Как устроена мобильная связь: Как работает сотовая связь? Разбор

Как работает сотовая связь? Разбор

Все мы пользуемся сотовой связью. Но интересно узнать — как она работает?

Почему связь называется сотовой? Кто кого ловит: телефон сеть или наоборот? Как сотовая связь работает в движении? Почему связь пропадает? И сколько человек может говорить по телефону одновременно?

Сегодня во всём разберёмся. А поможет нам в этом новый Kia Sorento с сервисами Kia Connect.

Соты

Ну а начнем с самого банального вопроса. А почему связь называется сотовой?

Всё дело в том, что зона покрытия сотовой связи делится на ячейки, в центре которых находятся базовые станции.

Каждая базовая станция — это такой внушительный набор оборудования, которая включает в себя: пару шкафов набитых телекоммуникационным оборудованием и россыпь из антенн бьющих во все стороны света.

И все эти девайсы окружают вас и нас повсюду.

Шкафы с оборудованием прячутся на последних этажах домов или прямо на крышах в специальных конторах.

Антенны также также стоят на крышах, на столбах, больших радиовышках или даже деревьях. Вот у меня вот дворе например.

Интересный момент состоит в том. что радиус действия одной станции зависит от частотного диапазона. И чем ниже частота, тем дальше бьет антенна. Также на расстояние влияют препятствия. Например, радиус покрытия 3G в мегаполисе где-то около 500 метров.

А вот за городом, в чистом поле, тот же 3G может добивать до 35 км. А 4G даже до 100 км, если поднять антенну достаточно высоко.

Но причём тут соты? Смотрите, на идеальной ровной поверхности, без препятствий, зона покрытия одной БС представляет собой ровный круг.

Но чтобы разные базовые станции вместе образовали единую сеть, их зоны покрытия должны частично перекрываться. От чего каждая ячейка приобретает форму соты или шестигранника.

Также интересная штука: чтобы не гасить сигнал друг друга соседние станции работают чуть-чуть на разных частотах.

А еще, сотовые сети могут состоять из базовых станций разного стандарта, чтобы оптимизировать работу и улучшить её покрытие.

Кстати, карты покрытия российских операторов есть в свободном доступе в сети. И еще одна карта покрытия сети.

С сотами, и базовыми станциями разобрались. Но как наши телефоны или гаджеты побольше подключатся к этой сети? Давайте разберёмся во всём, по порядку.

Регистрация

Итак, я вставил SIM-карту в смартфон, включил его и телефон начинает искать сеть, но что в этот момент происходит на самом деле?

Как только устройство включается, оно начинает прослушивать эфир в поисках сигналов от ближайших базовых станций. Поймав сигнал, телефон посылает несколько уникальных идентификационный кодов. Во первых, IMSI или International Mobile Subscriber Identity — это международный номер мобильного абонента.

Он состоит из 14-15 цифр и нескольких частей: включая код страны, код сети и отдельную строку цифр, обозначающих каждую конкретную SIM-карту в сети мобильной связи.

И не путайте его с номером мобильного телефона, который, кстати, по научному называется MSISDN — Mobile Subscriber Integrated Services Digital Number.

Между прочим, ваш мобильный номер на SIM-карте не хранится. Он хранится в специальной базе в опорной сети GSM и привязан к тому самому номеру IMSI.

Поэтому, в отличие от номера мобильного телефона, IMSI на другую симку перенести нельзя. IMSI уникален для каждой SIM-карты. Кстати, чисто теоретически мобильный номер можно изменить не меняя SIM-карты, для это надо просто подменить данные в базе опорной сети GSM.

IMSI — это основной код, который позволяет идентифицировать вас и понять к какому оператору привязан ваш номер. Но передаются и другие номера, а именно KI (Key Identification) — это уникальный 128-битный ключ аутентификации пользователя. А также, IMEI — уникальный номер устройства.

Кстати, о том как работает сим-карта и что такое IMEI подробнее можете узнать в наших материалах, про eSIM и IMEI, если интересно.

Кстати, без симки телефон также может устанавливает связь с базовыми станциями, просто не регестрируется в сети. Зато может совершать экстренные вызовы, что может быть очень полезно.

Дальше, получив данные, базовая станция понимает кто это и если всё ок, регистрирует в сети.

И телефон переходит в режим standby, то есть смартфон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, обмениваются пакетами и, откровенно говоря, следят друг за другом.

Методом триангуляции сеть определяет ваши координаты и если вы покидаете зону покрытия одной базовой станции или просто ухудшается качество сигнала по какой-либо причине, вас переключают на другую БС. Можно сказать, что оператор, аккуратненько передает абонента из рук одной базовой станции в руки.

Кстати, официально этот процесс называется handover. Благодаря хендоверу, мы можем спокойно смотреть YouTube, мчась в автомобиле, поезде или вагоне метро.

Но насколько быстро? Сеть 3G способна удержать абонента на скорости до 120 км/ч, что уже неплохо. А вот 4G и 5G вообще выдерживать скорость 500 км/ч, но только при очень хорошем покрытии сети.

Кстати, к сотовой сети подключены не только смартфоны пассажиров данного автомобиля, но и сам автомобиль — KIA Sorento, который мы используем для теста и разбора работы сотовой сети. А зачем? Расскажу чуть позже.

Почему связь пропадает?

Тем не менее, даже несмотря на хорошее покрытие, связь иногда пропадает, а звонок прерывается. Почему так происходит?

На самом деле есть всего две основные причины.

Во-первых, каким бы хорошим ни было покрытие, всё равно будут возникать мертвые зоны. Поэтому часто кроме больших базовый станций с большими антеннами операторы устанавливают направленные антенны с покрытием до 1 метра.

