За прошедшие 20 лет мобильный телефон из обычного средства связи превратился в настоящее многофункциональное устройство. Современный мобильный телефон, в зависимости от степени насыщения функциями, совмещает: средство связи, радиоприемник, музыкальный проигрыватель, фотоаппарат, диктофон и многое другое, ну разве, что вышивать крестиком не умеет. По сути, он превратился в такую многоликую игрушку для взрослых. Человеческое любопытство не знает границ и у многих возникает естественный вопрос – а что внутри этой игрушки? Конечно, из-за простого любопытства разбирать устройство стоимостью несколько тысяч рублей как-то не хочется. В таком случае эта статья именно для Вас!

Мобильный телефон – это технически сложное устройство, сердцем которого является электронная плата, которая обеспечивает выполнение телефоном возложенных на него функций. По аналогии с компьютерами, ее часто называют материнской. К материнской плате подключаются различные устройства (дисплей, антенна и т.д.), которые обеспечивают взаимодействие телефона с сетью оператора и пользователем. Форма, размер и конструктивные особенности материнской платы телефона зависят от форм-фактора корпуса телефона и специфики обусловленной маркой телефона. И именно с корпуса целесообразно начать рассмотрение конструкции – ведь именно он находится на виду.

Корпусные части

В современных мобильных телефонах применяются корпуса трех основных форм-факторов – моноблок, книжка (раскладушка), слайдер, а также их вариации – флип (откидывающаяся крышка, закрывающая клавиатуру) и ротатор (части корпуса поворачиваются друг относительно друга). В настоящее время, телефоны двух последних форм-факторов – большая редкость. Корпуса в форм-факторе слайдер имеют несколько вариантов конструкций (за основу мы возьмем старенькие модели телефонов):

• Сдвигается только клавиатура. В закрытом состоянии клавиатура загораживает часть экрана. Примером подобной конструкции является .


• Сдвигается только экран. В закрытом состоянии экран загораживает часть клавиатуры. Пример – .


• Сдвигается экран и часть клавиатуры. Обычно в эту часть входят джойстик, софт-клавиши, клавиши приема и отбоя вызова. Самая распространенная вариация слайдера. Пример – .

Естественно, что конструкция телефона оказывает непосредственное влияние на его внутреннее устройство – в телефонах с корпусами, имеющими подвижные части, обязательно присутствует гибкий шлейф, соединяющий двигающиеся части телефона между собой. Кстати, перетирание (излом) именно этого шлейфа является одной из распространенных неисправностей телефонов «подвижных» форм-факторов. В ряде телефонов в состав гибкого шлейфа входят и другие компоненты – дисплей, динамики и т.д. Примером телефона с подобным шлейфом является .

Корпус телефона в форм-факторе «моноблок» обычно состоит трех составных частей – передней и задней панелей и средней части. Задняя панель часто бывает совмещена с крышкой аккумуляторного отсека или с аккумулятором. Совмещение крышки аккумуляторного отсека с аккумулятором характерно для моделей азиатско-китайского производства – Samsung, LG, Pantech, Fly и т.д. Средняя часть корпуса моноблочного телефона может быть как видимой ( , ), так и скрытой от пользователя (). В состав корпуса телефона форм-фактора книжка обычно входят верхняя и нижняя части корпуса и поворотный механизм. Корпуса телефонов форм-фактора слайдер обязательно включают в свой состав салазки, по которым осуществляется скольжение частей корпуса друг относительно друга. В свою очередь верхняя и нижняя часть корпусов «книжек» и «слайдеров» обычно состоят из двух или трех частей. Также в качестве отдельной части корпуса можно выделить стекло дисплея.

Клавиатура в сотовых телефонах любого форм-фактора состоит из двух частей. Первая из них видимая пользователю обычно представляет собой пластиковые клавиши на гибкой подложке. Вторая из них скрыта и представляет собой подложку с металлическими пластинами, которые замыкают контакты на плате клавиатуры. Конструктивно, плата клавиатуры может быть как совмещена с материнской, так и быть отдельно от нее (). В некоторых телефонах плата клавиатуры и ее подложка совмещены с гибким шлейфом ().

Аккумулятор

Аккумулятор является важнейшим узлом мобильного телефона, ведь именно он обеспечивает его функционирование. По своему типу аккумуляторы, применяемые в мобильных телефонах, бывают никель-металлогидридные (Ni-Mn, применялись в старых моделях телефонов, обладают эффектом памяти), литий-ионные (Li-On), литий-полимерные (Li-Pol). Никель-металлогидридные аккумуляторы для мобильных телефонов обычно состоят из трех аккумуляторных батарей круглой () или квадратной () формы.

Литий-ионный и литий-полимерные аккумуляторы обычно состоят из одной аккумуляторной батареи и электронного блока. Функциями электронного блока аккумуляторов данных типов является защита аккумуляторной батареи от глубокого разряда (менее 3 В) или перезаряда (более 4,2 В). Если не углубляться в техническую терминологию – данный блок представляет собой электронный включатель, разрывающий цепь одного из выводов аккумуляторной батареи. Именно наличие этого блока объясняет то обстоятельство, что телефон, которым не пользовались длительное время – может не включиться и отказывается заряжаться.

Дисплей

В мобильные телефоны устанавливают дисплеи различных типов – черно-белые и цветные, выполненные по технологиям STN, UFB, TFT, OLED и другим. Естественно, что дисплеи, изготовленные по разным технологиям, имеют отличия в качестве изображения, однако с точки зрения конструктивного исполнения дисплеи телефонов можно разделить на две группы – присоединяемые к плате через разъем находящийся на гибком шлейфе и припаиваемые к ней ( , ). В телефонах с форм-факторами слайдер или книжка часто используют так называемый дисплейный модуль – дисплей (или два дисплея) на одной плате. На эту же плату припаяны все вспомогательные компоненты необходимые для работы дисплейного модуля и разъем для подключения гибкого шлейфа. Кстати, из-за использования дисплейного модуля, замена дисплея в телефонах с форм-факторами книжка или слайдер стоит дороже аналогичных работ в моноблочных телефонах. Также в состав дисплейного модуля могут входить динамики телефона

Прочие механические части

Также в состав телефона входит микрофон, разговорный и полифонический динамики, камера, вибромоторчик. Функциональное назначение данных блоков вполне понятно. В ряде телефонов для разговора и проигрывания мелодии может использоваться один и тот же динамик. Динамики в телефонах могут быть жестко припаяны к материнской палате, но чаще всего, они фиксируются к корпусу телефона и соединяются с материнской платой через разъем или группу подпружиненных контактов. Соединение микрофонов с материнской платой телефонов осуществляется аналогично. Однако в телефонах азиатско-китайский производителей часто встречается ситуация, что микрофон припаян к материнской плате. Камеру обычно также присоединяют к материнской плате телефона через разъем, который конструктивно может быть двух типов – на гибком шлейфе и с жесткой фиксацией.

