你打电话时究竟发生了什么

回形针PaperClip2020-08-07
打一通简单的电话,背后到底要经历什么复杂的流程?从 2G 到 5G,你的通话体验会有哪些提升?

编者按:本文来自微信公众号“回形针PaperClip”(ID:papercliptv),作者 孟心一,36氪经授权发布。

利用 5G 技术,不仅能实现手机通话质量的提升,并且还实现了视频彩铃等新功能的增强,为普通人展示自己的精彩人生提供了更多可能。

5G 如何提升通话质量?它又是怎么为语音通话提供更多功能的?

首先要知道,你打电话的时候发生了什么。

很简单,拿起手机,拨通电话,你的语音信号通过基站找到张甲木,你们就能聊一宿。

但事实上,打一通电话的过程比想象的复杂很多。

这是 2G 时代的组网架构,核心设备 MSC 移动网络交换中心,连接着不同功能的服务器。

如:用于识别用户号码、业务的位置寄存器;存储用户临时地址、帐户状态和偏好的归属位置寄存器;检查设备合法性的设备识别寄存器和鉴权中心。

它们共同组成了移动网络的核心网。

拿起手机,拨打电话,核心网会在基站和各个服务器中,互相交换指令信息,这些信息叫做「信令」。

拨通电话,需要完成这样的信令流程:接入交换中心、主叫鉴权加密、分配通道、接入被叫、被叫鉴权加密、业务指配。

在完成这样复杂的信令流程后,核心网会为你在 900 MHz 左右的频段内分配一个频宽 0.2 MHz 左右的独立区间来通话,并发送回铃声音,等待张甲木接通。

核心网中,用于承载「信令」部分的连接,叫「控制面」,而到达手机的语音数据和网络数据,都在「用户面」上传递。

2G 时代,采用的是电路交换网络,也就是说,传递信息必须建立独立的信息通道,专线专用,效率低下。这就使得拨出电话到完成全部信息流程,会有长达 6~7 秒的时延。

接下来,为了充分利用回铃音时间,商家加入了彩铃这一功能。

当位置寄存器发现被叫用户签约了彩铃业务,呼叫就会由 MSC 路由到彩铃业务平台,彩铃业务平台会用一段流行金曲来替代原来的回铃音。

但无论语音还是彩铃,都只能以电话刚刚发明就沿用至今的音频格式,传输速率仅为 12.2 kbit/s,基本上毫无听觉体验可言。

如果想要提升通话质量和减少时延,就需要升级组网。

3G/4G 时代,电路交换网络被替换成了分组交换网络,让数据可以在多个节点暂时存储和转发,节省了占用通道的时间。

4G 早期的 LTE 组网,让互联网数据连上了宽带,最直观的感受是:上网变快了。

但 LTE 并不能承载语音数据,打电话时,系统会断开 4G 信号,回落到 2G 网络完成语音通话,等接完电话后再转回 4G 网络。

毕竟打电话才是手机的基础功能,4G 升级到了 VoLTE 组网,通过一个 IMS(IP 多媒体子系统)来处理信令和数据,将语音也连入了 4G 核心网。

提升后的带宽可以让语音以 23.85 kbit/s 的传输速率传递,实现高清语音通话。

而高质量通话体验远远不能发挥 VoLTE 的全部实力。于是,能「被看见」的彩铃悄悄登上了舞台。

和语音彩铃类似,仅仅需要在核心网中串行一个负责彩铃功能的业务网元 AS,就能在主叫用户等待电话接通的时候,在呼叫等待页面看到一段被叫用户精心挑选的 480P 清晰度的视频。

不过,4G 网络虽然升级了核心网带宽,但实现每个功能依然需要在负责各种功能的专用设备中建立接口,才能传递信令,导致在 IMS 核心网中通话,同样可能存在时延。

到了 5G 时代,通话才有机会真正产生革命性的变化。

首先,5G 核心网摒弃了前代中实现某种功能必须访问相应设备的解决方案,将所有核心网中的专用设备替换成了统一标准的 x86 服务器,这些物理服务器构成了一个巨大的资源池。

在这个资源池上,只要安装不同的软件,就能灵活地实现「控制面」的各种功能。而「用户面」的部件,就可以直接部署到基站中,与用户连接得更紧密。

这样,在实现集中控制的同时,增大了数据传输的效率,降低了延迟。

但 5G 时代初期,受制于基站覆盖率低,信号还是会首先通过 VoLTE 基站,再转入 5G 核心网中。 

随着基站的增加, 5G 将全面转型成为 Vo-NR 组网。通过 5G NR 基站直接接入核心网后,能提供相比于 4G 几倍甚至几十倍的带宽。

在「大带宽」的加持下,视频彩铃进化成了 4K 高清的「5G+短视频」。

而控制面的「低延迟」让这个瞬间的实时互动成为可能,这项独创技术,甚至可以让你对心仪的内容实时弹幕打 call。

5G 技术,提升了移动互联网的体验,更让打电话这件小事本身实现了飞跃。

最重要的是,你拥有了无限种表达的可能性,这种可能性也许是更广阔的沟通,也许仅仅是让你有了一个机会,让属于你的想法和精彩人生「被看见」。

即使你拨出去的电话没人接,也不会感到孤单,毕竟,你还能看到超过一亿移动视频彩铃用户的狂欢。

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