Telefon bardzo się zmienił od czasu jego wynalezienia. Dziś nie jest to nawet urządzenie, które po prostu przekazuje głos jednej osoby drugiej na duże odległości. We współczesnym świecie jest to złożone narzędzie techniczne ze sztuczną inteligencją, które potrafi nie tylko wykonywać połączenia i wysyłać wiadomości, ale także odtwarzać wideo i audio, uzyskiwać dostęp do Internetu, przetwarzać duże ilości informacji, a jednocześnie wykonywać wiele operacji i zadań. Co wiemy o tym, jak działa i jak działa telefon? W ramach tego artykułu postaramy się zrozumieć ten problem.
Narodziny i ewolucja telefonu
Za założyciela pierwszego urządzenia do przesyłania informacji na odległość uważa się Samuela Morse'a, który wynalazł telegraf i kod Morse'a.
Trudno nazwać to urządzenie pełnoprawnym telefonem, ponieważ informacje były przesyłane za pomocą zamykania kontaktów i specjalnieOpracowano dla niego alfabet Morse'a, jak często się go nazywa.
Niektórzy historycy przypisują wynalezienie pierwszego telefonu Antonio Meucciemu, który nazwał telefotofonem. Opracował rysunki, ale z nieznanego powodu nie zarejestrował swojego dzieła. Dlatego patent należy do Alexandra Bella. Jego urządzenie było bez połączenia i na zewnątrz nie miało nic wspólnego z nowoczesnymi urządzeniami.
Urządzenie telefoniczne było nieporęczne i niewygodne w negocjacjach, ważyło około ośmiu kilogramów. Nie przeszkodziło to jednak w jego popularyzacji i szerokiej dystrybucji we wszystkich krajach. Na początku XX wieku na świecie było już ponad dziesięć tysięcy stacji. Za każdym razem w jego konstrukcji dokonywano zmian i ulepszeń, przez co w jego konstrukcji pojawił się osobny mikrofon i głośnik.
Globalna budowa automatycznych central telefonicznych doprowadziła do modernizacji urządzeń. Dostali słuchawkę i dysk do wybierania numeru abonenta. Tarcza zawierała cyfry i litery, z wyjątkiem litery „З”, która przypomina trójkę. W telefonach stacjonarnych z przyciskiem numeracja ta została zachowana do dziś. Nie robi się tego w ogóle do wysyłania wiadomości, łatwiej jest zapamiętać numer. Pierwsze urządzenia w sowieckiej Rosji należały do dwóch firm: Ericsson i Siemens. Były to telefony bez ładowarki, działające na zasadzie nadawania i odbierania prostych impulsów elektrycznych.
Telefony bezprzewodowe pojawiły się w naszym kraju w latach 70-tych XX wiekuwiek. Przesłali sygnał radiowy do bazy, która z kolei komunikowała się z innym abonentem wzdłuż linii za pomocą przełączników. Ich nazwa handlowa to „Ałtaj”, były prototypem komunikacji mobilnej. Taka instalacja ważyła siedem kilogramów. Nie nadawał się do przewozu, więc został wyposażony w pojazdy służb operacyjnych. Przestało istnieć dopiero w 2011 roku.
W Rosji pierwsza komunikacja komórkowa pojawiła się w 1991 roku i działała zgodnie ze standardem NMT. Pierwszymi dostawcami telefonów komórkowych były Nokia i Motorola. Ceny urządzeń były kosmiczne i tylko bardzo bogaci mogli sobie na nie pozwolić. Standard GSM pojawił się w 1993 roku i pokonując swoich konkurentów, zakorzenił się w wielu krajach. Pozwala na zaimplementowanie wielu funkcjonalności, w tym wysyłanie krótkich wiadomości. Początkowo miały być wysyłane jako powiadomienia serwisowe, ale użytkownikom opcja tak się spodobała, że przekształciła się w osobną usługę operatorów komórkowych.