Одной из самых важных частей мобильного телефона является антенна. В настоящее время, подавляющее большинство телефонов оснащены антенной распложенной внутри корпуса. Конструктивно антенны большинства телефонов представляют собой штырек или пластину особой формы. Форма штырька более характерна для внешних антенн, (), хотя были и внутренние антенны подобного вида (). Именно местоположение антенны и расстояние от нее до головного мозга, а также мощность излучения телефона, определяют его потенциальную опасность для здоровья человека. По поводу того, насколько реален этот вред, ведутся ожесточенные споры, однако, сомневающиеся могут выбрать телефон с антенной максимально удаленной от уха. В этом плане выгодно отличаются раскладные телефоны, так как в них антенна обычно расположена в нижней части корпуса. Особенно выгодно в этом плане отличается Motorola RAZR V3 – у нее антенна расположена возле микрофона и, следовательно, максимально удалена от головного мозга.

Подводя итог

В статье рассмотрены основные механические части, входящие в состав мобильного телефона. Естественно, данное рассмотрение является весьма обобщенным, однако по нему можно составить общее представление, как устроена эта игрушка для взрослых. Более подробное описание порядка разборки телефона, перечень его механических частей и методика их замены описаны в Service Manual, который по своей сути является руководством по ремонту, предназначенным для сервисных центров. Надеюсь, мой небольшой обзор окажется для вас полезным, но исключительно для пополнения багажа общих знаний.

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus. comments powered by Disqus

Смотрите также:

Написал: сергей.
Здравствуйте,я хотел спросить если я закожу телефон по энтернет магазину, он придёт по почте в челости и сохраности? Или будет немного покалечен?Я хочу купить имено тот который мне нужен, но боюсь.

Написал: т.н.
очень вас благодарю! данный материал помог приготовить доклад по физике за 7кл.

Написал: Хмурый
Статья для тех кто далек от этого, но стремится узнать...Как с первого класса, когда за руку ведут и говорят ты узнаешь здесь то-то и то-то. Если я чисто техник, мне сразу понравилось то, что в голову зашли основы, а остальное нужно развить и найти!!! А пенять автора что кто-то гений не стоит.... По телеку таких хватает!!! А теперь для умных дайте ссылку где дальше развиться....ОКЕЙ

Написал: ку
Чем отличается проц телефона обычного,от телефона "умного"?Я имею ввиду не "мощность" и тактовую частоту.

Написал: Антон Печеровый
Уважаемый IONe, рассказ о работе мобильника будет изобиловать техническими деталями, которые большинству не интересны. Согласен, эта статья - обзор, предназначенный для людей далеких от техники. Подробный рассказ о конструкции мобильного телефона потребует не одной статьи, ведь придется вспоминать кучу физических законов на которых все это работает, основы электроники и программирования. Если говорить кратко - то мобильный телефон - это микропроцессорное устройство, работающее под управлением управляющей программы (операционной системы). Также в нем присутствует различная "периферия" - приемно-передающий тракт, микрофон, динамик, дисплей, камера и т.д. Корректная работа со всеми этим устройствами обеспечивается программным обеспечением устройства - прошивкой и калибровочными данными (константами, прописанными на заводе в память телефона). Если Вас интересует более конкретно - обратитесь к специализированной литературе.
Теперь о Вашей проблеме - дистанционно что-либо советовать сложно. Попробуйте проверить напряжение аккумулятора мультиметром. Полностью заряженная батарейка имеет напряжение порядка 4,2 В. Если меньше попробуйте зарядить в телефоне или "лягушкой" (универсальное ЗУ для всех типоразмеров аккумуляторов)

Андрей, видеть или нет наличие практически полезной информации в этой статье это Ваше дело. По поводу "идиота" и "барана" я комментировать не буду. Если Вас интересует конкретная техническая информация обратитесь к специализированной литературе, желательно в первоисточнике. Найти описание стандарта GSM - не проблема. А вот насчет "грамотных людей" - уж извините, Вы к ним не относитесь. Грамотный человек работает со специализированной литературой и не разбрасывается оскорблениями и огульными обвинениями. Судя по комментарию, Ваш уровень знаний находиться на уровне сайтов, которые Вы мне посоветовали писать.

Написал: Андрей
Какова длина волны электромагнитных колебаний мобильных телефонов. Как выбираются каналы для телефонов? Как устроен колебательный контур и антена. Какова излучаемая мощность телефона. Как это возможно говорить, находясь в автлбусе или легковой машине? Видимо напряженность ЭМ поля на данной территории очень высока?

Статьи и Лайфхаки

В нашей статье мы вкратце разберем внутреннее устройство современного мобильного телефона, остановившись на каждом из значимых блоков.

Речь идет именно о кнопочных «трубках», об устройстве смартфона мы поговорим в другой раз.

Корпус и клавиатура

Исключением являются только некоторые дизайнерские телефоны, например, титановые гаджеты , но их можно не брать в расчет в силу малой распространенности.

Подавляющее большинство телефонов сегодня выпускается в форм-факторе , разнообразные раскладушки и слайдеры с рынка почти исчезли. В них задняя панель является съемной, а нередко и заменяемой.

Таким образом, пользователь получает доступ к слоту для сим-карты, карт памяти и батарее.

Клавиатура чаще всего выполнена из резины, обычно клавиши имеют подсветку, облегчающую использование аппарата в темное время суток.

