Телефонът се промени много след изобретяването му. Днес това дори не е устройството, което просто предава гласа на един човек на друг на дълги разстояния. В съвременния свят това е сложен технически инструмент с изкуствен интелект, който може не само да извършва обаждания и да изпраща съобщения, но и да възпроизвежда видео и аудио, да осъществява достъп до Интернет, да обработва големи количества информация и едновременно да изпълнява много операции и задачи. Какво знаем за това как работи телефонът и как работи? В рамките на тази статия ще се опитаме да разберем този проблем.
Раждането и еволюцията на телефона
За основател на първия апарат за предаване на информация от разстояние се счита Самюел Морс, който е изобретил телеграфа и морзовата азбука.
Трудно е да се нарече това устройство пълноценен телефон, тъй като информацията е била предадена чрез затваряне на контакт и специалноМорзова азбука, както често се нарича накратко, разработена за нея.
Някои историци приписват изобретяването на първия телефон на Антонио Меучи, който той нарича телефотофон. Той разработи чертежите, но по неизвестна причина не регистрира творението си. Следователно патентът принадлежи на Александър Бел. Устройството му беше без обаждане и външно нямаше нищо общо със съвременните устройства.
Телефонното устройство беше обемисто и неудобно за преговори, тежащо около осем килограма. Това обаче не попречи на популяризирането и широкото му разпространение във всички страни. До началото на двадесети век в света вече има повече от десет хиляди станции. Всеки път в дизайна му бяха правени промени и подобрения, така че в дизайна му се появиха отделни микрофон и високоговорител.
Глобалното изграждане на автоматични телефонни централи доведе до модернизиране на устройствата. Взеха слушалка и диск за набиране на абонатния номер. Циферблатът съдържаше цифри и букви, с изключение на буквата "З", тъй като тя прилича на тройка. На фиксираните телефони с бутони тази номерация се е запазила и до днес. Това изобщо не се прави за изпращане на съобщения, по-лесно е да запомните номера. Първите устройства в Съветска Русия принадлежаха на две компании: Ericsson и Siemens. Това бяха телефони без зарядно устройство, работещи на принципа на предаване и приемане на прости електрически импулси.
Безжичните телефони се появяват у нас през 70-те години на ХХ веквек. Те предаваха радиосигнал към базата, която от своя страна комуникира с друг абонат по линията чрез превключватели. Търговското им име е "Алтай", те са били прототип на мобилните комуникации. Такава инсталация тежеше седем килограма. Не беше подходящ за пренасяне, затова беше оборудван с превозни средства на оперативните служби. Престана да съществува едва през 2011 г.
В Русия първата клетъчна комуникация се появи през 1991 г. и работеше според стандарта NMT. Първите доставчици на мобилни телефони са Nokia и Motorola. Цените на устройствата бяха космически и само много богати хора можеха да си ги позволят. GSM стандартът се появява през 1993 г. и след като победи конкурентите си, се вкоренява в много страни. Тя ви позволява да внедрите много функции, включително изпращане на кратки съобщения. Първоначално те трябваше да се изпращат като известия за услуга, но потребителите харесаха опцията толкова много, че се превърнаха в отделна услуга на мобилните оператори.
С настъпването на ерата на преносимите устройства, устройството на мобилните телефони става все по-сложно, размерът и теглото - по-малко, а възможностите - повече. От трикилограмови гиганти те се превърнаха в миниатюрно комуникационно оборудване, което лесно може да се побере дори в ръката на дете. С течение на времето истинската клавиатура с бутони беше заменена с виртуална на сензорния екран. На панела се появиха камери, скенери за пръстови отпечатъци и много други устройства.
Как работят аналоговите телефони
Телефонно устройство с въртящо се и сензорно набиране, подобно по наличносткомпозитни блокове, но се различава по принципа на работа. Единиците включват следните модули:
- Слушалка с микрофон и високоговорител.
- Телефон.
