说的 4G/5G 芯片，在手机端叫基带芯片，在基站端就在 BBU 里。

天线 (Antenna)

功能：把电信号变成电磁波。

三、基站名称的进化史不同时代的 RAN，基站的名字不一样，这经常让人混淆：

2G 时代：叫 BTS (Base Transceiver Station)。
3G 时代：叫 NodeB。
4G 时代：叫 eNodeB (Evolved NodeB)。
5G 时代：叫 gNodeB (Next Generation NodeB)。

四、 RAN 架构的革命：从"分家"到"云化" 这是 RAN 技术最核心的演进逻辑。 1. D-RAN (Distributed RAN) ------ 传统的分布式

模式：每个铁塔下面都有自己的一套 BBU 和 RRU。
缺点：只要建一个塔，就得配空调、机房、电源，维护成本极高。而且如果是潮汐效应（白天商业区人多，晚上住宅区人多），基站的算力由于不能共享，会造成浪费。

C-RAN (Centralized / Cloud RAN) ------ 集中式/云化

模式：把铁塔下的 BBU（大脑）全部收走，集中放到几公里外的一个大机房里（BBU 池）。铁塔上只留 RRU（天线）。
优点：
省钱：不需要给每个基站建机房和装空调了。
协作：多个 BBU 在一起，处理干扰消除（CoMP）和载波聚合更容易。
共享：既然都在一个池子里，算力可以动态分配。

5G 的大动作：CU/DU 分离为了满足 5G 的灵活性，标准组织把原来的 BBU 劈成了两半：

CU (Centralized Unit) ------ 集中单元：处理不那么紧急的非实时协议（如 RRC, PDCP）。可以放在离核心网更近的云端。
DU (Distributed Unit) ------ 分布式单元：处理对时间极其敏感的实时协议（如 RLC, MAC, PHY）。通常放在离天线较近的机房。

架构图解： $$ \text{核心网} \xleftrightarrow{\text{回传 Backhaul}} \text{CU} \xleftrightarrow{\text{中传 Midhaul}} \text{DU} \xleftrightarrow{\text{前传 Fronthaul}} \text{AAU (天线)} $$

五、热门概念：Open RAN (O-RAN) 这是一个正在颠覆电信行业的概念。

过去（黑盒子）：华为、爱立信、诺基亚卖基站时，BBU 和 RRU 必须是一家的。你买了华为的 BBU，就必须买华为的天线，接口是私有的。
现在（O-RAN）：运营商（如移动、电信）希望接口标准化、软件开源化。
愿景：我可以用戴尔的服务器做 BBU，买激进的小厂商做的 RRU，再运行开源的软件。就像组装电脑一样组装基站。
目的：打破巨头垄断，降低成本。
现状：理想很丰满，现实很骨感（性能和稳定性目前还打不过传统大厂的一体化方案）。

总结 RAN (无线接入网) 是连接你和互联网的**"最后一公里"**。它正从过去那种"傻大黑粗"的铁塔基站，演变成一种云化、软件化、智能化的边缘计算节点。未来的基站，可能就是一个挂在路灯上的小盒子（AAU），连着远处机房里的一台服务器（BBU）。

2、核心网（Core Network）：隐藏在幕后的大脑（鉴权、计费、路由）

如果说 RAN (无线接入网) 是电信运营商的"四肢"和"触手"，那么核心网 (Core Network, CN) 就是它的**"大脑"和"心脏"**。它是整个移动通信网络中最复杂、最隐秘、但也最关键的部分。你平时看不到它（藏在中心机房里），但如果没有它，基站就是一堆废铁，你的手机也只是一块会发光的砖头。