Дисплей

Логический блок

Более того – в спецификациях моделей практически никогда не указывается ни тип чипсета, ни даже количество оперативной памяти.

Единственное, о чем имеет смысл говорить – это встроенное хранилище, предназначенное, главным образом, для фотографий и музыки.

Помимо этого, многие сотовые телефоны поддерживают работу с microSD картами, обычно емкостью до 32 Гб. Впрочем, больше и не требуется.

Особо следует упомянуть энергонезависимую память, в которой хранится уникальный код устройства – IMEI.

Радиомодуль

Скорость обмена данными у нее чрезвычайно низкая даже в сравнении с 3G, не говоря уже об LTE, а тарифы операторов делают такую связь абсолютно непригодной для использования.

Для обеспечения устойчивой связи в телефонах предусмотрена внутренняя штыревая антенна.

Иногда можно встретить модели, в которых есть поддержка 3G интернета. Это несколько расширяет возможности аппарата.

Аудиосистема

Практически неотъемлемой частью внутреннего устройства любого мобильного телефона является специальный 3,5-мм разъем для подключения наушников.

В некоторых моделях предусмотрен еще и динамик, который может использоваться как для hands-free связи, так и для воспроизведения музыки.

Сим-карта

Слот может быть как один, так и два. Последнее чаще встречается в моделях, оборудованных 3G модулем, чтобы можно было отдельно подключить карту для интернета.

Камера

Ничего удивительного – вряд ли стоит надеяться встретить в устройстве за 2 тысячи рублей двухмодульную камеру с оптическим зумом. Поэтому рассчитывать на получение качественных фото в данном случае не стоит.

Аккумулятор

Последние считаются несколько более прогрессивными, поскольку создавались в ответ на склонность к вздутию и даже взрывоопасность литий-ионных батарей.

Как следствие, проблемы у кнопочных устройств в этом отношении те же самые, что и у смартфонов: холодобоязнь и ограниченное число циклов заряда.

Некоторые пользователи до сих пор пребывают в плену мифов и полагают, что аккумулятор обладает т.н. «эффектом памяти». Ничего подобного в современных телефонах нет.

Напряжение, используемое в современных моделях, обычно составляет 3,6 В.

Интерфейсы

Возможны три варианта :

1. Полное отсутствие интерфейсов в самых примитивных моделях.
2. Беспроводный интерфейс Bluetooth, позволяющий обмениваться файлами, например, с другим телефоном, настольным компьютером или ноутбуком.
3. Порт USB, позволяющий подключить телефон к ПК при помощи кабеля.

Привычный для пользователей смартфонов Wi-Fi в данном случае отсутствует.

Прочие элементы

Во всём остальном эти гаджеты практически не отличаются друг от друга.

В заключение

И, несмотря на засилье на мобильном рынке смартфонов, вымирать эта категория устройств до сих пор не собирается.

Она заняла нишу, обеспечивающую потребности тех, кому не требуется от аппарата ничего, кроме его основной функции – возможности разговаривать с собеседником.

И если раньше появлялись кнопочные модели, имевшие претензию на соперничество с сенсорными, то сегодня из их конструкции исчезло всё лишнее, оставив только необходимый минимум.

Это и позволило снизить цену аппарата до абсолютного минимума.

Общее устройство RF цепей мобильного телефона helpmymac wrote in April 9th, 2013

Занимаясь ремонтом сотовых телефонов вы просто обязаны знать устройство RF-цепей. Понимая устройство этой части телефона у вас не возникнет вопросов при решении проблем типа "Нет сигнала", "Слабый сигнал" и т.п. RF часть отвечает за радио-частотную составляющую мобильного телефона, то есть за прием и передачу данных.

Давайте посмотрим на блок-схему и разберемся как она работает.
В обычном положении (когда никто не звонит и не в данный момент не отправляется SMS) телефон работает на прием. Так называемая RX часть всегда активна и готова принять информацию, а Antenna Switch открыта в направлении RX.

Во время звонка или отправки SMS, Antenna Switch закрывается в направлении RX и переключается в сторону TX. Все данные обрабатываются в Baseband processor, то есть полученные данные идут прямиком на него. И перед отправкой данные тоже первоначально обрабатываются в Baseband processor.

Давайте рассмотрим все компоненты подробнее:
RF Reciver (радио частотный приемник)
RF Reciver называется RX, эта микросхема отвечает за прием сигнала. Неисправность этой микросхемы приведет к тому, что телефон не сможет получать любые данные.

RF Transmitter (радио частотный передатчик)
RF Transmitter называется TX, он отвечает за передачу данных с мобильного телефона. Неисправность этой части приведет к невозможности передачи данных с телефона.

Power Amplifier RFPA (Radio Frequency Power Amplifier)
RFPA это усилитель. Сигнал выйдя с TX попадает на RFPA и лишь потом попадает на антенну. В современных телефонах изготавливают два усилителя на разные диапазоны. Когда телефон никуда не звонит, то RFPA ничего не потребляет. Когда же мы решим позвонить, усилитель мощности начинает потреблять 1А. Потом базовая станция дает команду снизить мощность. При неисправности RFPA сигнал будет теряться или индикация сигнала будет скакать. Неисправная RFPA может потреблять ток более 2А.

Antenna. Плохой сигнал может быть следствием повреждения антенны.

Antenna switch. Работает как канал, который регулирует куда переправлять данные. Либо прием данных в RX, либо передача данных с TX. При неисправности, может находиться в закрытом положении и вследствие чего будет отсутствие сигнала.

RF часть обычно спрятана под металлическим экраном, в отличие от Baseband Processor. Это связано с тем, что она подвержена радио-частотным помехам и именно поэтому ее защищают от внешних воздействий.

В теоретической части мы не будем углубляться в историю создания сотовой связи, о её основателях, хронологию стандартов и т.д. Кому это интересно – материала предостаточно как в печатных изданиях, так и в сети интернет.

Рассмотрим, что же из себя представляет мобильный (сотовый) телефон.

