一文知道蜂窩網(wǎng)絡(luò)是如何工作

　　蜂窩網(wǎng)絡(luò)為我們所了解和喜愛的許多事物提供了骨干，使我們能夠訪問互聯(lián)網(wǎng)、乘車、與朋友聯(lián)系、購物、觀看視頻等等。除了眾所周知的個(gè)人應(yīng)用外，蜂窩網(wǎng)絡(luò)在許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中也起著至關(guān)重要的作用，并且在不斷發(fā)展。

　　在過去的一些文章中，我們探討了其他連接技術(shù)，包括WiFi，藍(lán)牙和LPWAN。我們有這么多連接選項(xiàng)的原因是因?yàn)?a href="http://ttokpm.com/tags/iot/" target="_blank">IoT應(yīng)用程序可能會(huì)大不相同，這意味著要求會(huì)有所不同。

　　盡管連接技術(shù)不斷得到改進(jìn)，但最終，在功耗，范圍和帶寬之間總會(huì)有一個(gè)權(quán)衡。過去，蜂窩連接一直專注于范圍和帶寬，卻以功耗為代價(jià)，這意味著它可以在遠(yuǎn)距離發(fā)送大量數(shù)據(jù)，但會(huì)很快耗盡電池電量。這對(duì)于連接到電源或可以經(jīng)常充電的設(shè)備（例如您的手機(jī)）來說是很好的選擇，但是對(duì)于需要遠(yuǎn)程傳感器和設(shè)備持續(xù)使用數(shù)月或數(shù)年的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來說，這是不可行的。

　　但是，關(guān)于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，這還不是全部。您可能聽說過2G，3G和4G等名稱，但是NB-IoT和LTE-M等新的蜂窩技術(shù)專門針對(duì)IoT應(yīng)用。5G可能也將證明對(duì)物聯(lián)網(wǎng)有利，并且具有變革性。

　　蜂窩網(wǎng)絡(luò)如何工作？

　　當(dāng)我們通過移動(dòng)設(shè)備打電話，發(fā)送短信或訪問Internet時(shí)，我們正在向附近的手機(jī)發(fā)射塔無線發(fā)送信號(hào)。這些蜂窩塔既接收我們的信號(hào)，又將信號(hào)發(fā)送回給我們。蜂窩塔是基站的一部分，基站與其他基站和互聯(lián)網(wǎng)具有有線連接，有助于跨越比單個(gè)蜂窩塔更大的距離傳遞信息。

　　像所有無線通信技術(shù)一樣，蜂窩網(wǎng)絡(luò)使用電磁波發(fā)送信息。正如您的無線電具有可以調(diào)諧的不同頻段一樣（例如，調(diào)諧到101.1意味著您正在收聽101.1Mhz頻率），無線通信技術(shù)也具有其工作的特定頻段。

　　如果所有無線通信都嘗試使用相同的頻率，則對(duì)于清晰的通信將有太多的噪聲和干擾。因此，F(xiàn)CC規(guī)定了可以由哪些人使用的頻帶，并且蜂窩載波各自具有允許其工作的特定頻帶（例如，Verizon在746-757MHz和776-787MHz頻帶中）。

　　但是，即使擁有自己指定的頻段，運(yùn)營商仍然需要考慮干擾。如果運(yùn)營商的兩個(gè)基站相互靠近并且以相同的頻率運(yùn)行，則它們的信號(hào)會(huì)相互干擾，并給試圖在該區(qū)域使用網(wǎng)絡(luò)的人造成問題。

　　該問題的解決方案也是下一個(gè)問題的答案。

　　為什么稱其為“蜂窩”網(wǎng)絡(luò)？

　　之所以稱為蜂窩網(wǎng)絡(luò)，是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商將區(qū)域劃分為“小區(qū)（cells）”。每個(gè)小區(qū)都有一個(gè)小區(qū)塔，其工作頻率與相鄰小區(qū)塔的頻率不同。例如，如果您使用六邊形排列，則意味著您僅需要7個(gè)不同的頻率即可確保相鄰小區(qū)中不會(huì)使用相同的頻率。