Wraz z nadejściem ery urządzeń przenośnych urządzenie telefonów komórkowych stało się coraz bardziej złożone, rozmiar i waga - mniej, a możliwości - więcej. Z trzykilogramowych gigantów stały się miniaturowym sprzętem komunikacyjnym, który z łatwością mieści się nawet w dłoni dziecka. Z biegiem czasu prawdziwa klawiatura przyciskowa została zastąpiona wirtualną na ekranie dotykowym. Na panelu pojawiły się aparaty, skanery linii papilarnych i wiele innych urządzeń.
Jak działają telefony analogowe
Urządzenie telefoniczne obrotowe i dotykowe o podobnej dostępnościbloki kompozytowe, ale różni się zasadą działania. Jednostki obejmują następujące moduły:
- Słuchawka z mikrofonem i głośnikiem.
- Telefon.
- Dzwoniący.
- Jednostka wybierania.
- Transformator.
- Przełącznik dźwigni.
- Kondensator separujący.
- Moduł RF (stacje przenośne).
Przełącznik dźwigniowy odpowiada za podłączenie urządzenia do linii abonenckiej. W telefonie bezprzewodowym połączenie jest uwarunkowane włączeniem słuchawki.
Mikrofon przekształca fale dźwiękowe w sygnały elektryczne. Urządzenia dzielą się na elektrodynamiczne, kondensatorowe, węglowe, elektromagnetyczne i piezoelektryczne. Dzielą się również na aktywne i pasywne. Aktywne tworzą impuls elektromagnetyczny z dźwięku, pasywne zmieniają parametry pozostałych węzłów, głównie pojemność i rezystancję. Te ostatnie wymagają dodatkowego zasilania.
Telefon przekształca impulsy elektryczne na dźwięk. Przepływający przez cewki prąd elektryczny tworzy zmienne pole magnetyczne, które powoduje drgania membrany głośnika. Urządzenia elektrodynamiczne i elektromagnetyczne wykorzystują różnicowy system magnetyczny, urządzenia piezoelektryczne odkształcają elementy membrany źródeł częstotliwości dźwięku z nim związanych.
Jednostka wywołująca może być indukcyjna i elektroniczna. Wymagany do powiadomienia abonenta o połączeniu przychodzącym. Pierwszy, za pomocą prądu płynącego w cewkach, wprawia wybijak w wibracje i uderza w dzwoniące czasze. Procesy jednostki elektronicznejinformacje o przychodzącym sygnale i przekierowuje go do wspólnego głośnika w postaci impulsów o określonej częstotliwości, co nazywamy dzwonkiem.
Moduł RF znajduje się tylko w telefonie bezprzewodowym. Służy do wymiany informacji między telefonem a odbiornikiem za pomocą sygnałów radiowych.
Transformator łączy ze sobą poszczególne węzły mówiące. Eliminuje również efekt lokalnego echa w słuchawce i odpowiada za dopasowanie do impedancji linii.
Do podłączenia telefonu do linii w trybie odbierania sygnału przychodzącego i oczekiwania na wychodzący potrzebny jest kondensator odsprzęgający. Obsługuje wysoką odporność na duże napięcie wejściowe i niską odporność na niskie napięcie wejściowe.
Dialer jest impulsowy (dysk) i elektroniczny (przycisk). W pierwszym wariancie koło mechaniczne, obracając się, zamyka styki i przesyła sygnały do automatycznej centrali telefonicznej. Ich numer odpowiada określonej liczbie numeru abonenta. Elektroniczne działają poprzez układy scalone, które sztucznie generują impulsy za pomocą przekaźników półprzewodnikowych i przesyłają je do odbiornika stacji. Nowoczesne centrale PBX nadal zachowują tę metodę dzwonienia do abonenta, ale coraz częściej korzystają z wybierania tonowego. Nowoczesne urządzenia obsługują również telefonię IP. Zasada działania wybierania tonowego polega na generowaniu krótkotrwałych sygnałów o zadanych częstotliwościach, których każda wartość odpowiada określonej liczbie numeru. Urządzenie do podłączenia telefonu za pomocą protokołu IP polega na wykorzystaniu serwera dostawcy za pośrednictwem dedykowanego kanału internetowego, z którego wykonywane jest połączenie. Urządzenia mobilne wysyłają sygnały radiowe o określonej częstotliwości do systemu komunikacyjnego wież komórkowych.
