Cum funcționează un telefon și ce face acesta

Telefonul s-a schimbat foarte mult de când a fost inventat. Nu este nici măcar dispozitivul care transmite pur și simplu vocea unei persoane către alta pe distanțe mari. În lumea de astăzi, este o tehnologie sofisticată, cu inteligență artificială, capabilă nu numai să efectueze apeluri și să trimită mesaje, ci și să redea materiale video și audio, să acceseze internetul, să proceseze cantități mari de informații, efectuați mai multe operații și sarcini în același timp. Ce știm despre cum funcționează telefonul și cum funcționează? În acest articol să încercăm să analizăm această problemă.

Geneza și evoluția telefonului

Samuel Morse, care a inventat telegraful și codul Morse, este considerat în general drept fondatorul primului aparat de transmitere a informațiilor pe distanțe lungi.

Este greu de numit telefon, deoarece acesta transmitea informații prin închiderea contactelor și un cod special conceput pentru el.. "codul morse", așa cum este adesea denumit după acronimul său.

Unii istorici atribuie inventarea primului telefon lui Antonio Meucci, care l-a numit telectrofon. El a proiectat planurile, dar, dintr-un motiv necunoscut, nu și-a înregistrat creația. Prin urmare, brevetul aparține lui Alexander Bell. Dispozitivul său era fără sonerie și nu avea nimic în comun cu dispozitivele moderne.

Telefonul era voluminos și incomod de manevrat, cântărind aproximativ opt kilograme. Cu toate acestea, acest lucru nu a împiedicat popularizarea și utilizarea sa pe scară largă în întreaga lume. La începutul secolului XX, existau peste zece mii de stații în lume. De fiecare dată au existat modificări și îmbunătățiri ale designului său, astfel încât există un microfon și un difuzor separat în designul său.

Construcția globală a centralei telefonice a dus la modernizarea seturilor. Aveau un combinat și o tastatură pentru a forma numărul. Cadranul avea numere și litere, cu excepția literei "З", deoarece seamănă cu un tee. La telefoanele fixe cu buton, această numerotare este încă în vigoare și astăzi. Nu e făcut deloc pentru mesaje, e mai ușor să reții numărul. Primele telefoane mobile din Rusia sovietică au fost deținute de două companii: "Ericsson" и "Siemens". Erau telefoane fără încărcător, Funcționează pe principiul transmiterii și recepției de impulsuri electrice simple.

Telefoanele fără fir au ajuns în țara noastră în anii `70. Acestea transmiteau un semnal radio către o bază, care la rândul ei comunica cu un alt abonat pe o linie prin intermediul unor comutatoare. Denumirea lor comercială "Altai", au fost prototipul comunicațiilor mobile. Dispozitivul cântărea șapte kilograme. Era nepotrivit pentru transport, așa că a fost montat pe vehiculele de urgență. A fost întreruptă abia în 2011.

În Rusia Primul telefon mobil a apărut în 1991 și s-a bazat pe standardul NMT. Primii furnizori de telefoane mobile au fost "Nokia" и "Motorola". Prețurile dispozitivelor erau cosmice și doar oamenii foarte bogați și le puteau permite. Standardul GSM a fost lansat în 1993, învingându-și concurenții și impunându-se în multe țări. Acesta permite o gamă largă de funcționalități, inclusiv posibilitatea de a transmite mesaje scurte. Inițial, acestea trebuiau să fie trimise ca notificări de serviciu, dar utilizatorilor le-a plăcut atât de mult această opțiune încât a devenit un serviciu separat al operatorilor de telefonie mobilă.

Pe măsură ce am intrat în era telefoanelor portabile, telefoanele mobile au devenit din ce în ce mai complexe, mai mici și mai ușoare, și mai capabile. De la giganți de trei kilograme, ele devin mici dispozitive de comunicare care încap ușor chiar și în mâna unui copil. În timp, tastatura reală a fost înlocuită cu o tastatură virtuală pe un ecran tactil. Camere foto, scanere de amprente și multe alte gadgeturi au apărut pe panou.