- Обаждащ се.
- Единица за набиране.
- Трансформър.
- Превключвател на лоста.
- Разделителен кондензатор.
- RF модул (преносими станции).
Превключвателят на лоста е отговорен за свързването на устройството към абонатната линия. В безжичното телефонно устройство връзката е условна, ако слушалката е включена.
Микрофонът преобразува звуковите вълни в електрически сигнали. Устройствата се делят на електродинамични, кондензаторни, въглищни, електромагнитни и пиезоелектрични. Те също се делят на активни и пасивни. Активните образуват електромагнитен импулс от звука, пасивните променят параметрите на други възли, главно капацитет и съпротивление. Последните изискват допълнително захранване.
Телефонът превежда електрическите импулси в звук. Електрическият ток, протичащ през намотките, образува променливо магнитно поле, което кара мембраната на високоговорителя да вибрира. Електродинамичните и електромагнитните устройства използват диференциална магнитна система, пиезоелектричните устройства деформират елементите на мембраната на източниците на звукова честота, свързани с нея.
Извикващата единица може да бъде индукционна и електронна. Изисква се за уведомяване на абоната за входящо повикване. Първият, с помощта на тока, протичащ в намотките, кара ударника да вибрира и да удря звънящите чаши. Електронният блок обработваинформация за входящия сигнал и го пренасочва към общ високоговорител под формата на импулси с дадена честота, която се нарича мелодия.
RF модулът присъства само в модула за безжичен телефон. Той е предназначен за обмен на информация между телефона и приемника чрез радиосигнали.
Трансформаторът свързва отделните говорещи възли един с друг. Също така елиминира ефекта на локалното ехо в слушалката и отговаря за съответствието с импеданса на линията.
Необходим е разделителен кондензатор за свързване на телефона към линията в режим на приемане на входящ сигнал и изчакване на изходящ. Поддържа висока устойчивост на голямо входно напрежение и ниска устойчивост на малко входно напрежение.
Набирателят е импулсен (диск) и електронен (бутон). В първия вариант механичното колело, въртящо се, затваря контактите и изпраща сигнали към автоматичната телефонна централа. Техният номер съответства на определен номер от номера на абоната. Електронните работят чрез интегрални схеми, които изкуствено генерират импулси с помощта на твърдотелни релета и ги изпращат към приемника на станцията. Съвременните централи все още запазват този метод за повикване на абонат, но по-често използват тонално набиране. Съвременните устройства поддържат и IP-телефония. Принципът на действие на тоналното набиране е да генерира краткотрайни сигнали с предварително зададени честоти, всяка стойност на които съответства на определен номер от числото. Устройството за свързване на телефон чрез IP протокол включва използването на сървър на доставчик чрез специален интернет канал, от който се осъществява разговор. Мобилните устройства изпращат радиосигнали с определена честота към комуникационната система на клетъчните кули.
Принципът на работа на устройствата в кабелни мрежи
За да разберете напълно мобилния телефон, трябва да знаете как работи аналоговата PBX система. Въпреки че мобилните телефони са сложни цифрови структури с интегрални схеми, те работят на основния принцип на конвенционалните фиксирани телефони.
Всеки доставчик на услуги присвоява уникални идентификационни номера на своите клиенти, чрез които ги отличава един от друг. В този случай това се нарича номерът на абоната или точката на свързване, към която прилягат проводниците. Когато централата изпрати сигнал, телефонът е в изключено състояние, тоест слушалката е на машината и превключвателят на куката е в отворено положение. Когато се получи повикване от линията, токът преминава през първичната намотка, което кара камерата да вибрира и да бие чашите. При електронните системи това се случва по различен начин, сигналът се подава към външен високоговорител, а на изхода чуваме мелодия или птича песен, например. След като абонатът вдигне телефона, модулът за повикване и веригата за набиране се затварят и приемането се отваря с помощта на релето.
