Как работает мобильный телефон

Мобильный телефон сегодня есть абсолютно у каждого – начиная с 3-летних детей и заканчивая 80-летними людьми. Если еще 10-15 лет назад мобильник был показателем статуса, достатка и крутизны его владельца, то сейчас это простой повседневный инструмент для связи. И хоть в случае с электричеством – необязательно знать, как оно работает, чтобы им пользоваться, с телефоном может оказаться иначе. Как минимум, понять принцип его работы – очень интересно и познавательно.

Ключевой принцип работы мобильника

Мобильный телефон (будь он кнопочным или смартфоном) играет роль приемника и передатчика, работая на разных частотах. Он взаимодействует с сетью BSS (Base Station Subsystem) – базовых станций. Сотовые операторы устанавливают вышки на крышах домов или на других высоких сооружениях, или же на специальных мачтах, расположенных на земле. Кроме того, вышки BSS могут монтироваться на высотных трубах промышленных конструкций и на уже существующих вышках ретрансляторов телевидения и радио, взятых в аренду.

При этом система GSM, по которой работает мобильник, состоит из таких элементов:

• подсистема базовых станций BSS;
• подсистема коммутации/переключения (NSS);
• центр обслуживания и управления (OMC).

Мобильный телефон во включенном состоянии производит постоянное сканирование и мониторинг наличия сигнала GSM своей базовой станции (BSS). При этом он легко идентифицирует сигналы именно своей сети с помощью специального идентификатора. Находясь в зоне покрытия сети, смартфон определяет лучшую частоту по уровню ее сигнала, и именно на этой частоте отправляет запрос на регистрацию в сети своей BSS. Именно процесс регистрации выполняет задачу авторизации (аутентификации) телефона.

Передача голоса абонента по сети GSM

В отличие от передачи голоса по домашнему проводному или радиотелефону, стандарт GSM характеризуется впечатляющей сложностью. Прежде чем голос абонента будет передан его слушателю, он проходит множество преобразований:

• сигнал, являющийся аналоговым, разбивается на микроотрезки длительностью 20 мс;
• происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой;
• цифровой сигнал кодируется с использованием алгоритмов шифрования с «открытым ключом» – с применением системы кодирования речи EFR, которую в свое время разработала компания Nokia;
• сигналы кодека подвергаются обработке специальным алгоритмом прерывистой передачи речи, основанном на принципе DTX;
• работа детектора активности речи, встроенного в кодек VAD, контролирует передатчик телефона. Он включается только в тот момент, когда звучит речь, а в паузах между диалогами – отключается. У второго собеседника эти процессы происходят в противоположном порядке.

Роль антенн в телефонах

Антенна представляет собой металлическую деталь, конструкция, форма и размер которой позволяет улавливать радиоволны определенной частоты. Изначально производители сотовых телефонов делали антенны съемными или же просто внешними. Со временем была найдена более эффективная альтернатива, имеющая компактные габариты и располагаемая внутри устройства.

Знаете ли вы, что в вашем телефоне установлено сразу несколько антенн?

• первичная сотовая антенна (для передачи и приема);
• вторичная сотовая (лишь для приема);
• GPS (для приема);
• Wi-Fi (для передачи и приема);
• антенна NFC и др.

Порой даже на каждую из перечисленных технологий приходится несколько антенн! Самый простой кнопочный мобильник имеет как минимум 1 антенну – для приема и передачи радиосигналов. Некоторые модели телефонов используют одну и ту же антенну как для передачи, так и для приема сигналов. В то время как более современные смартфоны оснащены несколькими приемными и передающими антеннами. Технология под названием MIMO открывает возможность передачи сигналов сразу в несколько потоков. А это неизменно повышает скорость передачи данных и качество связи.

Типы антенн и частоты

Размер и форма антенны определяет частоту, на которой она будет работать. Производители мобильных телефонов стремятся использовать такие антенны, которые смогут работать на максимально широкой полосе частот. Это объясняется тем, что сегодня существует огромное количество разнообразных частот и технологий, которые используются в телефонах и смартфонах. Широкополосные антенны позволяют улавливать сигналы LTE, GPS, UMTS, Wi-Fi и Bluetooth.

Наиболее важную роль играет именно первичная сотовая антенна. Она играет роль ключевой коммуникационной антенны, принимая на себя главную задачу по приему и передаче данных. Она может иметь как низкочастотную полосу, расположенную в диапазоне от 700 до 960 МГц, так и широкополосную – в диапазоне от 1700 до 2700 МГц. При этом количество полос в мире с каждым годом возрастает. В разных странах применяется разный диапазон частот. Многие из них накладываются друг на друга, поэтому телефон может хорошо работать и улавливать сигнал при разных диапазонах.

Для большинства производителей мобильников встает важная задача – создать такие телефоны, которые смогут поддерживать все диапазоны частот передачи данных. Неудивительно, что конструкция антенны в таких мобильных значительно более сложна, чем в стандартных.

Сегодня мобильные телефоны – это технологии современности, которые давно уже не находятся за гранью фантастики. При этом производители неустанно работают над обеспечением безопасности использования сотовых, чтобы передаваемые и принимаемые ими сигналы не оказывали негативного влияния на здоровье и самочувствие пользователей.