Aparatele telefonice analogice sunt construite

Telefoanele cu disc și cele cu set de butoane sunt similare în ceea ce privește componentele lor, dar diferă în ceea ce privește designul lor principiul de funcționare. Unitățile includ următoarele module:

• Un combinat cu microfon și difuzor.
• Telefon.
• Instrument de apelare.
• Unitate de apelare.
• Transformator.
• Comutator cu pârghie.
• Condensator de separare.
• Modul de radiofrecvență (stații portabile).

Comutatorul cu pârghie este responsabil pentru conectarea dispozitivului la linia clientului. La un telefon fără fir, conexiunea este declanșată prin pornirea receptorului.

Microfonul convertește undele sonore în semnale electrice. Dispozitivele sunt clasificate ca fiind electrodinamice, cu condensator, cu carbon, electromagnetice și piezoelectrice. Acestea sunt, de asemenea, clasificate în active și pasive. Cele active formează un impuls electromagnetic din sunet, în timp ce cele pasive modifică parametrii altor componente, în principal capacitatea și rezistența. Acesta din urmă necesită o sursă de alimentare suplimentară.

Telefonul convertește impulsurile electrice în sunet. Curentul electric care trece prin bobine produce un câmp magnetic variabil care face să vibreze diafragma difuzorului. Dispozitivele electrodinamice și electromagnetice folosesc un sistem magnetic diferențial, cele piezoelectrice deformează elementele membranei.

Unitatea inelară poate fi inductivă sau electronică. Necesar pentru a notifica apelantul despre un apel primit. Primul folosește curentul care circulă în bobine pentru a face ca lovitura să vibreze și să lovească cupa clopotului. Unitatea electronică procesează informațiile despre un semnal de intrare și le redirecționează către un difuzor comun sub forma unor impulsuri cu o frecvență prestabilită, numită ton de apel.

Modulul RF este prezent doar la telefoanele fără fir. Permite schimbul de informații între telefon și receptor prin intermediul semnalelor radio.

Transformatorul leagă între ele unitățile de difuzoare individuale. De asemenea, elimină efectul de ecou local în telefon și este responsabil pentru adaptarea impedanței liniei.

Condensatorul de izolare este necesar pentru a conecta combinatul la linia în modul de recepție Semnale de intrare și de așteptare a semnalelor de ieșire. Menține o rezistență ridicată la o tensiune de intrare ridicată și o rezistență scăzută la o tensiune scăzută.

Comenzile de apelare pot fi cu apelare prin impulsuri (cadran rotativ) sau electronice (buton). În primul caz, o roată mecanică, care se rotește, închide contactele și trimite semnalele către PBX. Numărul lor corespunde numărului specific al numărului de abonat. Cele electronice funcționează prin intermediul unor circuite integrate care generează în mod artificial impulsuri prin intermediul unor relee cu semiconductori și le trimit la receptorul stației. PBX-urile moderne păstrează încă această metodă de apelare a apelantului, dar utilizează mai frecvent apelarea prin ton. Dispozitivele moderne suportă, de asemenea, telefonie IP. Principiul apelării prin tonuri constă în generarea unor scurte explozii de frecvențe prestabilite, fiecare valoare corespunzând unui anumit număr. Dispozitivul de conectare a telefonului folosind protocolul IP implică utilizarea serverului furnizorului pe un canal dedicat de Internet, de unde se face apelul. Telefoanele mobile trimit semnale radio de o frecvență prestabilită către sistemul de comunicații al turnurilor operatorului celular.

Cum funcționează telefoanele în rețelele cu fir

Pentru a înțelege dispozitivul telefon mobil la maxim, trebuie să știți cum funcționează un sistem PBX analogic. Chiar dacă telefoanele celulare sunt o structură digitală complexă cu circuite integrate, ele funcționează după principiul de bază al aparatelor normale de telefonie fixă.