Zasada działania urządzeń w sieciach przewodowych
Aby w pełni zrozumieć telefon komórkowy, musisz wiedzieć, jak działa analogowy system PBX. Chociaż telefony komórkowe są złożonymi strukturami cyfrowymi z układami scalonymi, działają na podstawowej zasadzie konwencjonalnych telefonów stacjonarnych.
Każdy dostawca usług przypisuje swoim klientom unikalne numery identyfikacyjne, dzięki którym odróżnia ich od siebie. W takim przypadku nazywa się to numerem abonenta lub punktu połączenia, do którego pasują przewody. Kiedy PBX wysyła sygnał, telefon jest wyłączony, to znaczy słuchawka jest na maszynie, a przełącznik widełkowy jest w pozycji otwartej. Po odebraniu połączenia z linii prąd przepływa przez uzwojenie pierwotne, powodując wibracje krzywki i uderzanie kubków. W systemach elektronicznych dzieje się to inaczej, sygnał podawany jest do zewnętrznego głośnika, a na wyjściu słyszymy np. melodię lub śpiew ptaków. Po odebraniu telefonu przez abonenta moduł wywołania i obwód wybierania zamykają się, a odbiór otwiera się za pomocą przekaźnika.
Połączenie z innym użytkownikiem odbywa się w odwrotnej kolejności. Osoba podnosi słuchawkę, która zamyka jeden obwód i rozłącza inny. Wywołanie realizowane jest w module wybierania poprzez wysyłanie impulsów lub sygnałów do łączników stacji. Ona z kolei rozpoznaje liczby, łącząc je w jedną liczbę, przekierowuje dożądany punkt.
Transmisja głosu w systemach analogowych jest spowodowana wibracjami membrany mikrofonu. W węglu tworzy uszczelnienie, które powoduje zakłócenie pola magnetycznego cewki. Ta oscylacja generuje impuls, który wysyła do innego odbiornika.
Schematyczny projekt telefonów komórkowych
Urządzenie telefonu komórkowego należy wyróżnić w osobnej kategorii, ponieważ w swoim wykonaniu przypomina system DECT, ale z kilkoma różnicami. Przesyła również sygnał radiowy do odbiornika, ale najpierw jest szyfrowany. Wykorzystuje do pracy własne częstotliwości i kanały. Ale prezentowanie gadżetu mobilnego jako telefonu nie jest do końca słuszne. Od dawna jest urządzeniem wielofunkcyjnym.
Jeśli mówimy o wydajności zewnętrznej, należy zwrócić uwagę na następujące kwestie:
- Współczynnik kształtu. Może to być nadwozie składane lub przesuwne.
- Kamera.
- Mikrofon.
- Głośnik.
- Ekran.
- Klawiatura.
- Złącze USB.
- Bateria.
- Ładowarki do telefonów komórkowych.
- Karta SIM.
Wiele gadżetów uzupełnia się różnymi akcesoriami, co poszerza ich zakres. Schemat ideowy urządzenia wewnętrznego pokazano na poniższym rysunku.
Pomimo tego urządzenie działa wyłącznie z analogowymi sygnałami radiowymi, wszystkie procesy w nim zawarte są w pełni zdigitalizowane. Jego układ zawiera bloki analogowe i cyfrowe.