На рисунке очень упрощённо показан принцип работы:

Рис.1 Принцип работы сотового телефона

Сотовый телефон – это приёмо-передатчик, работающий на одной из частот в диапазоне 850МГц, 900МГц, 1800МГц, 1900МГц. Причём приём и передача разнесены по частотам.

Система GSM состоит из 3-х основных компонентов, таких как:

Подсистема базовых станций (BSS – Base Station Subsystem);

Подсистема переключения/коммутации (NSS –NetworkSwitchingSubsystem);

Центр управления и обслуживания (OMC – Operation and Maintenance Centre);

В двух словах работает это так:

Сотовый (мобильный) телефон взаимодействует с сетью базовых станций (БС). Вышки БС обычно устанавливают либо на своих наземных мачтах, либо на крышах домов или других сооружений, или же на арендованных уже существующих вышках всяческих ретрансляторов радио/ТВ и т.п., а также на высотных трубах котелен и других промышленных сооружений.

Телефон после включения и всё остальное время мониторит (прослушивает, сканирует) эфир на наличие GSM-сигнала своей базовой станции. Сигнал своей сети телефон определяет по специальному идентификатору. Если таковой имеется (телефон находится в зоне покрытия сети), то телефон выбирает лучшую по уровню сигнала частоту и на этой частоте посылает БС запрос нарегистрацию в сети.

Процесс регистрации по сути является процессом аутентификации (авторизации). Его суть заключается в том, что каждая SIM-карта, вставленная в телефон, имеет свои уникальные идентификаторы IMSI (International Mobile Subscriber Identity) и Ki (Key for Identification). Эти самые IMSI и Ki заносятся в базу центра аутентификации (AuC) при поступлении изготовленных SIM-карт оператору связи. При регистрации телефона в сети идентификаторы передаются БС, а именно AuC. Дальше AuC (центр идентификации) передаёт телефону некоторое случайное число, которое является ключом для выполнения вычислений по специальному алгоритму. Это вычисление происходит одновременно в мобильном телефоне и AuC, после чего оба результата сравниваются. Если они совпадают, то SIM-карта признаётся подлинной и телефон регистрируется в сети.

Для телефона же идентификатором в сети является его уникальный номер IMEI (International Mobile Equipment Identity). Этот номер обычно состоит из 15 цифр в десятичном представлении. Например 35366300/758647/0. Первые восемь цифр описывают модель телефона и его происхождение. Оставшиеся – серийный номер телефона и контрольное число.

Данный номер хранится в энергонезависимой памяти телефона. В устаревших моделях этот номер можно сменить с помощью специального программного обеспечения (ПО) и соответствующего программатора (иногда и дата-кабеля), а в современных телефонах он дублируется. Один экземпляр номера хранится в области памяти, которую можно программировать, а дубликат – в зоне памяти OTP (One Time Programming), которая программируется производителем один раз и не имеет возможности перепрограммирования.

Так вот, если даже изменить номер в первой области памяти, то телефон, при включении, сравнивает данные обеих областей памяти, и, если обнаруживаются разные номера IMEI – телефон блокируется. Для чего всё это менять, спросите вы? На самом деле законодательство большинства стран запрещает это делать. Телефон по номеру IMEI отслеживается в сети. Соответственно при краже телефона его можно отследить и изъять. А если успеть изменить этот номер на любой другой (рабочий), то шансы найти телефон сводятся к нулю. Этими вопросами занимаются спецслужбы при соответствующей помощи оператора сети и т.д. Поэтому углубляться в эту тему не стану. Нас интересует чисто технический момент смены номера IMEI.

Дело в том, что при определённых обстоятельствах данный номер может повредиться в результате сбоя ПО или неправильного его обновления и тогда телефон абсолютно не пригоден для эксплуатации. Вот тут на помощь и приходят все средства, чтобы восстановить IMEI и работоспособность аппарата. Подробнее этот момент будет рассмотрен в разделе программного ремонта телефона.

Теперь кратенько о передаче голоса от абонента к абоненту в стандарте GSM. На самом деле это технически очень сложный процесс, который абсолютно отличается от привычной передачи голоса по аналоговым сетям как, например, домашний проводной/радио телефон. Чем-то отдалённо похожи цифровые DECT-радиотелефоны, но реализация всё равно другая.

Дело в том, что голос абонента, прежде чем будет передан в эфир, подвергается множеству преобразований. Аналоговый сигнал разбивается на отрезки длительностью 20мс, после чего преобразовывается в цифровой, после чего кодируется путём применения алгоритмов шифрования с т.н. открытым ключом – система EFR (Enhanced Full Rate - усовершенствованная система кодирования речи, разработанная финской компанией Nokia).

Все сигналы кодека обрабатываются очень полезным алгоритмом на основе принципа DTX(Discontinuous Transmission) –прерывистой передачи речи. Его полезность заключается в том, что он управляет передатчиком телефона, включая его только в том момент, когда начинается произношение речи и отключает в паузах между разговором. Всё это достигается с помощью включенного в кодек VAD (Voice Activated Detector) –детектор активности речи.

У принимаемого абонента все преобразования происходят в обратном порядке.

Миллионы людей во всем мире пользуются мобильными телефонами, поскольку благодаря мобильным телефонам стало намного легче общаться с людьми всего мира.

В наши дни мобильные телефоны представляют целый ряд функций, и с каждым днем их становиться все больше. В зависимости от модели мобильного телефона, можно делать следующее:

Сохранять важную информацию
Делать заметки или составлять список заданий
Записывать важные встречи и включать сигнал для напоминания
использовать для расчетов калькулятор
отсылать или получать почту
искать информацию (новости, высказывания, анекдоты и многое другое) в Интернете
играть в игры
смотреть телевизор
отправлять сообщения
пользоваться другими устройствами, например МР3 плеером, устройствами PDA и навигационной системой GPS.

Но разве Вас никогда не интересовало как работает мобильный телефон? И что отличает его от простого стационарного телефона? Что означают все эти термины PCS, GSM, CDMA и TDMA? В этой статье речь пойдет про новые возможности мобильных телефонов.