Обаждането към друг потребител става в обратен ред. Човек вдига телефона, което затваря една верига и прекъсва друга. Повикването се осъществява в модула за набиране чрез изпращане на импулси или сигнали към комутационните устройства на станцията. Тя от своя страна разпознава числата, комбинирайки ги в едно число, пренасочва къмжеланата точка.
Гласовото предаване в аналоговите системи се осъществява поради вибрацията на мембраната на микрофона. Във въглищата той създава уплътнение, което причинява смущения в магнитното поле на бобината. Това трептене генерира импулс, който изпраща към друг приемник.
Схематичен дизайн на мобилни телефони
Устройството за мобилен телефон трябва да бъде отделено в отделна категория, тъй като по своето изпълнение наподобява DECT система, но с редица разлики. Той също така предава радиосигнал към приемника, но първо е криптиран. Използва свои собствени честоти и канали за работа. Но представянето на мобилна джаджа като телефон не е съвсем правилно. Отдавна е многофункционално устройство.
Ако говорим за външно представяне, тогава трябва да се отбележи следното:
- Форм фактор. Тя може да бъде сгъваемо или плъзгащо тяло.
- Камера.
- Микрофон.
- Говорител.
- Екран.
- Клавиатура.
- USB конектор.
- Батерия.
- Зарядни устройства за мобилни телефони.
- Sim карта.
Много джаджи са допълнени с различни аксесоари, което разширява обхвата им. Схематична диаграма на вътрешното устройство е показана на фигурата по-долу.
Въпреки това, устройството работи изключително с аналогови радиосигнали, всички процеси в него са напълно дигитализирани. Неговият чип включва аналогови и цифрови блокове.
Аналогов модул
Включва средство за приемане и предаване на сигнали. обикновеноразположен отделно от цифровия възел. По своята производителност прилича на радиотелефон, но работи по GSM стандарта. Приемникът и предавателят не работят синхронно, сигналът се изпраща със закъснение 1/8. Това ви позволява да пестите енергия на батерията и да интегрирате усилвателя със смесител. Тъй като устройството никога не работи за приемане и предаване по едно и също време, това е един вид превключвател, който превключва антената от един режим в друг.
При приемане, след преминаване през каналния филтър, сигналът се усилва от LNA и се изпраща към миксера. След това се демодулира и изпраща към аналогово-цифров преобразувател, който го преобразува в цифров сигнал, необходим за захранване на процесора.
При предаване логически генератор модулира цифрови данни в сигнал. По-нататък, през миксера, той влиза в честотния синтезатор, след което преминава към каналния филтър и усилен. Само сигнал с достатъчна сила се подава към антената, откъдето отива в космоса.
Цифров модул
Основният елемент и мозъкът на цялата система е централният процесор, който обработва цялата входяща информация. Чипсетът на микросхемата се използва подобно на компютърния, но по отношение на производителност и мощност не може да се конкурира с него. В допълнение към процесора, това устройство включва:
- Аналогово-цифров преобразувател, който преобразува аналоговите микрофонни сигнали в цифрови данни.
- Кодер и декодер за реч и канали.
- Цифрово-аналогов преобразувател.
- Декодер иенкодер.
- Детектор за речева активност. Позволява на възлите да работят само когато присъства речта на повикващия.
- Терминални фондове. Формира комуникационен интерфейс с външни устройства като компютър или зарядно за телефон.
- Безжични модули.
- Клавиатура.
- Дисплей.
- Говорител.
- Микрофон.
- Модул за камера.
- Подвижно съхранение.
- Sim карта.
Някои компании използват два микрофона. Един е необходим за потискане на външния шум. Също така понякога се използват два високоговорителя: единият за телефонни разговори, другият за възпроизвеждане на музика.
Принципът на работа на мобилни устройства в клетъчна мрежа
Мобилните телефони работят в GSM мрежата на четири честоти:
- 850 MHz.
- 900 MHz.
- 1800 MHz.
- 1900 MHz.