• Микроячейка -> менее 2 километров,
• Picocell -> менее 200 метров,
• Фемтосота -> около 10 метров,
• Attocell -> 1–4 метра

Но даже в этих случаях возможны прерывания связи из-за помех.

Ну и самое главное, базовая станция может быть просто перегружена. Ведь несмотря на то, что одновременно к сети могут быть подключены миллионы абонентов. Одновременно один сектор БС может обслуживать всего лишь до 72 звонков. При этом БС может состоять из 6 секторов итого всего одновременных 432 звонка на одну БС. Поэтому в определенные моменты, к примеру в канун Нового Года, могут происходить перегрузы.

Звонки

Но что именно происходит во время звонка? Опять же разберём всё по этапам.

В моем случае: вы набираете чей-то номер.

1. Сначала ваш смартфон передает сигнал базовой станции.
2. БС ловит сигнал, дешифрует его и начинает искать абонента, с которым мы хотим связаться: определяет в какой сети он находится, каким оператором обслуживается и прочее.
3. После чего передает запрос на ближайшую к абоненту базовую станцию.
4. Антенна БС начинает отправлять направленный сигнал и мы слышим звонок.

А те странные звуки, которые мы можем услышать, если телефон лежит рядом с колонками за пару секунд до звонка, это сигнал, который телефон передаёт обратно БС, сообщая, что он готов принять звонок.

Интернет

Примерно по такой же схеме можно не только совершать звонки, но и отправлять SMS, получать пуши и обмениваться пакетами данных через интернет-протокол.

Например, при помощи сотовой связи мы можем управлять девайсами интернета вещей или даже современными автомобилями.

Так вот, данный Kia Sorento непростой, в нем установлен комплекс телематики Kia Connect, который позволяют через приложение с вашего смартфона управлять различными функциями автомобиля.

Можно дистанционно запускать двигатель, настроить микроклимат, включить подогрев сидений и руля. Можно открывать/закрывать двери, включать аварийку или даже сигналить (что пригодится, если вы часто забываете, где припарковали авто или просто у вас странное чувство юмора).

Хотя чтобы определить, где авто, часто сигналить не придется, ведь геолокация автомобиля также отображается в приложении. Есть встроенная система навигации с пробками и погодой. Можно даже искать рестораны, заправки и отправлять прокладку маршрута с телефона на авто.

Что особенно круто, это функции безопасности. На смартфон приходят уведомления о срабатывании штатной сигнализации, телематика сообщает о незакрытых дверях и окнах. Есть автономный режим (без выхода в сеть) и «гостевой» режим. А в приложении можно посмотреть занимательную статистику.

И всё это работает по всей стране где бы вы не находились.

А всё благодаря встроенной симке и сотовым сетям, о работе которых мы сегодня и рассказали вам достаточно подробно и надеемся интересно!

Post Views: 6 748

Алло, слушаю вас: принципы работы мобильной связи и окружающие ее мифы

ТОМСК, 24 ноя – РИА Томск, Вячеслав Матвиевский. Мобильная связь, радиосигналы – явления, которые окружают человека XXI века и формируют его повседневную жизнь – от общения с родными и близкими до развлечений и шопинга. Но задумываетесь ли вы над тем, как все это работает? Если да, – ответы в материале РИА Томск.

Что такое мобильная связь и как она работает?

Мобильная связь – это вид телекоммуникаций, при котором информация в любом виде (голосовая, текстовая или графическая) передается на абонентские беспроводные терминалы – мобильные телефоны, которые не привязаны к определенному месту или территории. Различают несколько видов мобильной связи, самым распространенным из которых является сотовая связь.

© Валерий Доронин

.

Мобильная связь работает за счет обмена информацией в радиодиапазоне между телефоном и базовыми станциями.

При звонке сигнал с телефона передается на базовую станцию, после чего он обрабатывается контроллером и уже оттуда поступает на коммутатор. Это специальный аппаратный или – что уже чаще встречается – программный комплекс, который обеспечивает правильное соединение абонентов сотовой связи.

Коммутатор определяет, где находится абонент, которому поступает звонок, клиентом какой компании он является, и ищет коммутатор, ответственный за сеть в геолокации адресата. Далее – все в обратном порядке. На все эти процессы уходит обычно от десятых долей секунды до нескольких секунд. И вот вы уже слышите гудки и голос человека, которому вы звонили (если, конечно, он решился поднять трубку).

Что такое базовая станция?

Простыми словами – это комплекс антенн, принимающих или передающих сигнал от телефона к телефону. Базовые станции, в свою очередь, устанавливают на вышках сотовой связи. Как правило, это высокий бетонный столб, увешанный, словно новогодняя елка игрушками, различными инфраструктурными объектами (антеннами).

На одной базовой станции могут быть установлены разные антенны, каждая для своих целей. Какие-то отвечают за быстрый интернет, другие обеспечивают максимально широкое покрытие сети, третьи помогают установить сигнал в лифтах, на подземных парковках и других труднодоступных для сигнала местах.

© РИА Томск. Павел Стефанский

Базовая станция

Кстати, последнему вопросу операторы уделяют сейчас очень много внимания. Например, оператор мобильной связи Tele2 объявил о реализации в Томске проекта по повышению качества сети на первых этажах многоквартирных домов, в подвалах и лифтах. Для этого на 59 действующих базовых станциях были размещены 4G-передатчики специальной конфигурации, которая обеспечивает хорошее проникновение сигнала без увеличения его мощности.

Миф о вреде мегагерц

Опасен ли для человека радиосигнал, который поступает от базовой станции к мобильному устройству? Этим вопросом задаются многие. И вокруг него ходит много мифов.

Если вспомнить физику (даже школьный курс), мы убедимся, что радиоволны для здоровья человека не опасны. По крайней мере в том количестве, в котором их излучает вышка или мобильный телефон. Радиоволны не вызывают ни мутаций клеток, ни изменений в ДНК живых существ. Ни одно научное исследование не подтверждает негативного влияния радиоволн на человека.