Начнем с того, что мобильный телефон, по сути, это радио – более усовершенствованного вида, но тем не менее радио. Сам телефон был создан Александром Грехемом Беллом в 1876 году, а беспроводная связь немного позже Николаем Теслой в 1880-е годы (впервые о беспроводной связи начал говорить итальянец Гуглиельмо Маркони в 1894 году). Было суждено, чтобы эти две грандиозные технологии объединились.

В давние времена, когда еще не было мобильных телефонов, люди для общения устанавливали в машины радио телефоны. Такая радиотелефонная система работала за счет одной главной антенны, установленной на башне в меже города, и поддерживала около 25 каналов. Для подключения к главной антенне телефон должен был иметь мощный передатчик – с радиусом около 70 км.

Но не многие могли пользоваться такими радио телефонами из-за ограниченного количества каналов.

Гениальность мобильной системы заключается в разделение города на несколько элементов(«сот»). Это способствует многократному использованию частоты по всему городу, поэтому миллионы людей могут пользоваться мобильными телефонами одновременно. «Сота» выбрана не случайно поскольку именно сотами(формой в виде шестиугольника) наиболее оптимально можно покрыть площадь.

Для того, чтобы лучше понять работу мобильного телефона, необходимо сравнить CB radio (т.е. обычное радио) и радиотелефон..

Полнодуплексное переносное устройство против полудуплексного – радиотелефон как и простое радио являются полудуплексными устройствами. Это значит, что два человека пользуются одной и той же частотой, поэтому они могут говорить только по очереди. Мобильный телефон – это полнодуплексное устройство, что означает, что человек пользуется двумя частотами: одна частота предназначена для того, чтобы слышать человека, находящегося на другой стороне, другая – для того, чтобы говорить. Поэтому по мобильным телефонам можно разговаривать одновременно.

Каналы - радиотелефон использует только один канал, в радио около 40 каналов. В простом мобильном телефоне может быть 1,664 канала и более.

В полудуплексных устройствах оба радиопередатчика используют одну и ту же частоту, поэтому говорить может только один человек. В полнодуплексных устройствах 2 передатчика используют разные частоты, поэтому люди могут говорить одновременно. Мобильные телефоны относятся к полнодуплексным устройствам.

В типовом аналоге мобильной системы в США, пользователь мобильного телефона использует около 800 частот для разговора по городу. Мобильный телефон разделяет город на несколько сот. Каждая сота имеет определенный размер и покрывает площадь в 26 км2. Соты похожи на шестигранники, заключенные в решетку.

Поскольку мобильные телефоны и станции используют маломощные передатчики, то несмежные соты могут использовать одинаковые частоты. Две соты могут использовать одинаковые частоты. Сотовая сеть - это мощные скоростные компьютеры, базовые станции (многочастотные УКВ приемопередатчики), распределенные по всей рабочей зоне сотовой сети, мобильные телефоны и пр. высокотехнологичное оборудование. О базовых станциях мы расскажем далее, а сейчас давайте рассмотрим «соты», которые составляют сотовую систему.

Одна сота в аналоговой сотовой системе использует 1/7 часть доступных двухсторонних каналов связи. Это значит, что каждая сота (из 7 сот в решетке) использует 1/7 часть доступных каналов, которые обладают своим набором частот и за счет этого не накладываются друг на друга:

Пользователь мобильного телефона обычно получает 832 радио частоты для разговора по городу.
Каждый мобильный телефон использует по 2 частоты на звонок – т.н. двухсторонний канал – поэтому на каждого пользователя мобильного телефона приходится 395 каналов связи (оставшиеся 42 частоты используются главным каналом – про него мы расскажем далее).

Таким образом, каждая сота имеет до 56 доступных каналов связи. Это значит, что одновременно разговаривать по мобильным телефонам смогут 56 человек. Аналогом сотовой сети считается первая мобильная технология 1G. С тех пор как начали использовать цифровую передачу информации (2G) число каналов значительно увеличилось.

В мобильных телефонах встроены маломощные передатчики, поэтому они работают на 2 уровнях сигнала: 0,6 ватт и 3 ватт (для сравнении приведем простое радио, которое работает на 4 ваттах). Базовые станции также используют маломощные передатчики, однако они имеют свои преимущества:

Передача сигнала базовой станции и мобильного телефона внутри каждой соты не позволяет далеко отходить от соты. Такими образом обе соты могут повторно использовать те же 56 частот. Те же частоты можно использовать и по всему городу.
Расход заряда мобильного телефона, который обычно работает от аккумулятора, значительно не высокий. Под маломощными передатчиками подразумевается маленькая батарейка, что и делает мобильные телефоны более компактными.

Сотовая сеть нуждается в ряде базовых станций, независимо от размеров города. В небольшом городе должно быть несколько сотен вышек. Всеми пользователями мобильных телефонов в любом городе управляет один главный офис, который называют Центром коммутации для мобильных телефонов. Этот центр контролирует все телефонные звонки и базовые станции в данной местности.

Коды мобильных телефонов

Электронный порядковый номер устройства (ESN) – уникальный 32-битный номер, запрограммированный в мобильный телефон производителем.
Мобильный идентификационный номер (MIN) – 10-значный код, выведенный из номера мобильного телефона.
Код идентификации системы (SID) – уникальный 5-значный код, который закреплен за каждой компанией Федеральной комиссии связи Последние два кода, MIN и SID, программируются в мобильный телефон, когда покупаешь карточку и включаешь телефон.

Каждый мобильный телефон имеет свой код. Коды нужны для распознания телефонов, владельцев мобильных телефонов и мобильных операторов. Например, у Вас есть мобильный телефон, Вы включаете его и пытаетесь позвонить. Вот что происходит в это время:

Когда Вы только включаете телефон, он ищет код идентификации на главном канале управления. Канал – это особая частота, которой пользуются мобильные телефоны и базовая станция для передачи сигналов. Если телефон не может найти канал управления, то он находится в зоне недосягаемости и на экране высвечивается сообщение "нет сети".
Когда телефон получает код идентификации, он сверяет его со своим кодом. При совпадении мобильному телефону разрешается подключение к сети.
Вместе с кодом, телефон запрашивает доступ в сеть и Центр коммутации для мобильных телефонов фиксирует положение телефона в базе данных, поэтому Центр коммутации знает каким телефоном Вы пользуетесь, когда хочет отослать вам сервисное сообщение.
Центр коммутации принимает звонки и может вычислить ваш номер. В любой момент он может просмотреть ваш номер телефона в своей базе данных.
Центр коммутации связывается с вашим мобильным телефоном, чтобы сообщить какую использовать частоту и после того, как мобильный телефон связывается с антенной, телефон получает доступ в сеть.