Системният стандарт включва три основни компонента:
- Подсистема за базова станция (BSS).
- Превключване на превключваща подсистема (NSS).
- Център за обслужване и управление (OMC).
Устройството взаимодейства с базови станции (кули). След като го включи, той започва да сканира мрежи от своя стандарт, които разпознава по идентификатора за излъчване. Ако е налично, телефонът избира станцията, чиято сила на сигнала е по-висока. Следва удостоверяването. Идентификаторите са уникални номера на SIM карти IMSI и Ki. След това центърът за удостоверяване (AuC) изпраща произволно число към устройството, което е ключът за специален алгоритъмизчисление. В същото време системата извършва такова изчисление самостоятелно. Ако резултатите от базата и устройството съвпадат, тогава телефонът е регистриран в мрежата.
Уникалният идентификатор за устройството е неговият IMEI, който се съхранява в енергонезависима памет. Този номер е зададен от производителя и е негов паспорт. Първите осем цифри на IMEI включват описанието на устройството, останалите са серийният номер с контролна цифра.
След успешна регистрация, телефонът е готов за обмен на сигнали с базови станции. Както бе споменато по-рано, подредбата на телефоните на клетъчните оператори е подобна на системата на DECT устройствата, но със свои собствени разлики. Преди да излезе в ефир, мобилният сигнал се криптира и разделя на сегменти от 20 ms. Кодирането се извършва съгласно стандартния алгоритъм на EFR с помощта на публичен ключ. А антената се активира от детектор за речева активност (VAD), тоест когато човек започне да говори. Прекъсването на говора се обработва от кодека с помощта на алгоритъма DTX. От приемащата страна сигналът се обработва по същия начин, но в обратен ред.
Зарядни
Зарядните устройства за мобилни телефони са важен компонент, тъй като поддържат функционирането на устройството. Тяхната пряка цел е да намалят напрежението и тока на електрическата мрежа до необходимите стойности и да ги подадат към батерията. По принцип изходното напрежение е 5V, токът зависи от модела и капацитета на батерията. Времето за зареждане на батерията също зависи от нейната сила.
Споделяне на зарядните устройства:
- Включенотрансформатор.
- Pulse.
Първите не се страхуват от падане на напрежението и винаги имат голям запас по тока. Концепцията им е много проста. Понижаващата бобина се захранва с мрежово напрежение, което го намалява до желаните стойности. Токът от втората намотка преминава към диодния мост, където е инсталиран кондензаторът. Той действа като филтър срещу токови удари и поема излишъка. След това резисторът намалява тока и го прехвърля към батерията.
Веригата на импулсната памет е по-сложна и е направена с помощта на диоди и транзистори.
Поддръжка на безжични системи за предаване на данни
В момента има три начина за прехвърляне на данни:
- Инфрачервена.
- Bluetooth.
- Wi-Fi.
Първата се оказа неефективна, така че не се използва. Последните две са внедрени на почти всички устройства. Bluetooth има малък обхват и се използва главно за организиране на комуникационен интерфейс с преносими устройства за телефона.
Wi-Fi се счита за по-усъвършенстван формат и се използва за достъп до Интернет. Трябва да се отбележи, че има специален софтуер, който ви позволява да извършвате разговори през интернет, без да използвате клетъчна връзка. Също така, използвайки тази технология, можете да организирате локална мрежа, към която няколко устройства могат да се свързват наведнъж и да обменят данни.
Допълнителни аксесоари
Производствените компании се опитват по всякакъв възможен начин да привлекат клиенти към своите продукти,следователно непрекъснато разширявайте обхвата на предлаганата номенклатура. Това включва:
- Калъфи.
- Защита за стъкло.
- Преносими устройства за телефона, като слушалки.
- Подвижни устройства.
- Мултимедия.
- Умни инструменти.
- USB устройства за вашия телефон, като кабели, адаптери или зарядни устройства.