К тому же в России действуют одни из самых жестких в мире требований к допустимому уровню радиоизлучения от вышек – 10 мкВт/см2.

В ряде европейских стран этот показатель в несколько раз выше. И даже самая обычная микроволновка излучает около 20-30 микроватт на квадратный сантиметр, то есть в 2-3 раза больше базовой станции.

© РИА Томск. Павел Стефанский

.

От самого мобильного телефона тоже идет радиосигнал. И чем дальше гаджет находится от базовой станции, тем больше «усилий» ему требуется, чтобы поддерживать связь с вышкой и тем выше мощность его радиосигнала. Поэтому частое расположение базовых станций способно благоприятно повлиять на мощность радиосигнала, а не наоборот, как думают многие.

Помните, как лет пять назад все отключали в своих телефонах 4G, «потому что быстро батарейку садит»? Так вот. Тогда базовых станций 4G было не так много, как сейчас. И телефоны тратили больше заряда батареи на связь с ними. Сейчас вышек с 4G стало больше, и «докричаться» до них телефону стало проще.

Потому и батарейка телефона с 4G садится не так быстро.

Что дальше?

И пока услуги голосовой связи продолжают пользоваться спросом, а потребление мобильного интернета неуклонно растет, операторы мобильной связи развивают свои сети, открывая возможности связи все большему числу клиентов.

В том числе большое внимание в последнее время уделяется территориям отдаленным, малочисленным, где качество связи оставляет желать лучшего или где вообще нет никакой связи. Например, в этом году связь впервые появилась в поселке Узень Первомайского района, где базовую станцию установил оператор Tele2. Всего с начала года оператор установил девять подобных объектов связи, и в результате доступ к мобильной сети получили более 10 тысяч жителей региона.

© РИА Томск. Павел Стефанский

Вышка сотовой связи

«Без строительства вышек сотовой связи обойтись нельзя, ведь чем больше мы разговариваем по мобильному телефону, чем больше и чаще пользуемся 4G-интернетом, тем больше устройств необходимо, чтобы обеспечить стабильный сигнал и быстрый интернет», – отмечают в компании. Только среди клиентов Tele2, проживающих в Томской области, объем потребления трафика с января 2021 года увеличился на 25%.

И судя по всему, эта тенденция будет сохраняться.

Как работает мобильная связь?

1. Ресурсы
2. Общие статьи
3. Прочее

Дата публикации: 07 апреля 2012 г. | Обновлено: 10 октября 2019 г. | Категория: Другие | Автор: Пареш Гуджарати | Уровень участника: Золотой | Очки: 60 |

Эта статья посвящена введению в мобильную связь или отвечает на вопрос «Как работает мобильная связь». Мобильная связь включает в себя преобразование голоса в аналогово-цифровую-микроволновую передачу, на ближайшую базовую станцию-цифровую форму-микроволновую передачу на ближайшую базовую станцию ​​приемника-цифровую форму-аналог и, наконец, обратно в голос. Этот процесс включает в себя очень много преобразований голосовых форм и дает представление о его технологии.

Технология мобильной связи и ее влияние

В наше время почти у каждого есть собственный мобильный телефон, и они используют мобильный телефон для разговоров с родственниками и так далее. Но мало кто из них знает, как работает эта технология мобильной передачи. Удивительная технология мобильной передачи сделала мир очень маленьким для жизни с точки зрения связи. Сегодня никто в этом мире недосягаем. Все можно повторить. Дайте нам знать, как эта технология мобильной связи работает, и попробуйте узнать, что происходит, когда вы звоните кому-либо с помощью простых технических слов.

Как работают технологии мобильной связи?

Прежде чем узнать, как работает наша технология мобильной связи и ее система, дайте нам знать, какие технические средства необходимы для облегчения ваших звонков и звонков.

Введение в технологию беспроводной мобильной связи

Район, в котором вы живете, разделен на «ячейки» заданного размера, и каждая ячейка имеет одну мобильная базовая станция , которую мы называем мобильной вышкой. Это башня, чьи данные о сигнале телефона отображаются на экране.
Когда любой телефон находится в режиме включения, он продолжает посылать сигналы на ближайшую мобильную базовую станцию ​​через микроволновую передачу . Мобильная базовая станция хранит записи об этой SIM-карте и связанных с ней данных на сетевом компьютере. Это справедливо для каждого мобильного телефона, находящегося в зоне действия этой сетевой вышки.

Когда кто-либо (звонящий, например, вы) пытается позвонить кому-либо (например, вашему другу или получателю) в другой области, которая также покрыта другой ячейкой сети, путем ввода/набора номера мобильного телефона этого человека, данные номера мобильного телефона затем постоянно передается на сетевой компьютер ближайшей мобильной базовой станции вызывающего абонента. Сразу после проверки номера сетевой компьютер пытается определить местонахождение человека/вашего друга, которому вы звоните, через ближайшую соту и базовую станцию. Когда ваш друг отслеживается ближайшей базовой станцией вашего друга и когда вы набираете этот номер, и соответствующий звонок звонит на приемнике/телефоне вашего друга.

Разговор по мобильному телефону и процесс его передачи

Когда получатель/друг принимает вызов, базовая станция приемника и передатчика создает уникальный канал между ними. Когда звонящий/вы говорите, ваш/голос звонящего преобразуется в аналоговую форму микрофоном мобильного телефона. Затем этот аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму и отправляется на ближайшую мобильную базовую станцию ​​посредством микроволновых сигналов. Когда ближайшая мобильная базовая станция вызывающего абонента принимает микроволновые сигналы, она немедленно преобразует их в цифровую электрическую форму и отправляет на ближайшую к приемнику базовую станцию ​​мобильного телефона по уникальному каналу, созданному ранее.