Fiecare furnizor de servicii atribuie clienților săi numere unice de identificare prin care îi diferențiază între ei. În acest caz, acesta se numește numărul de abonat sau punctul de conexiune la care sunt conectate firele. Atunci când un PBX trimite un semnal, telefonul este în poziția oprit, adică receptorul este pe aparat și comutatorul cu pârghie este în poziția deschis. Atunci când un apel vine de pe linie, curentul trece prin înfășurarea primară, determinând vibrația camei și lovirea cupelelor. În sistemele electronice nu este cazul, semnalul este trimis la un difuzor extern și auzim la ieșire o melodie sau un cântec de pasăre, de exemplu. După ce apelantul ridică receptorul, circuitul de interfonie și de apelare se închide, iar circuitul de recepție se deconectează cu ajutorul unui releu.

Apelul către celălalt utilizator are loc în ordine inversă. O persoană ridică receptorul, care închide un circuit și îl deschide pe celălalt. Apelul are loc în modulul de apelare prin trimiterea de impulsuri sau semnale către dispozitivele de comutare ale stației. Acesta, la rândul său, recunoaște numerele, le combină într-un singur număr și le redirecționează către punctul dorit.

Transmiterea vocii în sistemele analogice se face prin vibrația membranei microfonului. În cele de cărbune se creează un sigiliu, care provoacă o perturbare a câmpului magnetic al bobinei. Această oscilație generează un impuls care trimite un impuls la celălalt receptor.

Proiectarea schematică a telefoanelor mobile

Telefonul celular ar trebui să fie plasat într-o categorie separată, deoarece seamănă cu un sistem DECT în designul său, dar cu o serie de diferențe. Transmite, de asemenea, un semnal radio către receptor, dar îl precriptează. Folosește propriile frecvențe și canale pentru muncă. Dar nu este chiar corect să ne gândim la un gadget mobil ca la un telefon. A fost mult timp un dispozitiv multifuncțional.

Dacă vorbim despre designul exterior, trebuie notate următoarele:

• Factorul de formă. Poate fi o carcasă pliabilă sau extensibilă.
• Camera.
• Microfon.
• Speaker.
• Ecran.
• Tastatură.
• Conector USB.
• Baterie.
• Încărcător de telefon mobil.
• Cartela SIM.

Multe gadgeturi sunt completate de o varietate de accesorii, care le extind gama de aplicații. Diagrama schematică a unității interne este prezentată în figura de mai jos.

În ciuda acestui fapt, funcționează exclusiv cu semnale radio analogice, toate procesele fiind complet digitalizate. Cipul său include unități analogice și digitale.

Modul analogic

Acesta încorporează un mijloc de recepție și de transmitere a semnalelor. De obicei, localizat separat de nodul digital. Performanțele sale sunt similare cu cele ale unui radiotelefon, dar utilizează standardul GSM. Receptorul și emițătorul nu funcționează sincronizat, semnalul este trimis cu o întârziere de 1/8. Acest lucru economisește energia bateriei și integrează amplificatorul cu mixerul. Deoarece unitatea nu funcționează niciodată în emisie și recepție simultan, este un fel de comutator care schimbă antena dintr-un mod în altul.

În recepție, după ce trece printr-un filtru de canal, semnalul este amplificat de LNA și trimis la mixer. Acesta este apoi demodulat și transmis la convertorul analog-digital, care îl transformă într-un semnal digital necesar pentru a opera procesorul central.

În transmisie, un oscilator logic modulează datele digitale într-un semnal. Este apoi alimentat la sintetizatorul de frecvență prin intermediul unui mixer, după care este supus unui filtru de canal și amplificat. Doar un semnal de putere suficientă este introdus în antenă, de unde pleacă în spațiu.