Сотовый телефон и базовая станция поддерживают постоянный радиоконтакт. Сотовый телефон периодически переключается с одной базовой станции на другую, от которой исходит более мощный сигнал. Если сотовый телефон выходит при движении из поля базовой станции, то он налаживает связь с другой, ближайшей базовой станцией, даже во время разговора. Две базовые станции «связываются» через Центр коммутации, который передает сигнал вашему мобильному телефону изменить частоту.

Бывают случаи, когда при движении сигнал переходит от одной соты на другую, принадлежащую другому мобильному оператору. В этом случаи сигнал не исчезает, а передается другому мобильному оператору.

Большинство современных сотовых телефонов могут работать в нескольких стандартах, что позволяет пользоваться услугами роуминга (англ. roaming - бродяжничество) в разных сотовых сетях. Центр коммутации, сотами которого вы теперь пользуетесь, соединяется с вашим центром коммутации и запрашивает подтверждение кода. Ваша система передает все данные про ваш телефон другой системе и Центр коммутации подключает вас к сотам нового мобильного оператора. И самое удивительное, что все это делается в течении нескольких секунд.

Самое неприятное во всем этом то, что за звонки по роумингу вы можете заплатить кругленькую сумму. На большинстве телефонах, когда вы только пересекаете границу, высвечивается услуга роуминга. В ином случае, вам лучше проверить карту покрытия мобильной связи, чтобы не пришлось впоследствии оплачивать «завышенные» тарифы. Поэтому проверьте сразу стоимости этой услуги.

Обратите внимание на то, что телефон должен работать не нескольких полосах, если вы хотите пользоваться услугой роуминга, Потому что разные страны используют различные полосы.

В 1983 был разработан первый аналоговый стандарт мобильной связи - AMPS (усовершенствованная подвижная телефонная служба). Этот аналоговый стандарт мобильной связи работает в диапазоне частот от 825 до 890 МГц. Для того, чтобы поддерживать конкуренцию и удерживать цены на рынке, федеральное правительство США требовало, чтобы на рынке было не менее двух компаний, занимающихся одной деятельностью. Одной из таких компаний в США была местная телефонная компания (LEC).

Каждая компания имела свои 832 частоты: 790 - для разговоров и 42 - для данных. Для создания одного канала использовались сразу две частоты. Диапазон частот для аналогового канала обычно составлял 30 КГц. Диапазон передачи и получения голосового канала разделен 45 МГц, для того, чтобы один канал не накладывался на другой.

Версия стандарта AMPS под названием NAMPS (узкополосная усовершенствованная система связи) использует новые цифровые технологии для того, чтобы система могла в три раза повысить свои возможности. Но даже несмотря на то, что она использует новые цифровые технологии, эта версия и далее остается всего аналогом. Аналоговые стандарты AMPS и NAMPS работают только на 800 МГц и не могут пока предложить большого разнообразия функций, как например, подключение к Интернету и работу с почтой.

Цифровые мобильные телефоны относятся ко второму поколению (2G) мобильных технологий. Они пользуются теми же радио технологиями, что и аналоговые телефоны, правда, немного иначе. Аналоговые системы не используют полностью сигнал между телефоном и мобильной сетью - аналоговые сигналы невозможно подавить или манипулировать ими также легко, как это можно делать с цифровыми сигналами. Это одна из причин, почему многие кабельные компании переходят на цифровую связь – таким образом, они могут использовать больше каналов в данном диапазоне. Просто удивительно насколько эффективной может быть цифровая система.

Многие цифровые мобильные системы используют частотную модуляцию (ЧМн) для передачи и получения данных через аналоговый портал AMPS. Частотная модуляция использует 2 частоты, одну для логической единицы, вторую для логического ноля, выбирая между двумя, при передаче цифровой информации между башней и мобильным телефоном. Для того, чтобы переделывать аналоговую информацию в цифровую и обратно необходима модуляция и схема кодирования. Это говорит о том, что цифровые мобильные телефоны должны уметь быстро обрабатывать данные.

По «сложности на кубический дюйм» мобильные телефоны являются одними из самых сложных современных устройств. Цифровые мобильные телефона могут производить миллионы вычислений в секунду для того, чтобы кодировать или раскодировать голосовой поток.

Любой обычный телефон состоит из нескольких деталей:

Микросхема (плата), которая является мозгом для телефона
Антенна
Жидкокристаллический дисплей (LCD)
Клавиатура
Микрофон
Динамик
Аккумулятор

Микросхема является центром всей системы. Далее мы рассмотрим какие бываю чипы и как работает каждый из них. Чип преобразования аналоговой информации в цифровую и обратно кодирует исходящий аудиосигнал с аналоговой системы в цифровую и входящий сигнал с цифровой системы в аналоговую.

Микропроцессор – это центральное процессорное устройство, отвечающее за выполнение основной доли работ по обработке информации. Он управляет клавиатурой и дисплеем, и многими другими процессами.

Чипы ROM и чип карты памяти позволяют хранить данные операционной системы мобильного телефона и другие данные пользователя, например, данные телефонной книги. Радиочастота управляет электропитанием и зарядом, а также работает с сотнями волн FM. Высокочастотный усилитель управляет сигналами, которые поступают на антенну или отражаются ею. Размер экрана значительно увеличился с тех пор, как в мобильном телефоне стало больше функций. Во многих телефонах есть записные книжки, калькуляторы и игры. А теперь еще многие телефоны подсоединяются к PDA или Web browser.

Некоторые телефоны сберегают определенную информацию, например, коды SID и MIN, в встроенной флэш-памяти, в других же используют внешние карты вроде карт SmartMedia.