Теперь ближайшая мобильная базовая станция приемника передает данные о вызове с помощью микроволновых сигналов , и эти сигналы принимаются телефонным приемником человека/вашего друга, которому вы звоните.
Приемник мобильного телефона вашего друга затем немедленно преобразует эти микроволновые сигналы в цифровую форму, а затем в аналоговую форму и, таким образом, в усиленную голосовую форму. И динамик этого телефона говорит этим голосом звонящего.
Когда получатель/друг отвечает или отвечает вам, это снова происходит в обратном порядке, и ваш разговор продолжается.

Так работают технологии мобильной связи.

Статья Пареша Гуджарати
Автор — инженер-механик с докторской степенью. Степень и страсть к написанию технических статей, включая механические и информационные технологии.

Подпишитесь на Paresh Gujarati или прочитайте 43 статьи, автором которых является Paresh Gujarati

Статьи по теме

Купить Huawei Ascend II бесплатно в сотовой сети США онлайн

Характеристики и характеристики бюджетного телефона Huawei Ascend II представлены здесь. Сотовая связь США предлагает Huawei Ascend II со скидкой 100 долларов по почте. Таким образом, вы можете купить Huawei Ascend II онлайн на сотовой связи США по цене 0,00 долларов США. Предоплаченная цена Huawei Ascend II в США составляет 139,99 долларов США.

Пять лучших мобильных телефонов в Индии стоимостью менее 5000 рупий

В этой статье вы узнаете пять лучших мобильных телефонов стоимостью менее 5000 рупий в Индии. Вы можете найти новейшие и наиболее доступные для поиска мобильные телефоны в Индии. Nokia C2-03 занял первое место среди пяти лучших мобильных телефонов в Индии. Другие мобильные телефоны от Motorola, Samsung и мобильных телефонов Karbonn.

Как работает беспроводная зарядка и какая технология за ней стоит

Возможно, вы слышали о выпуске на рынок новейших смартфонов, таких как Nokia Lumia 920. Последние смартфоны используют технологию беспроводной зарядки для зарядки аккумулятора. Это новый аватар старой теории электричества, существовавшей много лет назад. В этой статье я расскажу о природе беспроводной зарядки, о том, как она работает, и о ее последних разработках. Пожалуйста, читайте дальше.

Как номер IMEI. помогает восстановить потерянные или украденные мобильные телефоны?

Вы потеряли свой мобильный телефон и ищете информацию о том, как вернуть потерянный или украденный мобильный телефон? Вы хотите знать, как найти номер IMEI? вашего телефона Nokia, Sony Ericsson или Blackberry? Прочтите эту статью, чтобы узнать больше о IMEI No. и точную процедуру сообщения о потерянном или украденном мобильном телефоне.

5 лучших бюджетных планшетов 3G для голосовых вызовов до 10 000 рупий

Хотите узнать 5 лучших бюджетных планшетов 3G для голосовых вызовов до 10 000 рупий? Я предоставил обновленный список бюджетных планшетов 3G для голосовых вызовов стоимостью менее 10 000 рупий. Прочтите эту статью, чтобы узнать обо всех бюджетных голосовых вызовах на планшетах Samsung, Micromax, ASUS, Lenovo, HP и Dell.

Другие статьи: Мобильные телефоны 3G Technology

Комментарии

Отправить статью

Вернуться к указателю статей

Как работают мобильные телефоны? — Объясните это.

Как работают мобильные телефоны? — Объясните этот материал

Вы здесь: Домашняя страница > Связь > Мобильные телефоны (мобильные телефоны)

• Дом
• Индекс А-Я
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 16 октября 2021 г.

Ходить и говорить, работать на тренируюсь, всегда на связи, никогда не теряю связи — сотовые телефоны резко изменили изменили то, как мы живем и работаем. Никто точно не знает, сколько маленьких Пластиковые телефоны есть в мире, но, по текущим оценкам, на них подписано более 8,3 миллиарда человек. Это больше, чем население планеты! В развивающихся странах, где широкомасштабные сети наземной связи (обычные телефоны проводом к стене) очень мало, более 93 процента используемых телефонов сотовые телефоны. [1] Мобильные телефоны (также известные как сотовые телефоны и, главным образом в Европе, как мобильные телефоны или мобильные телефоны) — это радиотелефоны, которые направляют свои звонки через сеть мачт, связанных с основной телефонной сетью общего пользования. Вот как они работают.

Фото: Сейчас большинство людей используют смартфоны в качестве мобильных телефонов, которые на самом деле небольшие компьютеры со встроенной схемой мобильного телефона. В 1990-х годах мобильные телефоны были проще и могли использоваться только для голосовых вызовов. Теперь сети работают быстрее и способны обрабатывать большие объемы трафика, смартфоны используются в качестве портативных центров связи, способных делать все то же, что и телефон, цифровая камера, MP3-плеер, спутниковая навигация GPS и портативный компьютер.

Содержание

1. Мобильные телефоны используют беспроводную технологию
2. Как путешествуют звонки по мобильному телефону
3. Как мачты сотовой связи помогают
4. Что делают клетки
5. Типы мобильных телефонов
6. Мир мобильных телефонов
7. Мобильные телефоны и мобильный широкополосный доступ
8. Что внутри твоего телефона?
9. Кто изобрел мобильные телефоны?
10. Узнать больше
11. Ссылки

Мобильные телефоны используют беспроводную технологию

Хотя они выполняют ту же функцию, и мобильные телефоны работают совершенно по-другому. Наземные линии несут звонки по электрике кабели. Вырежьте все спутники, оптоволоконные кабели, коммутацию офисы, и прочий раззматазз, а стационарных линий не так уж и много отличается от игрушечных телефонов, которые вы могли бы сделать из куска веревку и пару банок с печеной фасолью. Слова, которые вы говорите в конечном итоге путешествовать по прямому проводному соединению между двумя телефонными трубками. Что Отличие мобильного телефона в том, что он может отправлять и принимать звонки без проводов. связи любого рода. Как оно работает? С помощью электромагнитного радиоволны для отправки и приема звуков, которые обычно передаются по проводам.