一、核心网到底是干嘛的？核心网主要负责处理非无线的所有事务。它的核心职能可以概括为五点：

鉴权 (Authentication)：确认你是谁？你的 SIM 卡是不是合法的？（安全门卫）
计费 (Billing)：你用了多少流量？打了多久电话？该收多少钱？（收银员）
移动性管理 (Mobility Management)：你现在在哪个基站下面？当你从北京坐高铁到上海，核心网要确保信号无缝切换，数据能找到你。（定位系统）
会话管理 (Session Management)：为你建立一条通往互联网的通路，分配 IP 地址。（接线员）
数据路由 (Data Routing)：把你的数据包真正地转发给互联网（百度/微信服务器）。（路由器）

二、核心网的进化史：从"硬连线"到"云服务" 理解核心网，必须理解它架构的三次巨变： 1. 2G/3G 时代：CS 域与 PS 域的"双轨制" 那时候，核心网被劈成两半：

CS 域 (Circuit Switch，电路交换)：专门负责打电话。打电话时占用的线路是独占的，就像老式电话局插线板。
PS 域 (Packet Switch，分组交换)：专门负责上网。数据是打成包发送的。
痛点：架构臃肿，打电话和上网是两套人马。

4G 时代 (EPC)：All-IP 的"大一统" 4G 核心网叫 EPC (Evolved Packet Core)。

革命性变化：取消了 CS 域。
原理：一切皆 IP。所有的语音通话都变成了数据包（这就是 VoLTE）。
关键角色：
MME (移动管理实体)：负责发号施令（控制面），管辖你的位置和鉴权。
S-GW / P-GW (网关)：负责搬运数据（用户面），是你通往互联网的大门。

5G 时代 (5GC)：SBA 的"微服务化" 5G 核心网发生了翻天覆地的变化，采用了 SBA (Service Based Architecture，服务化架构)。

思想：不再买昂贵的专用硬件设备，而是把核心网功能变成一个个软件模块（微服务），跑在通用的服务器（甚至是云端）上。
CUPS (控制与用户面分离)：也就是把"发号施令的大脑"和"干苦力的手脚"彻底分开。

三、 5G 核心网的"四大金刚" 在 5G 中，那些复杂的英文缩写（网元）其实都有对应的职能：

5G 网元	全称	4G 对应物	职能比喻	详细解释
AMF	接入和移动性管理功能	MME	酒店前台 / 门卫	你一开机，先找它报到。它负责验证你的身份，记录你在哪个城市，负责处理你的移动切换。
SMF	会话管理功能	MME/GW-C	客房管家 / 调度员	当你要上网时，它负责为你安排资源，分配 IP 地址，指挥 UPF 给你接通网线。
UPF	用户面功能	S-GW/P-GW	搬运工 / 路由器	这是唯一干脏活累活的。所有你刷抖音、看网页的真实数据流量，只流经 UPF。其他的（AMF/SMF）都只是在处理信令（指挥）。
UDM	统一数据管理	HSS	户籍档案室	里面存着你的手机号、套餐信息、密钥。AMF 要鉴权时，得来这里查档案。

四、 5G 核心网的杀手锏：网络切片 (Network Slicing) 得益于 5G 核心网的虚拟化（NFV）和控制面/用户面分离（CUPS），运营商可以在同一套硬件上切出多个逻辑网络：

切片 A（给自动驾驶）：

配置一个超低时延的 UPF，直接放在基站旁边（边缘计算）。
保证极快反应，但带宽不需要极大。

切片 B（给 8K 直播）：

配置一个超大带宽的通道。
时延无所谓，但管子要够粗。

切片 C（给智能水表）：

配置一个极低功耗的连接管理。
允许设备很久才连一次网。

这些切片之间互不干扰。这就是为什么 5G 核心网比 4G 强大的根本原因------它从"一条管道"变成了"百变金刚"。总结

RAN 是负责收发无线电的基站。
核心网是负责管理账户、路由数据、控制业务的大脑。
5G 核心网的本质，就是把以前的专用电信设备，变成了运行在云服务器上的一组软件程序，这让它变得前所未有的灵活。