摘要：生命不息，提速不止。4G時代，百兆、雙百兆、300兆速率的廣告比比皆是，現在1Gbps也要來瞭。本系列5篇文章將圍繞4G速率做系統介紹，包括數據傳輸流程、終端等級、速率計算、如何達到1Gbps。本文是第一篇，講述用戶數據在空口的傳輸流程。

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2009年1月，瑞典運營商TeliaSonera宣佈商用4G LTE網絡，建成全球首個4G商用網絡；

2013年12月，中國移動宣佈商用4G網絡，速率超百兆，成為國內首傢4G網絡運營商；

2014年12月，韓國SK電信宣佈商用4G+ LTE-A網絡，速率達300M每秒，是全球首個4G+商用運營商；

到2016年7月，全球已有170個國傢521個運營商商用4G網絡，69個國傢147個運營商商用4G+網絡。4G發展如火如荼。

然而也是從2016年起，各領先運營商、網絡廠商、終端廠商攜5G強勢襲來，4G已成強弩之末？當然不是，4G時代，我們看到瞭百兆、雙百兆、300兆網絡速率的大幅廣告，現在，4G要放出最後一個大招：1Gbps。

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1Gbps到底是什麼鬼？為此，小編將圍繞4G速率用若幹篇文章娓（luo）娓（suo）道（luo）來（suo）。等等，前四篇和1Gbps有半毛錢關系？是為瞭湊字數吧？

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4G網絡數據傳輸流程之從“小視頻”到“傳輸塊”

Alice和Bob是好朋友，他們用的都是中國某動比快更快4G+網絡。某天：

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從此世界少瞭一個科學傢，多瞭一個攻城獅。若幹天後，Bob通信大講堂開課瞭：

在4G高速網路下，Alice和Bob互傳小視頻是分分鐘的事，可是撥開臺前看幕後，小視頻經歷瞭九曲十八彎才從Alice手中傳到Bob眼裡。

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小視頻首先從Alice的手機通過4G無線接入網絡（其實就是我們通常說的4G網絡）上傳到4G基站（eNB），然後通過基站相繼轉發到SGW和PDN-GW，SGW和PDN-GW是4G核心網的兩個網元，負責路由和轉發用戶產生的IP數據包。小視頻通過PDN-GW進入Internet，遨遊一圈後再次通過PDN-GW和SGW傳到Bob所在的4G基站，由Bob下載到自己的手機中。

在整個傳輸過程中，Alice上傳和Bob下載小視頻是通過4G網絡，那麼在4G網絡裡，小視頻都經歷瞭什麼？聽小編繼續分（xia）析（bai）。

Alice和Bob（用戶）與他們的4G基站傳輸小視頻（數據）是按照事先定義好的步驟和準則執行的，我們把這些步驟和準則的集合稱為接口，由於小視頻是通過無線鏈路傳輸的，所以把這個接口稱為空中接口，簡稱空口。和1984年ISO定義的7層網絡參考結構類似，空口也是一層一層的，在傳輸用戶數據時可認為有兩層（用戶面）：L1物理層、L2數據鏈路層，L2又包括PDCP、RLC、MAC三個子層 。當然這裡層是邏輯概念上的，不像千層蛋糕一樣看得見、掰的開。

Alice的小視頻就是應用層的微信產生的數據，在IP層被分段，每段增加一個IP包頭後傳遞到L2的PDCP子層，其中每個IPv4包頭最小20Byte，最大60Byte，IPv6包頭40Byte。之後各層對小視頻的處理如下。

L2的PDCP子層(Packet Data Convergence Protocol，分組數據匯聚協議），主要功能是對上層的IP包進行IP包頭壓縮和解壓，以及數據加密和解密。PDCP隻處理IP數據，在3G時代可有可無，到瞭4G時代，由於網絡全IP化，PDCP不可或缺，實現瞭從跑龍套到主角的華麗變身。例如，對一個含有32Byte有效載荷的VoIP分組，IPv4報頭增加40Byte，IPv6報頭增加60Byte，即125%和188%的開銷。在PDCP層采用ROHC報頭壓縮技術後，這一開銷可被壓縮成4～6個字節，即12.5%～18.8%的相對開銷，資源利用率大幅提升。

Alice手機的PDCP層收到包含小視頻分段的IP包後，對每一個IP包進行包頭壓縮、數據加密後，添加一個PDCP包頭，傳遞到RLC子層。

L2的RLC子層（Radio Link Control，無線鏈路控制），主要功能是將PDCP子層傳下來的數據包進行重排序，以及分割、重組、級聯，同時通過ARQ機制進行錯誤檢測、重傳。RLC子層有3種工作模式：透明模式（TM），非確認模式（UM），確認模式（AM）。

• 透明模式（TM）最簡單，不需要RLC層進行任何處理，用於隨機接入等特殊目的；

• 非確認模式（UM）支持數據包丟失檢測，並提供分組數據包的排序和分割，重組，級聯，適用於高層提供數據的順序傳送，且無需重傳丟失的數據，典型地用於VoIP等時延敏感業務；

• 確認模式（AM）是最復雜的模式，除瞭支持UM模式的特征外，還要支持ARQ機制，即在檢測到丟包時重傳數據包。一般來講，AM模式用於TCP業務，如文件傳輸，這類業務主要關心數據的無錯傳輸。

此時，Alice手機的RLC子層將包含小視頻分段的PDCP數據包重排序、分割、重組、級聯為一個或多個RLC層數據單元，每個RLC數據單元添加一個包頭形成RLC數據包（RLC包頭大小至少10bit，其中含有RLC數據包的序列號），傳遞到MAC子層。

L2的MAC子層（Medium Access Control，介質訪問控制），主要功能是對RLC子層數據（又叫邏輯信道）復用和解復用，進行調度和優先級處理（下行方向是多個用戶之間優先級處理；上行方向是同一用戶不同邏輯信道的優先級處理），基於HARQ機制的糾錯等。

Alice手機的MAC子層這時收到包含小視頻的RLC層數據包，還有包含老板郵件的RLC層數據包，將這兩部分數據復用，添加一個MAC幀頭形成MAC幀（又叫傳輸信道），同時啟動HARQ模式，確保小視頻不傳錯，不丟失。完成這些後，手機將MAC幀傳遞到L1物理層，準備發射。（小視頻：每到一層都要打標簽，有完沒完？還有那封老板的郵件是哪來的什麼鬼？）

這裡，MAC幀數據也可稱為傳輸塊(TB，Transport Block)，意思是傳輸信道的數據，後續物理層以一個TB為單位對數據進行處理。

L1的物理層（PHY）以1ms（一個TTI時長，一個子幀時長）為單位，對MAC子層傳下來的TB進行調制、交織、信道編碼、波形生成等一系列處理，並映射到二維時頻資源塊中（RB）。

Alice的手機裡這時發生瞭什麼且聽下回分解。

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