Если вы сидите дома, идете по улице, ведете машине, или едешь в поезде, ты купаешься в море электромагнитного волны. ТВ и радио программы, сигналы с радиоуправляемых машины, беспроводные телефонные звонки и даже беспроводные дверные звонки — все эти вещи работают с использованием электромагнитной энергии: волнообразные узоры электричества и магнетизм, который невидимо проносится сквозь пространство со скоростью легкий (300 000 км или 186 000 миль в секунду). Сети сотовой связи далеко самый быстрорастущий источник электромагнитной энергии в окружающем нас мире.

Фото: Мобильные телефоны, какими они были раньше. Эта Nokia датируется началом 2000-х и имеет выдвижную клавиатуру. Хотя у него есть камера и несколько других основных функций, у него нет ничего как вычислительная мощность современного смартфона. Такие телефоны иногда называют «портативными» или «карманными». «функциональные телефоны», чтобы отличить их от iPhone и других смартфонов.

Рекламные ссылки

Как путешествуют звонки по мобильному телефону

Когда вы говорите в мобильный телефон, крошечный микрофон в трубке преобразует восходящие и нисходящие звуки вашего голоса в соответствующие восходящая и нисходящая картина электрических сигналов. Микрочип внутри телефона превращает эти сигналы в строки чисел. Номера упакованы в радиоволну и излучается из телефона антенна (в некоторых странах антенна называется антенной). Гонки на радиоволнах по воздуху со скоростью света, пока не достигнет ближайшего мачта мобильного телефона.

Мачта принимает сигналы и передает их на свою базовую станцию, который эффективно координирует то, что происходит внутри каждой локальной части сети сотовой связи, которая называется клетка. От базовой станции вызовы направляются к месту назначения. Звонки, сделанные с мобильного телефона на другой мобильный телефон в той же сети, пункт назначения путем маршрутизации на ближайшую к пункту назначения базовую станцию телефон, и, наконец, на сам телефон. Звонки на мобильный телефон на другая сеть или наземная линия следуют по более длинному пути. У них может быть направляться в основную телефонную сеть до того, как они достигнут их конечный пункт назначения.

Как помогают мачты сотовой связи

Фото: Инженеры ремонтируют мачту сотовой связи. Фото Брайена Ахо предоставлено ВМС США. и Викисклад.

На первый взгляд мобильные телефоны очень похожи на рации и рации. где у каждого человека есть радио (содержащее как отправителя, так и получателя), которое напрямую передает сообщения туда и обратно, как в теннисе. игроки возвращают мяч. Проблема таких радиоприемников в том, что вы можете использовать только из них в определенной области до того, как сигналы от одной пары вызывающих абонентов начнут мешать тем, от других пар абонентов. Вот почему сотовые телефоны намного сложнее и работают совершенно по-другому.

Трубка сотового телефона содержит радиопередатчик для отправки радиосигналов от телефон и радиоприемник для приема входящих сигналов от других телефоны. Радиопередатчик и приемник не очень мощные, а это означает, что мобильные телефоны не могут передавать сигналы очень далеко. Это не недостаток — это преднамеренная особенность их дизайна! Все, что должен делать мобильный телефон, — это связываться с местной мачтой и базовой станцией; что базовая станция должна делать, так это улавливать слабые сигналы со многих мобильных телефонов и маршрутизировать их вперед к месту назначения, поэтому мачты представляют собой огромные мощные антенны (часто устанавливаются на холме или высоком здании). Если бы у нас не было мачт, нам понадобились бы сотовые телефоны с огромными антеннами и гигантскими блоками питания — и они бы быть слишком громоздким, чтобы быть мобильным. Мобильный телефон автоматически связывается с ближайшей сотой (тот, у которого самый сильный сигнал) и использует для этого как можно меньше энергии (что делает его батарею прослужит как можно дольше и снижает вероятность того, что он будет мешать другим телефонам поблизости).

Что делают клетки

Так зачем возиться с ячейками? Почему сотовые телефоны просто не разговаривают друг с другом напрямую? Предположим, несколько все люди в вашем районе хотят использовать свои мобильные телефоны одновременно. Если все их телефоны отправляют и принимают вызовы одинаковым образом, используя одни и те же радиоволны, сигналы будут мешать и путаться, и будет невозможно отличить один вызов от другого. Один из способов обойти это использовать разные радиоволны для разных вызовов. Если каждый телефонный звонок использует немного другую частоту (количество колебаний вверх и вниз в радиоволне за одну секунду), вызовы легко отделить друг от друга. Они могут путешествовать по воздуху, как разные радиостанции, использующие разные диапазоны волн.

Это нормально, если одновременно звонят несколько человек. Но предположим, что вы находитесь в центре большого города, и миллионы людей все звонят сразу. Тогда вам потребуется столько же миллионов отдельных частот — больше, чем обычно доступно. Решение состоит в том, чтобы разделить город на более мелкие районы, каждый из которых обслуживается собственными мачтами и базовой станцией. Эти области то, что мы называем клетками, и они выглядят как лоскутное одеяло из невидимых шестиугольников. Каждый ячейка имеет свою базовую станцию ​​и мачты, и все вызовы, сделанные или полученные внутри этой ячейки, маршрутизируются через них. Соты позволяют системе обрабатывать гораздо больше вызовов одновременно, поскольку каждая сота использует тот же набор частот, что и соседние соты. Чем больше клеток, тем больше количество вызовов, которые можно сделать одновременно. Вот почему в городских районах намного больше ячеек, чем в сельской местности, и почему ячейки в городских районах значительно меньше.