Modul digital

Elementul principal și creierul întregului sistem este CPU, care procesează toate informațiile primite. Cipul Chipset utilizat este similar cu un cip de calculator, dar nu poate concura cu acesta în ceea ce privește performanța și puterea. În plus față de unitatea centrală, această unitate include:

• Convertor analogic-digital care convertește semnalele analogice ale microfonului în formă de date digitale.
• Codificator și decodificator de voce și canal.
• Convertor digital-analogic.
• Un decodor și un codificator.
• Detector de activitate de vorbire. Asigură că nodurile funcționează numai atunci când este prezentă vocea abonatului.
• Facilități de terminal. Formează o interfață de comunicare cu dispozitive externe, cum ar fi un PC sau un încărcător de telefon.
• Module de rețea fără fir.
• Tastatura.
• Afișare.
• Speaker.
• Microfon.
• Modul de cameră.
• Unitate de stocare detașabilă.
• Cartela SIM.

Unele companii folosesc două microfoane. Unu este necesară pentru suprimarea zgomotului extern. De asemenea, se folosesc uneori două difuzoare: unul - pentru telefon unul pentru a vorbi, celălalt pentru a asculta muzică.

Principiul dispozitivelor mobile într-o rețea celulară

Telefoanele mobile funcționează în rețeaua GSM pe patru frecvențe:

• 850 MHz.
• 900 MHz.
• 1800 MHz.
• 1900 MHz.

Există trei componente principale ale standardului de sistem:

1. Subsistemul stației de bază (BSS).
2. Subsistem de comutare Subsistem de comutare (NSS).
3. Centrul de operare și întreținere (OMC).

Dispozitivul comunică cu stațiile de bază (turnuri). Odată pornit, acesta începe să scaneze rețelele sale standard, pe care le recunoaște după ID-ul transmis. Dacă este disponibil, telefonul selectează o stație a cărei intensitate a semnalului este mai mare decât. Acesta este apoi autentificat. Identificatorii sunt numerele unice IMSI și Ki ale cartelei SIM. Centrul de autentificare (AuC) trimite apoi un număr de ordine aleatorie către dispozitiv, care este cheia unui algoritm special de calcul. În același timp, sistemul efectuează acest calcul pe baza. Dacă rezultatele bazei și ale aparatului corespund, atunci telefonul este înregistrat în rețea.

Unic identificator pentru IMEI al telefonului mobil este IMEI al acestuia, care este stocat în memoria nevolatilă. Acest număr este stabilit de către producător și reprezintă pașaportul său. Primele opt cifre ale IMEI reprezintă descrierea dispozitivului, iar celelalte opt cifre reprezintă numărul de serie cu numărul de control.

După o înregistrare reușită, terminalul este pregătit să schimbe semnale cu stațiile de bază. După cum s-a menționat anterior, designul telefoanelor celulare este similar cu cel al telefoanelor DECT, dar cu unele diferențe. Înainte de a intra în emisie, semnalul mobil este criptat și împărțit în bucăți de 20 msec. Criptarea se realizează cu ajutorul algoritmului EFR cu o cheie publică. Iar antena este activată de detectorul de activitate vocală (VAD), adică atunci când o persoană începe să vorbească. Discursul intermitent este procesat de un codec conform algoritmului DTX. La capătul de recepție, semnalul este procesat într-un mod similar, dar în ordine inversă.

Încărcătorii

Încărcătoarele de telefoane mobile sunt o componentă importantă, deoarece mențin telefonul în funcțiune. Funcția lor directă este de a reduce tensiunea și curentul de rețea la valorile necesare și de a le furniza bateriei. În general, tensiunea de ieșire este de 5 V, intensitatea curentului depinde de modelul și capacitatea bateriei. Timpul necesar pentru încărcarea bateriei depinde, de asemenea, de ieșirea de curent.

Încărcătorii sunt divizați:

• Pe transformator.
• Impuls.