Во многих телефонах установлены настолько крошечные динамики и микрофоны, что трудно представить, как они вообще издают звук. Как видно, динамики такого же размера, что и маленькая монетка, а микрофон – не больше батарейки для часов. Кстати, такие батарейки для наручных часов используют во внутреннем чипе мобильного телефона для работы часов.

Самое удивительное это то, что 30 лет назад многие такие детали занимали целый этаж здания, а теперь все это помещается на ладони человека.

Существует три самые распространенные способа использования радиочастот мобильными телефонами сети 2G для передачи информации:

FDMA (англ. Frequency Division Multiple Access - множественный доступ с разделением каналов по частоте) TDMA (англ. Time Division Multiple Access - множественный доступ с разделением по времени) CDMA (англ. Code Division Multiple Access) - множественный доступ с кодовым разделением.

Хотя названия этих способов кажутся такими запутанными, можно легко догадаться о том, как они работают, просто разбив название на отдельные слова.

Первое слово, frequency, time, code, указывает на метод доступа. Второе слово, division, “разделение”, говорит о том, что он разделяет звонки, основанные на методе доступа.

FDMA размещает каждый телефонный звонок на отдельной частоте TDMA выделяет каждому звонку определенное время на указанной ему частоте CDMA присваивает уникальный код каждому звонку и дальше передает его на свободную частоту.

Последнее слово каждого способа multiple – «множественный» говорит о том, что каждой сотой могут пользоваться несколько человек.

FDMA

FDMA (множественный доступ с разделением каналов по частоте) - способ использования радиочастот, когда в одном частотном диапазоне находится только один абонент, разные абоненты используют разные частоты в пределах соты. Является применением частотного мультиплексирования (FDM) в радиосвязи. Для того, чтобы лучше понять работу FDMA, нужно рассмотреть как работают радиостанции. Каждая радиостанция посылает свой сигнал на свободные полосы частот. Способ FDMA используется преимущественно для передачи аналоговых сигналов. И хотя этот способ несомненно может передавать и цифровую информацию, его не используют, так как он считается менее эффективным.

TDMA

TDMA (множественный доступ с разделением по времени) - способ использования радиочастот, когда в одном частотном интервале находится несколько абонентов, разные абоненты используют разные временные слоты (интервалы) для передачи. Является приложением мультиплексирования канала с разделением по времени (TDM - Time Division Multiplexing) к радиосвязи. При использовании TDMA, узкая полоса частоты (ширина 30 КГц и длина 6,7 миллисекунды) разбивается на три временные слоты.

Под узкой полосой частоты, обычно, понимают «каналы». Голосовые данные, превращенные в цифровую информацию, сжимаются, за счет чего они занимают меньше места. Поэтому, TDMA работает в три раза быстрее аналоговой системы, используя одинаковое количество каналов. Системы TDMA работают на диапазоне частоты 800 МГц (IS-54) или 1900 МГц (IS-136).

GSM

TDMA в настоящее время является доминирующей технологией для мобильных сотовых сетей и используется в стандарте GSM (Global System for Mobile Communications) (русск. СПС-900) - глобальный цифровой стандарт для мобильной сотовой связи, с разделением канала по принципу TDMA и высокой степенью безопасности благодаря шифрованию с открытым ключом. Однако, GSM иначе использует доступ TDMA и IS-136. Представим, что GSM и IS-136 это разные операционные системы, которые работают на одном процессоре, например, обе операционные системы Windows и Linux работают на базе Intel Pentium III. Системы GSM используют метод кодирования для засекречивания телефонных звонков с мобильных телефонов. Сеть GSM в Европе и Азии работает на частоте 900 МГц и 1800 МГц, а в США на частоте 850 МГц и 1900 МГц и используется в мобильной связи.

Блокирование вашего GSM телефона

GSM является международным стандартом в Европе, Австралии, большей части стран Азии и Африки. Пользователи мобильных телефонов могут купить один телефон, который будет работать везде, где поддерживается этот стандарт. Для того, чтобы подключиться к определенному мобильному оператору в разных странах, пользователи GSM просто меняют SIM карту. SIM карты сохраняют всю информацию и номера идентификации, которые необходимы для подключения к мобильному оператору.

К сожалению, частоты 850МГц/1900-МГц GSM, используемые в США, не совпадают с частотами международной системы. Поэтому, если вы живете в США, но за границей вам очень нужен мобильный телефон, вы можете купить трех- или четырехполосной телефон GSM и пользоваться им на родине и за ее пределами или просто купить мобильный телефон со стандартом GSM 900МГц/1800МГц для поездки за границу.

CDMA

CDMA (множественный доступ с кодовым разделением). Каналы трафика при таком способе разделения среды создаются присвоением каждому пользователю отдельного числового кода, который распространяется по всей ширине полосы. Нет временного разделения, все абоненты постоянно используют всю ширину канала. Полоса частот одного канала очень широка, вещание абонентов накладываeтся друг на друга но, поскольку их коды отличаются, они могут быть дифференцированы. CDMA является основой для IS-95 и работает на полосах частот 800 МГц и 1900 МГц.

Двухполосной и двухстандартный мобильный телефон

Когда вы едете путешествовать вам несомненно хочется найти такой телефон, который будет работать на нескольких полосах, в нескольких стандартах или будет совмещать и то и другое. Давайте более подробно рассмотрим каждую из этих возможностей:

Многополосной телефон может переключаться с одной частоты на другую. Например, двухполосный телефон TDMA может пользоваться службами TDMA в системе 800 МГц или 1900 МГц. Двухполосной телефон GSM может пользоваться службой GSM в трех полосах – 850 МГЦ, 900 МГц, 1800 МГц или 1900 МГц.
Многостандартный телефон. «Стандарт» в мобильных телефонах означает вид передачи сигнала. Поэтому телефон со стандартами AMPS и TDMA при необходимости может переключаться с одного стандарта на другой. Например, стандарт AMPS позволяет вам пользоваться аналоговой сетью в тех районах, в которых не поддерживается цифровая сеть.
Многополосной/ многостандартный телефон позволяет вам менять полосу частоты и стандарт передачи.

