什么是蜂窝网络和无线局域网（什么是蜂窝网络版平板）

在传统电话系统中，通话需要通过电话线连接，这种模式受限于已铺设的电话网络。

而为了使人们能够在运动中、汽车内或步行时进行通话，摆脱传统电话系统的地理限制，实现随时随地的通信，人们引入了无线电话技术。

移动电话系统支持广域范围的语音和数据通信，通常被称为蜂窝电话（cell phone）。移动电话经历了多个发展阶段，包括 1G、2G、3G、4G，以及当前的 5G 技术。

什么是蜂窝网络？

蜂窝网络实际上是圆形的，但很容易用六角形作为模型，所以被模型化为六角形。

现代蜂窝系统采用较小的蜂窝，虽然蜂窝设计为相对较小，但它们之间并不是紧密相连的，而是有一些间隙，以便在同一组频率上进行通信时不发生干扰。

这种设计使得相邻蜂窝之间能够有效地避免频率冲突，提高了系统的性能和效率。

举例来说，假设在一个 100 千米的范围内只有一个 IMTS 系统，每个频率只能支持一个电话呼叫。与此相反，在同样的范围内铺设了 100 个蜂窝，每个蜂窝覆盖 10 千米的范围。在这种情况下，每个频率上可以同时支持 10-15 个电话呼叫。

后者的设计思想比单一系统的容量提高了一个数量级，表明蜂窝越小，系统的容量增加越多。这种优化使得移动电话系统更加灵活和高效，能够处理更多的通信需求。

当用户数量增长超出了系统的负载能力，运营商可以将超载的蜂窝切成更小的微蜂窝，使更多的频率被重用。所以在举行运动比赛、音乐会和聚集大量移动用户的时候，就会利用便携式塔，建立一些临时的微蜂窝，来缓解系统压力。

在移动电话系统中，每个蜂窝的中心通常是一个基站，负责管理蜂窝内的电话传输。这个基站由一台计算机和连接到一个天线上的发射器/接收器组成。

在一个小规模的系统中，所有的基站都连接到一个称为移动电话交换局（MTSO）设备上，所有的 MTSO 设备都连接到一个二级的 MTSO 上，以此类推，会形成一个金字塔形式。

离开蜂窝怎么办？

在电话系统中，地理区域被划分为多个蜂窝，每个蜂窝通常覆盖 10-20 千米的范围。每个蜂窝都配备一组频率，且这组频率不会与邻近蜂窝重叠使用，以确保通信的稳定性和可靠性。

每个移动电话都属于某一个特定的蜂窝，并且受到这个蜂窝基站的控制，当移动电话离开当前蜂窝时，系统会执行漫游过程以确保通话平稳切换。

移动电话持续测量连接基站信号强度，一旦信号减弱，它向周围的基站询问信号强度，并选择最强的新蜂窝。

在切换过程中，系统会迅速完成通话信道的切换，通常在300毫秒内，这过程还包括更新移动电话位置信息，以确保系统了解其当前所在的蜂窝。

我们是如何打电话的？

移动电话本身可分成手机和一个可移动的芯片两个部分。芯片具有帐号信息，称为 SIM 卡，也就是用户识别模块（Subscriber Identity Module），通过 SIM 卡可以激活手机，并包含了移动电话和网络相互识别对方、加密通话所需要的机密。

手机开机后，首先进行信道扫描，寻找预先设置的信道中最强的信号，然后将自己的序列号和电话号码广播出去，当基站听到移动电话的广播信息后，它就通过「移动电话交换局」记录客户信息。

当用户希望拨打电话时，通过手机输入被叫号码并按下呼叫键。手机将被叫号码和自身标识通过信道发送出去。

基站收到请求后，通过「移动电话交换局」找到一条空闲的信道，并将可用信道信息返回给主叫方。移动电话会自动切换到可用信道上等待，直到被叫方接听电话。

移动电话发展阶段

基于蜂窝网络的前提下，我们的移动电话经历了多个发展阶段，包括 1G、2G、3G、4G，以及当前的 5G 技术。

第一代移动电话（1G）

在第一代移动电话通信中，仅支持语音传输，该系统由贝尔实验室发明，并于1982年首次在美国部署。

基站之间的通信效率相对较低，仅支持语音传输，基本上没有数据服务，通话质量可能不稳定。

第二代移动电话（2G）

第一代移动电话是模拟信号的，只能传输语音，第二代移动电话是数字的，可以发送短信，称为数字高级移动电话系统（D-AMPS），沿用了第一代的设计理念「以蜂窝为基础，频率跨蜂窝可复用，随着用户移动而切换蜂窝」。

第二代移动电话支持语音和短信服务，通话质量更稳定，基础数据传输能力得到提升。

第三代移动电话（3G）

第三代移动电话也可以称为 3G，包含数字语音和数据，支持多媒体服务。

数据流量超过了语音流量，并且还呈几何数增长，专家预测移动设备上数据流量会主宰语音流量，而且还增加了互联网接入能力。

第四代移动电话（4G）

第四代移动电话采用了 LTE（Long Term Evolution）等技术，提供更高的数据传输速率和系统性能，4G 系统建立在了 IP 网络之上，提供更高质量的视频流和其他高带宽应用，适用于大规模的互联网访问和流媒体服务。

第五代移动电话（5G）

5G在网络架构上引入了边缘计算、网络切片等概念，以更好地满足不同应用场景的需求。

5G 引入更高频段、更高的数据传输速率、更低的延迟，支持大规模设备连接，还提供更快的下载和上传速度，更广泛的覆盖范围，支持物联网和大规模机器通信。

每一代的进步都意味着对通信能力和服务质量的不断提升，从最初的语音通信到现代的高速数据传输和多媒体服务。

内容优化：ChatGPT
图片来源：Pixabay
内容来源：《计算机网络》

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