Звонок телефона раздается, как только вы садитесь обедать? Позор Алексу Беллу! Ведь это именно он, Александр Грейам Белл, запатентовал в 1876 году телефон, обогнав при этом многих изобретателей. Основной принцип действия телефона так и не изменился: все изобретатели сходились на том, что звук можно преобразовать в электрические сигналы, отправить их по проводам и превратить обратно в звук в другом телефоне в другом городе (или даже на другом континенте). Телефон - очень удачное название для этого устройства, оно происходит от двух греческих слов, означающих «далекий звук».

Как работает телефон? Телефон подключен к специальной сетевой электрической розетке. Электрический ток с особыми характеристиками идет из телефонной компании по проводам на столбах или под землей до самого вашего дома.

Когда вы снимаете трубку, чтобы позвонить бабушке, в проводах возникает электрический ток. Специальное устройство на телефонной станции, зарегистрировав этот ток, посылает обратно тональный сигнал готовности, давая знать, что станция готова к обработке вашего звонка.

Например, номер вашей бабушки 555-24-68. Вы набираете 5. Если у вас старый импульсный набор, когда нужно поворачивать диск телефона пальцем и отпускать его, то вы услышите пять щелчков, прерывающих электрический ток, а на телефонной станции специальная машина подсчитает щелчки. Если у вас тоновый набор, то номеронабиратель пошлет на станцию сигнал, для каждой цифры свой, и поэтому коммутационное оборудование отличит 5 от 2.

Когда вы наберете весь номер, коммутирующее устройство проверит, не говорит ли ваша бабушка в данный момент по телефону. Если она уже разговаривает, то устройство подаст вам сигнал «занято», если нет, то коммутатор заставит ее телефон зазвонить. Когда ваша бабушка снимет трубку, в ее телефон поступит ток, а коммутатор получит сигнал о том, что необходимо перестать звонить. И вот вы вдвоем на связи.

В нижней части любой телефонной трубки находится чаша, наполненная угольным порошком.

Когда ваша бабушка поднимает трубку, электрический ток поступает в порошок. С этим углем соприкасается тонкий металлический диск. Когда бабушка говорит, звуковые волны заставляют диск вибрировать. Вибрирующий диск сжимает крошечные частички угля, изменяя таким образом течение электрического тока через него. Голос вашей бабушки состоит из отдельных звуков, которые вызывают единственные в своем роде изменения в электрическом токе. В результате звуковые волны превращаются в электрические волны. Электрические волны, несущие эти звуки, идут по проводам до телефонной станции. Здесь этот ток перенаправляется на провода, ведущие к вашему дому, - все это в считанные доли секунды - и поступает в катушечный электромагнит в вашей телефонной трубке. Изменения в электрическом токе заставляют электромагнит излучать колеблющееся магнитное поле, которое непрерывно притягивает и отталкивает металлический диск, прикрепленный к крошечному постоянному электромагниту внутри раковины телефонной трубки. Движущийся металлический диск создает звуковые волны, несущие голос бабушки прямо вам в ухо. И вот вы слышите родной голос: «Привет, малыш!»

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.

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.

Введение

Мобильные радиотелефоны (MPT) очень быстро внедряются в нашу повседневную жизнь. Миллионы людей ежедневно пользуются МРТ, которые становятся непременным атрибутом современного человека. Все чаще среди разговаривающих по мобильному телефону можно встретить не только деловых людей, но и домохозяек, детей. И все чаще у медиков, ученых, а в последнее время и у самих пользователей МРТ возникает вопрос: а безопасны ли мобильные телефоны? Проблема биологической безопасности сотовых телефонов в нашей стране весьма актуальна. Это связано с тем, что включенный телефон является источником СВЧ (сверхвысокочастотное ) облучения, даже в режиме ожидания. Следует заметить, что человек практически всю свою историю прожил в условиях природного фона радиоизлучения -- это слабое космическое излучение и довольно заметное импульсное излучение за счет молний. И организм человека приспособлен к природному фону. С момента открытия радио прошло уже больше 100 лет, и по мощности радиоизлучения Земля стала во много раз ярче Солнца, но основная доля этой мощности пока приходится на сравнительно низкие частоты, к которым человек адаптирован. Поэтому пока не заметны особенно вредные массовые последствия работы мощных радиостанций и мощных телецентров, хотя их мощность составляет десятки и даже сотни киловатт. Гораздо более вредным является высокочастотное излучение сантиметрового диапазона. Мобильная связь находится пока в самом начале этого диапазона, но постепенно продвигается все дальше (GSM 1800, 1900). Знают ли многие о правилах пользования мобильными телефонами? Какие телефоны необходимо приобретать?