Moduł analogowy
Zawiera środki do odbierania i przesyłania sygnałów. Zwykleznajduje się oddzielnie od węzła cyfrowego. Swoimi parametrami przypomina radiotelefon, ale działa w standardzie GSM. Odbiornik i nadajnik nie pracują synchronicznie, sygnał wysyłany jest z opóźnieniem 1/8. Pozwala to oszczędzać energię baterii i zintegrować wzmacniacz z mikserem. Ponieważ urządzenie nigdy nie działa jednocześnie na odbiór i nadawanie, jest to rodzaj przełącznika, który przełącza antenę z jednego trybu na drugi.
Przy odbiorze, po przejściu przez filtr kanału, sygnał jest wzmacniany przez LNA i przesyłany do miksera. Następnie jest demodulowany i wysyłany do przetwornika analogowo-cyfrowego, który przekształca go na sygnał cyfrowy potrzebny do zasilania procesora.
Podczas transmisji generator logiczny moduluje dane cyfrowe w sygnał. Dalej przez mikser wchodzi do syntezatora częstotliwości, po czym przechodzi do filtru kanałowego i wzmacnianego. Do anteny podawany jest tylko sygnał o wystarczającej sile, skąd trafia w kosmos.
Moduł cyfrowy
Głównym elementem i mózgiem całego systemu jest centralny procesor, który przetwarza wszystkie przychodzące informacje. Chipset mikroukładu jest podobny do komputera, ale pod względem wydajności i mocy nie może z nim konkurować. Oprócz procesora to urządzenie zawiera:
- Konwerter analogowo-cyfrowy, który konwertuje analogowe sygnały mikrofonowe na dane cyfrowe.
- Koder i dekoder mowy i kanałów.
- Konwerter cyfrowo-analogowy.
- Dekoder ikoder.
- Detektor aktywności mowy. Umożliwia węzłom działanie tylko wtedy, gdy obecna jest mowa rozmówcy.
- Środki na terminalu. Tworzy interfejs komunikacyjny z urządzeniami zewnętrznymi, takimi jak komputer lub ładowarka do telefonu.
- Moduły bezprzewodowe.
- Klawiatura.
- Wyświetlacz.
- Głośnik.
- Mikrofon.
- Moduł aparatu.
- Pamięć wymienna.
- Karta SIM.
Niektóre firmy używają dwóch mikrofonów. Potrzebny jest do tłumienia hałasu zewnętrznego. Czasami używane są również dwa głośniki: jeden do rozmów telefonicznych, drugi do odtwarzania muzyki.
Zasada działania urządzeń mobilnych w sieci komórkowej
Telefony komórkowe działają w sieci GSM na czterech częstotliwościach:
- 850 MHz.
- 900 MHz.
- 1800 MHz.
- 1900 MHz.
Standard systemowy obejmuje trzy główne elementy:
- Podsystem stacji bazowej (BSS).
- Podsystem przełączania przełączania (NSS).
- Centrum usług i zarządzania (OMC).
Urządzenie współdziała ze stacjami bazowymi (wieżami). Po włączeniu zaczyna skanować sieci swojego standardu, które rozpoznaje po identyfikatorze rozgłoszeniowym. Jeśli to możliwe, telefon wybiera stację, której siła sygnału jest wyższa. Następnie przychodzi uwierzytelnianie. Identyfikatory to unikalne numery kart SIM IMSI i Ki. Następnie centrum uwierzytelniania (AuC) wysyła do urządzenia losową liczbę, która jest kluczem do specjalnego algorytmuprzetwarzanie danych. Jednocześnie system sam dokonuje takiego obliczenia. Jeśli wyniki bazy i urządzenia zgadzają się, telefon jest zarejestrowany w sieci.
Unikalnym identyfikatorem urządzenia jest jego numer IMEI, który jest przechowywany w pamięci nieulotnej. Ten numer jest ustalany przez producenta i jest jego paszportem. Pierwsze osiem cyfr IMEI to opis urządzenia, pozostałe to numer seryjny z cyfrą kontrolną.