Primele nu se tem de fluctuațiile de tensiune și au întotdeauna o rezervă mare de curent. Schema lor de circuit este foarte simplă. O bobină coborâtoare alimentează tensiunea de rețea către regulatorul de tensiune, care reduce apoi tensiunea la valoarea corectă. Curentul de la a doua înfășurare merge la o punte de diode cu un condensator. Acționează ca un filtru împotriva supratensiunilor și preia excesul de energie electrică. Apoi, un rezistor scade curentul și îl trece la baterie.

Circuitele descărcătoarelor de supratensiune sunt mai complexe și utilizează diode și tranzistori.

Suport pentru sistemele de transfer de date fără fir

În zilele noastre există trei moduri transmiterea datelor:

1. Port infraroșu.
2. Bluetooth.
3. Wi-Fi.

Prima s-a dovedit ineficientă, așa că nu este utilizată. Ultimele două sunt implementate în aproape toate dispozitivele. Bluetooth are o rază scurtă de acțiune și este utilizat în principal pentru a se conecta la dispozitive telefonice portabile.

Wi-Fi este considerat un format mai avansat și este utilizat pentru a accesa internetul. Este necesar să rețineți că există programe software speciale care permit efectuarea de apeluri prin Internet fără a utiliza comunicații celulare. De asemenea, tehnologia poate fi utilizată pentru a organiza o rețea locală la care se pot conecta mai multe dispozitive și pot face schimb de date.

Accesorii suplimentare

Companiile-producători în orice mod încearcă să atragă clienții la produsele lor, astfel încât acestea sunt în mod constant extinderea gamei de nomenclatură propusă. Printre acestea se numără:

• Cazuri.
• Protecția sticlei.
• Dispozitive portabile pentru telefon, de exemplu căști cu microfon.
• Dispozitive de stocare detașabile.
• Multimedia.
• Instrumente inteligente.
• Dispozitive USB pentru telefon, cum ar fi cabluri, adaptoare sau încărcătoare.

Astfel de utilități sporesc foarte mult capacitățile gadgeturilor și fac viața mai ușoară pentru proprietarii lor.

Caracteristici comparative ale modelelor actuale de telefoane

Pentru a înțelege cum sunt telefoanele moderne, trebuie să vedeți clar parametrii lor. Dar este nedrept să considerăm o marcă. O revizuire a unui eșantion nu va oferi o imagine completă, așa că pentru comparație și analiză au fost luate trei mărci de smartphone-uri emblematice Samsung (telefoanele de marcă de dispozitiv nu sunt prea diferite de altele), Apple și Xiaomi. În ceea ce privește categoria de preț, acestea s-au aliniat în următoarea ordine:

1. Apple.
2. Samsung.
3. Xiaomi.

Judecând după preț, în telefoanele dispozitivului "iPhone" A fost utilizată o tehnologie avansată, care are cei mai înalți parametri. Cu toate acestea, compania "Samsung" este prezentă pe piață din 1938 și are o experiență bogată. În general, scopul comparației nu este de a identifica un câștigător și de a răspunde la întrebarea ce este mai bun - telefoanele dispozitivului pe "Android" Sau iOS. Provocarea este de a arăta ce înălțimi a atins tehnologia.

După cum puteți vedea din tabel, specificațiile tehnice și designul telefoanelor "Samsung", "Xiaomi" și cele ale Apple sunt practic identice. Acest lucru spune totul sănătos concurența și dorința de a-și face produsul mai bine pentru utilizatori. Toți producătorii adoptă cele mai recente tehnologii care nu stau pe loc și evoluează rapid.

Concluzie

Nu a trecut prea mult timp de când a fost introdus primul telefon. În această perioadă, ele au evoluat de la simple componente la gadgeturi inteligente. Acestea combină multe funcții care erau anterior atribuite altor dispozitive. Și această evoluție va continua.