　　每個(gè)小區(qū)的面積取決于使用密度。在城市中，每個(gè)小區(qū)的距離可能只有半英里，而農(nóng)村地區(qū)的距離可能會(huì)高達(dá)5英里。

　　當(dāng)用戶在小區(qū)之間移動(dòng)時(shí)，其頻率會(huì)自動(dòng)更改以切換到新的小區(qū)信號(hào)塔。幕后還有很多事情要做，以管理同時(shí)在移動(dòng)中同時(shí)使用同一網(wǎng)絡(luò)的大量用戶。

　　G是什么意思？

　　即使以上所有內(nèi)容對(duì)您來說都是全新的，您幾乎肯定也曾經(jīng)聽說過諸如3G或4G之類的術(shù)語。這些分別指的是第三代和第四代。

　　每一代都是由稱為ITU無線電通信部門（ITU-R）的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)定義的一組標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)。該組織負(fù)責(zé)管理國際射頻頻譜和標(biāo)準(zhǔn)，這有助于確保頻譜的有效利用。如果沒有這樣的機(jī)構(gòu)和規(guī)則來控制誰可以使用什么頻譜，不同的公司和組織可能會(huì)相互干擾并降低整體服務(wù)水平。

　　但是，應(yīng)該注意的是，即使在同一標(biāo)準(zhǔn)下，仍然可能存在不同的技術(shù)。例如，UMTS（通用移動(dòng)電信系統(tǒng)）是主要在歐洲，日本和中國使用的3G技術(shù)，而CDMA2000系統(tǒng)則在北美和韓國使用。

　　那么1G，2G，3G和4G有什么區(qū)別？

　　從1980年代初期推出的1G系統(tǒng)開始，此后大約每10年推出一次新一代。每一代都帶來了新的頻段，更高的數(shù)據(jù)速率和新的傳輸技術(shù)（不向后兼容）。

　　因?yàn)槊恳淮际遣煌?，這就是為什么你的手機(jī)上可能沒有4G覆蓋，但仍然有3G（以及為什么你可能沒有不能上網(wǎng)，但卻能夠打電話和發(fā)送短信）。

　　幾家運(yùn)營商已宣布將關(guān)閉其2G網(wǎng)絡(luò)，以釋放無線電頻譜用于其他用途。任何使用2G無線電的機(jī)器都需要將其無線電替換為新一代無線電才能繼續(xù)工作。

　　蜂窩連接是否是物聯(lián)網(wǎng)的好選擇？

　　這一切都取決于您的特定用例。如導(dǎo)言中所述，蜂窩一直以來都不適合許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，因?yàn)樗拇罅康碾娏?，而且單位成本可能很高。這限制了蜂窩連接到具有直接電源、需要發(fā)送大量數(shù)據(jù)、不涉及大量設(shè)備且位于人口稠密地區(qū)的應(yīng)用程序。

　　對(duì)于需要傳感器/設(shè)備使用電池供電的用例，不需要發(fā)送大量數(shù)據(jù)，擁有數(shù)千個(gè)設(shè)備，或者可能是遠(yuǎn)程的，蜂窩電話并不是一個(gè)合適的選擇。但有些情況正在改變。

　　運(yùn)營商正在推動(dòng)專門針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的NB-IoT和LTE-M等新型蜂窩技術(shù)。盡管您仍然需要在人口稠密的地區(qū)（要在蜂窩塔附近），但是這些技術(shù)將提供低成本，低帶寬，低功耗的連接性，這將使目前成本高昂的眾多新物聯(lián)網(wǎng)用例成為可能。

　　隨著多家運(yùn)營商即將推出其服務(wù)，請留意這些蜂窩技術(shù)。