Po udanej rejestracji telefon jest gotowy do wymiany sygnałów ze stacjami bazowymi. Jak wspomniano wcześniej, rozmieszczenie telefonów operatorów komórkowych jest podobne do systemu urządzeń DECT, ale ma swoje własne różnice. Przed wejściem na antenę sygnał mobilny jest szyfrowany i dzielony na segmenty po 20 ms. Kodowanie odbywa się zgodnie ze standardowym algorytmem EFR przy użyciu klucza publicznego. A antena jest aktywowana przez detektor aktywności mowy (VAD), to znaczy, gdy osoba zaczyna mówić. Nieciągłość mowy jest obsługiwana przez kodek przy użyciu algorytmu DTX. Po stronie odbiorczej sygnał jest przetwarzany w ten sam sposób, ale w odwrotnej kolejności.
Ładowarki
Ładowarki do telefonów komórkowych są ważnym elementem, ponieważ utrzymują działanie urządzenia. Ich bezpośrednim celem jest obniżenie napięcia i prądu sieci do wymaganych wartości i zasilenie baterii. Zasadniczo napięcie wyjściowe wynosi 5V, prąd zależy od modelu i pojemności akumulatora. Czas ładowania akumulatora zależy również od jego siły.
Udostępnianie ładowarek:
- Wł.transformator.
- Puls.
Pierwsi nie boją się spadków napięcia i zawsze mają duży zapas prądowy. Ich koncepcja jest bardzo prosta. Cewka obniżająca napięcie jest zasilana napięciem sieciowym, które obniża je do żądanych wartości. Prąd z drugiego uzwojenia przepływa do mostka diodowego, w którym zainstalowany jest kondensator. Działa jak filtr przeciw przepięciom i przejmuje nadmiar. Następnie rezystor obniża prąd i przekazuje go do akumulatora.
Obwód pamięci impulsowej jest bardziej złożony i składa się z diod i tranzystorów.
Obsługa bezprzewodowych systemów transmisji danych
Obecnie istnieją trzy sposoby przesyłania danych:
- Podczerwień.
- Bluetooth.
- Wi-Fi.
Pierwszy okazał się nieskuteczny, więc nie jest używany. Ostatnie dwa są zaimplementowane na prawie wszystkich urządzeniach. Bluetooth ma krótki zasięg i służy głównie do organizowania interfejsu komunikacyjnego z urządzeniami przenośnymi telefonu.
Wi-Fi jest uważany za bardziej zaawansowany format i służy do uzyskiwania dostępu do Internetu. Należy zauważyć, że istnieje specjalne oprogramowanie, które umożliwia wykonywanie połączeń przez Internet bez korzystania z połączenia komórkowego. Ponadto, korzystając z tej technologii, możesz zorganizować sieć lokalną, z którą kilka urządzeń może łączyć się jednocześnie i wymieniać dane.
Opcjonalne akcesoria
Firmy produkcyjne starają się w każdy możliwy sposób przyciągnąć klientów do swoich produktów,dlatego stale poszerzamy zakres oferowanej nomenklatury. Obejmuje to:
- Sprawy.
- Ochrona szkła.
- Urządzenia przenośne do telefonu, takie jak zestaw słuchawkowy.
- Dyski wymienne.
- Multimedia.
- Inteligentne narzędzia.
- Urządzenia USB do telefonu, takie jak kable, przejściówki lub ładowarki.
Takie narzędzia znacznie rozszerzają możliwości gadżetów i ułatwiają życie ich właścicielom.
Charakterystyka porównawcza nowoczesnych modeli telefonów
Aby zrozumieć, czym są nowoczesne telefony, musisz wyraźnie zobaczyć ich parametry. Ale rozważanie jednej marki jest niesprawiedliwe. Recenzja jednej próbki nie da pełnego obrazu, dlatego do porównania i analizy zabrano trzy flagowe smartfony marek Samsung (urządzenie telefonów tej marki nie różni się zbytnio od innych), Apple i Xiaomi. Według kategorii cenowej ustawili się w następującej kolejności:
- Jabłko.