Как ячейки мобильного телефона обрабатывают вызовы

На этом рисунке показаны два способа работы ячеек.

Простой вызов

Если телефон в соте A звонит на телефон в соте B, вызов не проходить непосредственно между телефонами, но от первого телефона до мачты А и ее базовой станции, затем на мачту B и ее базовую станцию, а затем на второй телефон.

Звонок в роуминге

Мобильные телефоны, перемещающиеся между сотами (когда люди пешком или за рулем) регулярно посылают сигналы туда и обратно близлежащие мачты, чтобы в любой момент времени сеть сотовой связи всегда знает, какая мачта ближе всего к какому телефону.

Если звонит пассажир автомобиля и автомобиль едет между ячейками C, D и E, телефон вызов автоматически «передается» (передается от соты к соте), поэтому вызов не прерывается.

Ключом к пониманию клеток является понимание того, что сотовые телефоны и мачты, с которыми они общаются, предназначен для передачи радиоволн только на ограниченный диапазон; который эффективно определяет размер ячеек. Также стоит отметить, что эта картина является упрощением; точнее сказать, что мачты находятся на пересечении ячеек, но немного легче понять вещи, как я их показал.

Типы мобильных телефонов

Первые мобильные телефоны использовали аналоговую технологию. Примерно так же могут работать и телефоны с печеной фасолью. Когда вы говорите на запеченная фасоль может звонить, твой голос заставляет струну вибрировать вверх и вниз (так быстро, что не видно). Вибрации идут вверх и вниз, как твой голос. Другими словами, они являются аналогией вашего голос — и именно поэтому мы называем эту технологию аналоговой. Некоторые наземные линии по сей день так работают.

Большинство мобильных телефонов работают по цифровым технологиям: они поворачивают звуки вашего голоса в набор чисел (цифр), а затем луч их по воздуху. Использование цифровых технологий имеет много преимуществ. Это означает, что сотовые телефоны могут использоваться для отправки и получения компьютеризированных данных. Вот почему большинство мобильных телефонов теперь могут отправлять и получать текстовые сообщения (SMS). сообщения, веб-страницы, музыкальные файлы MP3 и цифровые фото. Цифровые технологии означают, что звонки на мобильные телефоны могут быть зашифрованы (зашифровано с использованием математических код) до того, как они покинут телефон отправителя, чтобы перехватчики не могли перехватить их. (Это была большая проблема с более ранними аналоговыми телефонами, который любой мог бы перехватить с помощью миниатюрного радиоприемника, называемого сканер.) Это делает цифровые мобильные телефоны намного более безопасными.

Мир мобильных телефонов

Мобильные телефоны кардинально изменили способ общения в мире. В начале 1990-х гг. только у одного процента населения мира есть мобильный телефон; Cегодня, во все большем числе стран люди проводят больше времени со своими мобильными телефонами, чем с их стационарные телефоны. Согласно ITU-T, в 2001 году только 58 процентов населения мира имели доступ к сети сотовой связи (2G); к 2019 году этот показатель вырос до 98,8 процента. К середине 2020 года было 8,3 миллиарда абонентов мобильных телефонов — чуть больше, чем количество людей на планете. Мобильные телефоны также привели к значительному скачку в доступе к Интернету. В конце 2016 года мобильный интернет-трафик (смартфоны и планшеты) впервые обогнал настольный трафик. К середине 2020 года 83 процента людей в мире имели активные подписки на широкополосную мобильную связь на базе мобильных телефонов. в пять раз больше, чем у традиционной проводной широкополосной связи (всего 14,9процент). [2]

Диаграмма: Подписки на мобильные телефоны: Самый резкий рост мобильных телефонов произошел в развивающихся странах, на которые в настоящее время приходится около 80 процентов абонентов. Источник: составлено в 2021 г. с использованием данных за ноябрь 2020 г. Международный союз электросвязи (МСЭ).

Мобильные телефоны также используются разными людьми по-разному. Еще в начале 2000-х мобильными телефонами пользовались исключительно для голосовых разговоров и отправки коротких «текстов» (текстовых сообщений, также известных как SMS-сообщения). У многих людей были мобильные телефоны исключительно для случайного использования в экстренных случаях; и это до сих пор остается популярной причиной владения телефоном (согласно NENA: 9-1-1 Ассоциация, более 80 процентов всех экстренных вызовов службы экстренной помощи во многих частях Соединенных Штатов с мобильных телефонов). Сегодня смартфоны повсюду, и люди используют их для работы с электронной почтой, просмотра веб-страниц, загрузка музыки, социальных сетей и запуск всевозможных приложений. В то время как старые сотовые телефоны полностью полагались на приличный сигнал из сети сотовой связи, смартфоны по мере необходимости переключаются между обычными сетями и Wi-Fi. Там, где старые сотовые телефоны были буквально «мобильными телефонами» (беспроводными стационарными телефонами), современные смартфоны — это, по сути, карманные компьютеры, которые просто делают телефонные звонки. Вы можете увидеть, насколько телефоны изменились внутренне на фотографиях в поле ниже.

Мобильные телефоны и мобильный широкополосный доступ

Если вы хотите узнать, как сети мобильных телефонов превратились из чисто голосовых сетей в составляют важную часть Интернета, см. нашу отдельную статью о широкополосный и мобильный широкополосный доступ. Он также охватывает все эти запутанные аббревиатуры, такие как FDMA, TDMA, CDMA, WCDMA и HSDPA/HSPA.

Что внутри твоего телефона?

Фото: Мобильные телефоны в прошлом и настоящем. Слева: Motorola V66 примерно 2000 года, Nokia 106 примерно 2010 года. и смартфон LG серии G примерно 2016 года. Я буду разбирать Motorola и LG.