Телефоны, которые поддерживают данную функцию, автоматически меняют полосы или стандарты. Например, если телефон поддерживает две полосы, то он подключается к сети 800 МГЦ, если не может подключиться к полосе 1900 МГЦ. Когда в телефоне несколько стандартов, он вначале использует цифровой стандарт, а в случае его отсутствия переключается на аналоговый.

Мобильные телефона бывают двух- и трехполосные. Однако слово «трехполосной» может быть обманчивым. Оно может означать, что телефон поддерживает стандарты CDMA и TDMA, и аналоговый стандарт. И в то же время, оно может обозначать, что телефон поддерживает один цифровой стандарт в двух полосах и аналоговый стандарт. Для тех, кто отправляется в путешествие за границу, лучше приобрести телефон, который работает на полосе GSM 900 МГц для Европы и Азии и 1900 МГц для США, и помимо этого поддерживает аналоговый стандарт. В сущности, это двухполосный телефон, у которого один из этих режимов (GSM) поддерживает 2 полосы.

Сотовая связь и служба персональной связи

Служба персональной связи (PCS) – это по сути служба мобильных телефонов, которая делает акцент на персональную связь и мобильность. Основная особенность PCS состоит в том, что телефонный номер пользователя становится его персональным коммуникационным номером (Personal Communication Number - PCN), который "привязан" к самому пользователю, а не к его телефону или радиомодему. Путешествующий по миру пользователь с помощью PCS может свободно принимать телефонные звонки и электронную почту по своему PCN.

Сотовая связь изначально была создана для использования в автомобилях, в то время как персональная связь подразумевала большие возможности. По сравнению с традиционной сотовой связью служба PCS имеет ряд преимуществ. Во-первых, она полностью цифровая, что обеспечивает более высокую скорость передачи данных и облегчает применение технологий сжатия данных. Во-вторых, частотный диапазон, используемый для PCS (1850-2200 МГц), позволяет снизить стоимость коммуникационной инфраструктуры. (Поскольку габаритные размеры антенн базовых станций PCS меньше габаритных размеров антенн базовых станций сотовых сетей, то производство и установка их обходятся дешевле).

Теоретически, мобильная система в США работает на двух полосах частот – 824 и 894 МГц; PCS работает на частоте 1850 и 1990 МГц. И поскольку эта служба основывается на стандарте TDMA, то PCS имеет 8 временных слотов и интервал между каналами составляет 200 КГц, в отличие от обычных трех временных слотах и 30 КГц между каналами.

3G – это самая новейшая технология в области мобильной связи. 3G означает, что телефон принадлежит третьему поколению – первое поколение – аналоговые мобильные телефоны, второе – цифровые. Технология 3G используется в мультимедийных мобильных телефонах, которые обычно называют смартфонами. Такие телефоны имеют несколько диапазонов и высокоскоростную передачу данных.

3G использует несколько мобильных стандартов. Наиболее распространенными являются три из них:

CDMA2000 - является дальнейшим развитием стандарта 2 поколения CDMA One.
WCDMA (англ. Wideband Code Division Multiple Access - широкополосный CDMA) - технология радиоинтерфейса, избранная большинством операторов сотовой связи для обеспечения широкополосного радиодоступа с целью поддержки услуг 3G.
TD-SCDMA (англ. Time Division - Synchronous Code Division Multiple Access) - китайский стандарт мобильных сетей третьего поколения.

Сеть 3G может передавать данные со скоростью до 3 Мб/с (поэтому для того, чтобы закачать МP3 песню длительностью 3 минуты необходимо всего около 15 секунд). Для сравнения приведем мобильные телефоны второго поколения – самый быстрый 2G телефон может достигать скорости передачи данных до 144 Кб/с (для закачивания 3-х минутной песни нужно около 8 часов). Высокоскоростная передача данных 3G просто идеальна для скачивания информации с Интернета, отправки и получения больших мультимедийных файлов. Телефоны 3G – это своего рода мини-ноутбуки, которые могут работать с крупными приложениями, например, получение поточного видео с Интернета, отправка и получение факсов и загрузка e-mail сообщений с приложениями.

Конечно, для этого нужны базовые станции, которые передают радио сигналы от телефона к телефону.

Базовые станции мобильных телефонов – это литые металлические или решетчатые конструкции, возвышающиеся на сотни футов вверх. На этом рисунке показана современная вышка, которая «обслуживает» 3 разных мобильных оператора. Если взглянуть на основание базовых станций, то можно увидеть, что каждый мобильный оператор установил свое оборудование, которое в наше время занимает очень мало места (у основания более старых башен для такого оборудования строили небольшие помещения).

Базовая станция. фотография с сайта http://www.prattfamily.demon.co.uk

Внутри такого блока помещается радио передатчик и приемник, благодаря которым башня связывается с мобильными телефонами. Радиоприемники соединены с антенной на башне несколькими толстыми кабелями. Если внимательно присмотреться, то можно заметить, что сама башня, все кабели и оборудование компаний у основания базовые станции хорошо заземлены. Например, пластина с прикрепленными к ней зелеными проводами – это медная пластина заземления.

В мобильном телефоне, как и в любом другом электронном приборе, могут возникнуть неполадки:

Чаще всего, к ним относится коррозия деталей, вызванная попаданием влаги в устройство. Если в телефон попала влага, то перед включением нужно убедиться, что телефон полностью высушен.
Слишком высокая температура (например, в автомобиле) может повредить аккумулятор или электронную плату телефона. В результате слишком низкой температуры может выключиться экран.
Аналоговые мобильные телефоны часто сталкиваются с проблемой «клонирования». Телефон считается «клонированным», когда кто-либо перехватывает его номер идентификации и может бесплатно звонить на другие номера.

Вот как происходит «клонирование»: перед тем, как кому-нибудь звонить, ваш телефон передает свои коды ESN и MIN в сеть. Эти коды уникальны и именно благодаря им компания знает, кому отсылать счет за разговоры. Когда ваш телефон передает коды MIN/ESN, кто-то может услышать (при помощи специального прибора) и перехватить их. Если эти коды использовать в другом мобильном телефоне, то с него можно буде звонить совершенно бесплатно, поскольку счет будет оплачивать владелец этих кодов.