Такива помощни програми значително разширяват възможностите на джаджи и улесняват живота на техните собственици.
Сравнителни характеристики на съвременните модели телефони
За да разберете какво представляват съвременните телефони, трябва да видите техните параметри ясно. Но да се има предвид една марка е несправедливо. Прегледът на една извадка няма да даде пълна картина, следователно за сравнение и анализ бяха взети три флагмански смартфона на марките Samsung (устройството на телефоните на тази марка не се различава твърде много от другите), Apple и Xiaomi. По ценова категория те се подредиха в следния ред:
- Apple.
- Samsung.
- Xiaomi.
Съдейки по цената, iPhone използва модерни технологии с най-високи параметри. Samsung обаче е на пазара от 1938 г. и е натрупал много опит. Като цяло целта на сравнението не е да се идентифицира победителят и да се отговори на въпроса кое е по-добро - устройството на телефони на "Android" или на платформата iOS. Предизвикателството е да се покаже колко високо е достигнала технологията.
| Имена на параметри | Apple | Sumsung | Xiaomi |
| Размери, мм | 77, 4×157, 5×7, 7 | 76, 4×161, 9×8, 8 | 74, 9×150, 9×8, 1 |
| Тегло, g | 208 | 201 | 189 |
| Поддръжка на мрежа | Телефоните на Samsung, Apple и Xiaomi поддържат 2G, 3G, 4G мрежи | ||
| Sim карти | 1 без размер | 2 наномащаб | |
| Размер на диагонал на дисплея, инчове | 6, 5 | 6, 4 | 5, 99 |
| Разделителна способност на екрана | 2688×1242 | 2960×1440 | 2160×1080 |
| DPI плътност | 458 | 516 | 403 |
| Производствена технология | OLED | Super AMOLED | IPS |
| Брой цветове на екрана | 16 милиона | 17 милиона | 16,7 милиона |
| Система | iOS | Android | |
| производител на процесора | Apple | Samsung | Qualcomm |
| модел на процесора | A12 Bionic | Exynos 9810 | Snapdragon 845 |
| Брой ядра | 6 | Има 8 от тях в устройството на телефони Xiaomi и Samsung в общата конфигурация, по 4 за всеки | |
| Честота, GHz | 2, 5 | 1, 9; 2, 9 | 1, 8; 2, 8 |
| Технология, nm | 7 | 10 | |
| RAM, GB | 4 | 6 | |
| Вътрешна памет, GB | 256 | 128 | |
| Вградени сензори |
|
|
|
| Разделителна способност на задната камера, MP |
Основна: 12 MP Допълнителна: 12 MP |
||
| Чувствителност на блендата |
Основно: ƒ/2.4 Допълнителен: ƒ/1.8 |
Основно: ƒ/2.4 Допълнителен: ƒ/1.5 |
Основно: ƒ/2.4 Допълнителен: ƒ/1.8 |
| Разделителна способност на предната камера, MP | 7 | 8 | 5 |
| Чувствителност на блендата | ƒ/2.2 | ƒ/1.7 | ƒ/1.7 |
| Поддържа безжична технология | Bluetooth, Wi-Fi | ||
| Сателитно позициониране | GPS, ГЛОНАСС, A-GPS | ||
| Капацитет на батерията, mAh | 3174 | 4000 | 3400 |
| Системи за защита |
|
Телефонът Samsung има само скенер за лице | Xiaomi има скенер за пръстови отпечатъци |
Както можете да видите от таблицата, спецификациите и устройствата на телефоните Samsung, Xiaomi и Apple са почти еднакви. Това говори само за здравословна конкуренция и желание да направите продукта си по-добър за потребителите. Всички производители въвеждат най-новите технологии, които не стоят на едно място и се развиват бързо.
Заключение
Не е минало много време от появата на първия телефон. През този период те са се развили от обикновен набор от части до интелигентни устройства. Те съчетават много функции, които преди са били присвоени на други устройства. И това развитие ще продължи.