Остановить прогресс невозможно. Мобильная телефонная связь очень полезна, удобна, в ряде случаев просто необходима, но при ее неразумном использовании может оказаться небезопасной. Каждый пользователь мобильного телефона уже сейчас должен знать результаты имеющихся на настоящий момент исследований, чтобы принять меры предосторожности и обезопасить себя от возможных неблагоприятных последствий использования современных достижений радиотелефонии.

Устройство сотового телефона

Мобильный телефон -- переносное средство связи, предназначенное преимущественно для голосового общения. В настоящее время сотовая связь самая распространенная из всех видов мобильной связи, поэтому часто мобильным телефоном называют сотовый телефон, хотя мобильными телефонами помимо сотовых являются также спутниковые телефоны, радиотелефоны и аппараты магистральной связи.

Сотовый телефон -- вид мобильного телефона (за исключением стационарного сотового телефона) предназначенный для работы в сетях сотовой связи; использует радиоприёмопередатчик и традиционную телефонную коммутацию для осуществления телефонной связи на территории зоны покрытия сотовой сети.

В настоящее время сотовая связь -- самая распространённая из всех видов мобильной связи, поэтому обычно мобильным телефоном называют сотовый телефон, хотя мобильными телефонами помимо сотовых являются также спутниковые телефоны, радиотелефоны и аппараты магистральной связи.

Трубка -- сложное высокотехнологичное (технология?13 мкм) электронное устройство, включающее в себя: приемопередатчик 2-4 ультракоротковолновых (УКВ) диапазонов, специализированный контроллер, дисплей, устройства интерфейса, аккумулятор. Большинство трубок имеет свой уникальный номер IMEI (en:International Mobile Equipment Identify -- международный идентификатор мобильного устройства). IMEI присваивается при производстве сотового телефона и состоит из 15 цифр. Номер расположен на телефоне под аккумулятором и на коробке от телефона под штрих-кодом. В большинстве телефонов его также можно узнать, набрав на клавиатуре код *#06#

Некоторые стандарты мобильной связи используют для идентификации абонента SIM-карту. Она представляет собой флэш-чип (смарт-карту, по-русски -- микросхему-компьютер) с программным управлением, содержит уникальный идентификационный номер IMSI (en:International Mobile Subscriber Identification -- международный идентификационный номер подвижного абонента) и индивидуальный цифровой пароль. Напряжение питания SIM-карты: 3,3 В (постоянный ток).

Последние несколько лет характеризуются интенсивным развитием системы сотовой телефонной радиосвязи. Как следствие, широкое распространение получили новые функциональные источники электромагнитного поля радиочастотного диапазона (ЭМП) - базовые станции (БС) и мобильные (переносные и ручные) радиотелефоны (РТ), способные генерировать ЭМП гигиенически значимые уровни. Всё вышесказанное делает проблему санитарно-гигиенического надзора за объектами системы сотовой радиосвязи особенно актуальной и социально важной.

Работа этой системы основана на принципе деления некоторой территории на зоны (т. н. соты) радиусом обычно 0,5-2 километра (в условиях городской застройки), в центре или в узлах которых расположены БС, которые обслуживают РТ, находящиеся в зоне их действия (рис. 1). Эффективное использование выделяемого для функционирования системы частотного спектра - многократное использование одних и тех же частот, применение различных методов доступа - делает возможным обеспечение телефонной связью значительного числа пользователей в рамках одной сети.

Рис 1.

В Российской Федерации действуют следующие стандарты системы сотовой радиосвязи:

· Аналоговый NMT-450 -рабочий частотный диапазон БС: 463-467,5 МГц; -рабочий частотный диапазон РТ: 453-457,5 МГц.

· Цифровой D-AMPS (IS-136), практически вытеснивший аналоговый стандарт AMPS - рабочий частотный диапазон БС: 869-894 МГц; - рабочий частотный диапазон РТ: 824-849 МГц.

· Цифровой CDMA - рабочий частотный диапазон БС: 869-894 МГц; - рабочий частотный диапазон РТ: 824-849 МГц.

· Цифровой GSM-900 - рабочий частотный диапазон БС: 925-965 МГц; - рабочий частотный диапазон РТ: 890-915 МГц.

· Цифровой DCS (GSM-1800) - рабочий частотный диапазон БС: 1805-1880 МГц;- рабочий частотный диапазон РТ: 1710-1785 МГц.

Все вышеупомянутые стандарты используют ту или иную разновидность угловой (фазовой или частотной) модуляции.