- Samsung.
- Xiaomi.
Sądząc po cenie, iPhone wykorzystuje zaawansowane technologie, które mają najwyższe parametry. Samsung istnieje jednak na rynku od 1938 roku i zgromadził spore doświadczenie. Ogólnie rzecz biorąc, celem porównania nie jest zidentyfikowanie zwycięzcy i odpowiedź na pytanie, który jest lepszy - urządzenie z telefonami na „Androidzie” czy na platformie iOS. Wyzwaniem jest pokazanie, jak wysoko zaszła ta technologia.
| Nazwy parametrów | Jabłko | Podsumowanie | Xiaomi |
| Wymiary, mm | 77, 4×157, 5×7, 7 | 76, 4×161, 9×8, 8 | 74, 9×150, 9×8, 1 |
| Waga, g | 208 | 201 | 189 |
| Obsługa sieci | Telefony Samsung, Apple i Xiaomi obsługują sieci 2G, 3G, 4G | ||
| Karty SIM | 1 bez rozmiaru | 2 nanoskali | |
| Rozmiar wyświetlacza po przekątnej, cale | 6, 5 | 6, 4 | 5, 99 |
| Rozdzielczość ekranu | 2688×1242 | 2960×1440 | 2160×1080 |
| Gęstość DPI | 458 | 516 | 403 |
| Technologia produkcji | OLED | Super AMOLED | IPS |
| Liczba kolorów na ekranie | 16 milionów | 17 milionów | 16,7 miliona |
| System | iOS | Android | |
| Producent procesora | Jabłko | Samsung | Qualcomm |
| Model procesora | A12 Bionic | Exynos 9810 | Lwia paszcza 845 |
| Liczba rdzeni | 6 | W urządzeniu telefonów Xiaomi i Samsung w ogólnej konfiguracji jest ich 8, po 4 na każdy | |
| Częstotliwość, GHz | 2, 5 | 1, 9; 2, 9 | 1, 8; 2, 8 |
| Technologia, nm | 7 | 10 | |
| RAM, GB | 4 | 6 | |
| Pamięć wewnętrzna, GB | 256 | 128 | |
| Wbudowane czujniki |
|
|
|
| Rozdzielczość tylnej kamery, MP |
Główne: 12 MP Pomocniczy: 12 MP |
||
| Czułość przysłony |
Główne: ƒ/2,4 Pomocniczy: ƒ/1,8 |
Główne: ƒ/2,4 Pomocniczy: ƒ/1,5 |
Główne: ƒ/2,4 Pomocniczy: ƒ/1,8 |
| Rozdzielczość przedniego aparatu, MP | 7 | 8 | 5 |
| Czułość przysłony | ƒ/2,2 | ƒ/1.7 | ƒ/1.7 |
| Obsługuje technologię bezprzewodową | Bluetooth, Wi-Fi | ||
| Pozycjonowanie satelitarne | GPS, GLONASS, A-GPS | ||
| Pojemność baterii, mAh | 3174 | 4000 | 3400 |
| Systemy ochrony |
|
Telefon Samsung ma tylko skaner twarzy | Xiaomi ma skaner linii papilarnych |
Jak widać z tabeli, specyfikacje i urządzenia telefonów Samsung, Xiaomi i Apple są prawie takie same. To tylko mówi o zdrowej konkurencji i chęci uczynienia produktu lepszym dla użytkowników. Wszyscy producenci wprowadzają najnowsze technologie, które nie stoją w miejscu i szybko się rozwijają.
Wniosek
Nie minęło dużo czasu od pojawienia się pierwszego telefonu. W tym okresie ewoluowały od prostego zestawu części do inteligentnych urządzeń. Łączą w sobie wiele funkcji, które wcześniej zostały przypisane innym urządzeniom. A ten rozwój będzie kontynuowany.