Сломанный телефон — замечательная вещь, если вам, как и мне, нравится разбираться в том, как все устроено. Неудивительно, что много В современном смартфоне происходит больше, чем в обычном мобильном телефоне, который люди носили с собой около 20 лет назад. Старые телефоны были просто телефонами; смартфоны — это компьютеры со всевозможными гаджетами, от считывателей отпечатков пальцев до чипов для электронных платежей. Но хотя телефоны сильно изменились, проблемы проектирования нового телефона во многом остались такими же, как и всегда: как упаковать все эти компоненты в достаточно маленькое пространство, уменьшить их общий вес и избежать их? перегрев? Как обеспечить эффективную работу критически важных компонентов, таких как микрофоны, громкоговорители и антенны, даже если они миниатюризированы?

Внутри классического телефона

Самая большая разница между старыми и новыми телефонами заключается в том, что у старых есть клавиатуры и маленькие ЖК-экраны, в то время как смартфоны имеют сенсорные экраны, которые полностью избавляются от необходимости в клавиатуре (им все еще нужно несколько кнопок для включения и выключения питания и управления громкостью динамика). В старом телефоне клавиатура обычно является «мембранной»: вместо движущихся клавиш у нее есть мягкие резиновые кнопки, которые нажимают на электрические контакты на печатной плате (PCB) внизу.

Фото: Слева: Верхняя сторона клавиатуры старого телефона Motorola представляет собой так называемую резиновую мембрану, тонкий лист эластичного пластика с «клавишами», которые нажимаются, чтобы установить электрический контакт с печатной платой внизу. Справа: каждая клавиша прижимает маленький круглый штифт к соответствующей части печатной платы (маленькие точки). Клавиатура также оснащена светодиодами (восемь прямоугольников с белыми контурами), которые загораются, когда вы делаете или принимаете вызов.

К сожалению, цифровые гаджеты не так интересны (и не так просты в освоении), как механические: большая часть полезных вещей происходит внутри чипов, вне поля зрения, и вы не можете понять, как работает чип, просто глядя на это. Сняв клавиатуру, плата под ней мало интересна, но обратите внимание на золотую антенну, проходящую вокруг нее. Вот почему такому мобильному телефону не нужна длинная телескопическая (выдвижная) антенна.

Фото: Основная плата телефона Motorola V66 находится прямо под клавиатурой и над батарейным отсеком.

Другая сторона платы немного интереснее:

1. ЖК-экран, соединенный с клавиатурой ленточным кабелем.
2. Гнездо для наушников.
3. Разъем аккумулятора
4. Зарядное устройство и кабельный разъем для подключения к компьютеру.
5. Радиаторы/экранирование микросхем на печатной плате.
6. Пьезоэлектрический зуммер.
7. Микросхема управления зуммером
8. Антенный разъем — соединяет небольшую внешнюю антенну с золотой антенной, расположенной вокруг печатной платы.

Фото: Обратная сторона основной платы телефона Motorola V66.

Внутри смартфона

Как и следовало ожидать, внутри смартфона происходит гораздо больше. Я не разбирал экран (он находится прямо под печатной платой с правой стороны), но вот некоторые другие вещи, которые вы найдете:

Фото: Основная плата более современного смартфона LG G-серии.

1. Контактные соединения между верхней (левое фото) и нижней (правое фото) частями платы.
2. Радиатор/экран для чипов процессора. (Серый материал, который вы видите здесь, — это термопаста — своего рода теплопроводная слизь, которая помогает улучшить охлаждение.) Кнопка включения/выключения находится здесь.
3. Антенные разъемы NFC (для бесконтактных платежей).
4. Инфракрасный фокусирующий луч для камеры.
5. 13-мегапиксельная задняя цифровая камера.
6. Фонарик/вспышка фотоаппарата.
Четырехъядерный процессор Qualcomm Snapdragon
7. .
8. Слот для карты Micro SD (позволяет увеличить объем памяти до 32 ГБ).
9. Слот для микро-SIM-карты
10. Литий-ионный аккумулятор (емкость 3000 мАч).
11. Полностью пластиковый корпус с отделкой «матовый металл» создает впечатление металлического корпуса со следами от пальцев.
12. Разъем для наушников.
13. Микрофон.
14. Разъем USB и зарядки.
15. Громкоговоритель.
16. Привинченная пластиковая прокладка защищает печатную плату и компоненты, когда вы открываете корпус для замены батареи.
17. Винты!
18. Больше контактных соединений между верхней и нижней платами.

Кто изобрел мобильные телефоны?

Как мы перешли со стационарных телефонов на мобильные? Вот краткая история:

• 1873: британский физик Джеймс Клерк Максвелл. (1831–1879) опубликовал теорию электромагнетизма, объясняя, как электричество может создать магнетизм и наоборот. Подробнее о его работе в нашей основной статье о магнетизме.
• 1876: изобретатель шотландского происхождения Александр Грэм Белл. (1847–1922) разработал первый телефон, живя в Соединенных Штатах. (хотя есть некоторые споры о том, был ли он на самом деле первоначальным изобретателем). Позже Белл разработал так называемый «фотофон», который мог отправлять и принимать телефонные звонки с помощью световых лучей. Поскольку он был задуман как беспроводной телефон, он действительно был далеким предком современного мобильного телефона.
• 1888: немецкий физик Генрих Герц (1857–189 гг.4) получил первые электромагнитные радиоволны в своей лаборатории.
• 1894: британский физик сэр Оливер Лодж. (1851–1940) отправили первое сообщение с помощью радиоволн в Оксфорде, Англия.
• 1899: итальянский изобретатель Гульельмо Маркони (1874–1937) посылали радиоволны через Ла-Манш. К 1901 г. Маркони отправил по радио волны через Атлантику, от Корнуолла в Англии до Ньюфаундленда. Маркони помнят как отец радио, но такие пионеры, как Герц и Лодж, были не менее важны.
• 1906: американский инженер Реджинальд Фессенден. (1866–1932) стал первым человеком, передавшим человеческий голос с помощью радиоволн. Он отправил сообщение в 11 милях от передатчика в Брант-Рок, Массачусетс кораблям с радиоприемниками в Атлантическом океане.
• 1920-е годы: службы экстренной помощи начали экспериментировать с громоздкими радиотелефоны.
• 1940-е: Мобильные радиотелефоны стали популярными среди экстренные службы и такси.
• 1946: AT&T и Southwestern Bell представили свой мобильный телефон. Телефонная система (MTS) для радиосвязи между автомобилями.
• 1960-е: Bell Laboratories (Bell Labs) разработала мобильный телефон Metroliner. мобильные телефоны в поездах.
• 1973: Мартин Купер (1928–) из Motorola совершила первый звонок по мобильному телефону, используя прототип DynaTAC весом 28 фунтов.
• 1975: Купер и его коллеги получили патент на свой радиотелефонная система. Их оригинальный дизайн показан на арте, который вы можете увидеть здесь.

  Фото: Оригинальный дизайн радиотелефонной системы (сотового телефона) Мартина Купера, поданной в качестве заявки на патент в 1973. Обратите внимание, что мобильная часть образует совершенно отдельную систему (показана синим цветом справа), которая взаимодействует с существующей общедоступной сетью (показана слева красным). Отдельные сотовые телефоны (бирюзовые в крайнем правом углу) связываются с ближайшими к ним мачтами и базовыми станциями с помощью радиоволн (желтые зигзаги). Патентный рисунок из патента США 3,906,166: Радиотелефонная система Мартина Купера и др., Motorola Solutions Ltd., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

• 1978: Аналоговая система мобильной связи (AMPS) была представлена ​​​​в Чикаго. Иллинойс Белл и AT&T.
• 1982: Европейские телефонные компании согласовали всемирный стандарт для как будут работать мобильные телефоны, которая получила название Groupe Speciale Mobile и позже Глобальная система для мобильных (GSM) телекоммуникаций.
• 1984: Motorola DynaTAC стала первым в мире коммерческим портативный сотовый телефон. Взгляните на фотографию Мартина Купера и его DynaTAC.
• 1995: GSM и аналогичная система под названием PCS (Personal Communications Services) были приняты в США.
• 2001: GSM захватила более 70 процентов мобильных телефонов в мире. рынок.
• 2000-е годы: выпущены мобильные телефоны третьего поколения (3G и 3,5G) с более быстрые сети, доступ в Интернет, загрузка музыки и многое другое расширенные функции, основанные на цифровых технологиях.
• 2007: iPhone от Apple произвел революцию в мире мобильных телефонов, упаковав то, что эффективно миниатюрный компьютер с сенсорным управлением в гаджет размером с обычный сотовый телефон.
• 2013: Сотовые телефоны отмечают свое 40-летие.
• 2020: Подписка на мобильные телефоны достигает 8,3 миллиарда. Около 80 процентов из них находятся в развивающихся странах.

Узнайте больше

На этом веб-сайте

• Аналоговая и цифровая технология
• Антенны и передатчики
• История общения
• Телефоны (городские)
• Радио

Книги

• Постоянное касание: глобальная история мобильного телефона Джона Агара. Икона, 2013.
• Культура сотовых телефонов: мобильные технологии в повседневной жизни, Джерард Гоггин. Рутледж, 2012.
• Мобильный телефон Гая Клеменса. Макфарланд, 2010.
• Справочник по сотовым телефонам: все, что вы хотели знать о беспроводной телефонии (но не знали, кого или что спросить) Пенелопы Стец. ФиндТех, 2006.
• Мобильный телефон: история самого мобильного носителя в мире и того, как он все изменил! Пол Левинсон. Макмиллан, 2004.
• Сотовая радиотелефония GSM Иоахима Тизаля. Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья, 19 лет.97.

Статьи

• Создание собственной сети сотовой связи может быть полезным, но также и проблематичным Роберто Х. Гонсалес. IEEE Спектр. 19 августа 2020 г.
• Почему качество мобильной передачи голоса все еще плохое и как это исправить, Джефф Хехт. IEEE Спектр. 30 сентября 2014 г.
• Первый портативный телефонный звонок, сделанный сегодня 40 лет назад, Роберт Н. Шаретт. IEEE Спектр. 3 апреля 2013 г.
• 12 мобильных телефонов, которые навсегда изменили наш мир, Роберто Болдуин. Проводной. 3 апреля 2013 г.
• Кто сделал этот мобильный телефон? Паган Кеннеди. Нью-Йорк Таймс. 15 марта 2013 г.

История мобильных телефонов. мир в этом увлекательном выпуске журнала Popular Science за июль 1973 года.

Патент США № 3,906,166: Радиотелефонная система Мартина Купера и др. Это новаторский оригинальный патент Motorola на мобильный телефон, поданный 17 октября 19 года.73 и выдан 16 сентября 1975 года. Он включает в себя множество технических подробностей о том, как работали ранние системы мобильных телефонов, в том числе изображение выше, но за ним относительно легко следить.

Ссылки

1. ↑   Статистика подписки на сотовую связь взята из статистики Международного союза электросвязи ООН (МСЭ). Последняя расчетная цифра (на июнь 2020 г.) составляет 8,152 млрд, где на 2019 год — 8,283 млрд.
2. ↑   Если не указано иное, все статистические данные в этом абзаце взяты из статистических данных Международного союза электросвязи ООН (МСЭ) и являются самыми последними, доступными на момент последнего обновления (октябрь 2021 г.).

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.