Базовые станции системы сотовой радиосвязи

БС являются приемо-передающими радиотехническими объектами, излучающими электромагнитную энергию в УВЧ диапазоне (300-3000 МГц). Кроме того, каждая БС дополнительно оснащена комплектом приемо-передающего оборудования радиорелейной связи, работающим в диапазоне 3-40 ГГц, отвечающим за интеграцию данной БС в сеть в целом.

Мощность передатчиков БС обычно не превышает 5-10 Вт на несущую.

В основном применяются два типа передающих (приемо-передающих) антенн БС:

· слабонаправленные с круговой диаграммой направленности (ДН) в горизонтальной плоскости - тип "Omni" (рис. 2);

Рис2. Диаграмма направленности антенны типа "Omni"

Направленные (секторные) с углом раствора (шириной) основного лепестка ДН в горизонтальной плоскости обычно 60 или 120 градусов (рис. 3,

Рис. 3.

Рис. 4.

Значение коэффициента усиления по мощности антенн БС относительно изотропного излучателя обычно находится в пределах 8-18 дБ.

Антенны БС устанавливаются на высоте 15-100 метров от поверхности земли на уже существующих постройках: общественных, служебных, производственных и жилых зданиях, дымовых трубах промышленных предприятий и т. д., или на специально сооруженных мачтах (рис. 5).

Рис. 5.

В соответствии с п. 6.5 Санитарных правил и норм СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 "Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ)" установка антенн передающих радиотехнических объектов (ПРТО) на крышах домов разрешается при условии, что интенсивность ЭМП в доступных для населения местах не превышает установленных предельно допустимых значений.

К особенностям БС как объектов санитарно-эпидемиологического контроля можно отнести следующее:

· БС являются видом ПРТО, мощность излучения которых (загрузка) непостоянна во времени и зависит от количества абонентов, обслуживаемых БС в данный момент. Количество абонентов в свою очередь связано с местоположением БС, временем суток и днем недели. Типичный график загрузки БС показан на рис. 6.

Рис. 6.

· Благодаря относительно большой высоте размещения и характеристикам ДН передающих антенн в подавляющем большинстве случаев у данного вида ПРТО отсутствует санитарно-защитная зона, т. е. интенсивность ЭМП, создаваемого БС, на селитебной территории на "уровне земли" не превышает предельно допустимых значений.

· Гигиенически значимые уровни ЭМП могут наблюдаться только в непосредственной близости, на расстоянии до 3-5 метров от передающих антенн БС и от антенн радиорелейной связи. Из-за многолучевого распространения ЭМП (переотражения) существует гипотетическая возможность обнаружения таковых в помещениях и на балконах последних этажей зданий, на которых расположены антенны БС, и в помещениях последних этажей зданий первой линии застройки в радиусе 200-300 метров вокруг БС.

· Приемопередающие оборудование БС (кроме антенн) не является источником, потенциально опасным с точки биоэлектромагнитной совместимости.

Антенны РТ имеют ДН типа "Omni", форма которой в значительной мере может искажаться при приближении РТ к телу человека.

Особенностями РТ с точки зрения санитарно-эпидемиологического надзора являются:

· Максимальное приближение достаточно мощного источника ЭМП к жизненно важным органам человека, прежде всего к головному мозгу.

· При оценке интенсивности ЭМП, создаваемого РТ, необходимо рассматривать единую систему "РТ пользователь ", так как присутствие последнего существенно меняет картину распределения и поглощения поля.

· Выходная мощность РТ и, следовательно, условия воздействия ЭМП, зависят от качества связи с БС.

· РТ цифровых стандартов являются источниками импульсно модулированного ЭМП УВЧ диапазона и магнитного поля СНЧ диапазона (30 300 Гц).

Ограничения использования сотовых телефонов

· В местах с повышенной опасностью взрыва (там, где например, рекомендуется выключать двигатель автомобиля)

· В транспорте

С 2000 года в большинстве стран запрещено даже включать телефон на борту самолета. Сейчас на некоторых рейсах разрешено разговаривать по мобильному телефону. Японцы предпочитают не разговаривать по мобильному в общественном транспорте из вежливости.

· В медицинских учреждениях это связано с влиянием на медицинскую аппаратуру, в частности, искусственного жизнеобеспечения.

· При вождении -- в России, на Украине и в Республике Беларусь -- водителю запрещено пользоваться средством связи, удерживая его в руке (то есть разрешено при использовании гарнитуры hands-free)

· В учебных заведениях

· В государственных и др. учреждениях

· В храмах

· В театрах

Здоровье и мобильный телефон

Шведские ученые («Lund University"), экспериментируя на крысах, показали, что постоянное воздействие электромагнитных полей, создаваемых мобильными телефонами во время разговора, приводит к изменению структуры и функции отделов головного мозга. Кроме того, микроскопическое исследование тканей головного мозга крыс выявило в них клеточные изменения, аналогичные тем, что наблюдаются при болезни Альцгеймера.

Ношение мобильного телефона в кармане может привести к снижению на треть мужской способности к воспроизведению потомства. Особенно опасно носить включенный мобильный телефон недалеко от паха - в кармане брюк или на ремне. Автор исследования Имре Фейес из Университета Сегеда обследовал 221 добровольца на протяжении 13 месяцев. Оказалось, что число сперматозоидов в сперме тех, кто пользовался телефоном, было в среднем на 30 процентов ниже. Кроме того, отмечался и больший процент поврежденных сперматозоидов, что еще более повышало риск бесплодия.

Споры о вреде или безвредности мобильных ведутся постоянно. Сторонники вреда часто высказывают версию о том, что финансовый интерес производителей телефонов является причиной сокрытия или «приукрашивания» результатов исследований на эту тему.

Мобильный телефон является многофункциональным устройством, главная задача которого – обеспечение сотовой связи. На современном этапе производители оснастили его большим количеством функций, что приближает изделия данного типа к смартфонам. В результате сотовый телефон сегодня обеспечивает пользователя необходимыми инструментами, без которых многие уже не могут обойтись. Среди них видеокамеры, плееры, редакторы и серфинг в Интернете.

Соответственно, такой маленький портативный помощник, «под капотом» которого собраны различные возможности – незаменимое устройство в любом путешествии. С его помощью можно:

Выйти на связь
Отправить электронную почту.
Записать видео и аудио.
Решить вопросы с помощью органайзера.
Сделать фото и т.п.

Но даже устройства в защищенном исполнении, могут выходить из строя. В таком случае для приобретения пришедших в негодность компонентов потребуется посетить интернет магазин запчастей для сотовых телефонов . Чтобы лучше понимать, какие запчасти потребуются для ремонта туристического телефона во время путешествия, рассмотрим его аппаратный функционал подробнее.

Основные детали телефона

Важнейшей деталью любого дэвайса является его материнская плата. Сегодня она выглядит как небольшая пластина, часто расположенная по всей внутренней длине и ширине изделия с учетом наличия аккумулятора и дисплея. Большинство других компонентов крепится непосредственно к ней, а интерфейсы и прочие детали и модули имеют с платой непосредственное соединение. Это основа телефона.

На втором месте после «материнки» по важности идет микропроцессор. Это «двигатель» устройства, его основная вычислительная мощность, с которой связана оперативная память. Оперативная (системная) память отвечает за одновременное использование (активацию) различных предустановленных программных возможностей.

Не менее важный компонент – встроенная память (ПЗУ). Если в устройстве нет ПЗУ, то оно не имеет возможности обрабатывать информацию, выводить ее на дисплей и т.п. – потому что данных просто нет. Все программные компоненты сосредоточены на постоянной памяти. Данный модуль может иметь расширение в виде слота для карт памяти, который обычно принимает накопители в несколько раз больше, чем емкость ПЗУ.

Прочие компоненты смартфона

Модуль сотовой связи. Отвечает за соединение через вышки сотовых операторов.
Вибромотор. Передает сигнал пользователю посредством вибрации смартфона.
Аудиомодуль. Обычно представлен внешним и внутренним динамиками.
Дисплей. Позволяет получать визуальную информацию и легко ориентироваться в программной составляющей.
Внешние защитные элементы (заглушки, пленки, прокладки, закаленные стекла и т.п.).
Компоненты камер. Это датчики, вспышки и т.п.
Микрофон. Отвечает за передачу аудио в телефон.
Клавиатура. Механическая часть управления функционалом.
Вспомогательные модули – акселерометр, гигрометр и т.п.
Беспроводные модули. Позволяют синхронизироваться с другими устройствами «по воздуху».
Модули ГНСС.
АКБ.
Коаксильные кабели, всевозможные шлейфы и т.п.

Помимо этого существуют дополнительные детали для телефонов с расширенным функционалом. Например, для ремонта понадобится соответствующий радиомодуль и разъем для внешней антенны. Так же есть большое количество мелких, но не менее значимых компонентов – внешних коннекторов, болтов для защитных корпусов и т.п.

Как становится понятно, современный сотовый телефон – сложное электронное и электротехническое устройство, совмещающее в себе мощный функционал и имеющее огромный потенциал для дальнейшего развития. Поэтому умение ориентироваться в его устройстве хотя бы поверхностно пригодится любому путешественнику. Это позволит быстро сориентироваться и приобрести нужную деталь, тем более что опытные туристы могут заменять многие компоненты самостоятельно.