Telefonen har förändrats mycket sedan den uppfanns. Idag är det inte ens enheten som bara överför en persons röst till en annan över långa avstånd. I den moderna världen är detta ett komplext tekniskt verktyg med artificiell intelligens som inte bara kan ringa och skicka meddelanden, utan också spela upp video och ljud, komma åt Internet, bearbeta stora mängder information och samtidigt utföra många operationer och uppgifter. Vad vet vi om hur telefonen fungerar och hur den fungerar? Inom ramen för den här artikeln kommer vi att försöka förstå problemet.
Födelsen och utvecklingen av telefonen
Grundaren av den första apparaten för att överföra information över avstånd anses vara Samuel Morse, som uppfann telegrafen och morsekoden.
Det är svårt att kalla den här enheten en fullfjädrad telefon, eftersom information överfördes med hjälp av kontaktstängning och specielltMorsekod, som det ofta kallas för kort, utvecklat för det.
Vissa historiker tillskriver uppfinningen av den första telefonen till Antonio Meucci, som han kallade telefotofonen. Han utvecklade ritningarna, men registrerade av någon okänd anledning inte sin skapelse. Därför tillhör patentet Alexander Bell. Hans enhet var utan samtal och hade utåt inte något att göra med moderna enheter.
Telefonenheten var skrymmande och obekväm för förhandlingar och vägde cirka åtta kilo. Detta hindrade dock inte dess popularisering och breda spridning i alla länder. I början av 1900-talet fanns det redan mer än tio tusen stationer i världen. Varje gång gjordes ändringar och förbättringar av dess design, så en separat mikrofon och högtalare dök upp i designen.
Den globala konstruktionen av automatiska telefonväxlar har lett till moderniseringen av enheter. De fick en lur och en disk för att slå abonnentens nummer. Urtavlan innehöll siffror och bokstäver, förutom bokstaven "З", eftersom den liknar en trea. På fasta telefoner med tryckknapp har denna numrering bevarats till denna dag. Detta görs inte alls för att skicka meddelanden, det är lättare att komma ihåg numret. De första enheterna i Sovjetryssland tillhörde två företag: Ericsson och Siemens. Det här var telefoner utan laddare, som fungerade enligt principen att sända och ta emot enkla elektriska impulser.
Trådlösa telefoner dök upp i vårt land på 70-talet av det tjugondeårhundrade. De sände en radiosignal till basen, som i sin tur kommunicerade med en annan abonnent längs linjen genom växlar. Deras handelsnamn är "Altai", de var en prototyp av mobilkommunikation. En sådan installation vägde sju kilo. Den var inte lämplig att bära, så den var utrustad med fordon för operativa tjänster. Upphörde att existera först 2011.
I Ryssland dök den första mobilkommunikationen upp 1991, och den fungerade enligt NMT-standarden. De första leverantörerna av mobiltelefoner var Nokia och Motorola. Priserna för enheterna var kosmiska, och endast mycket rika människor hade råd med dem. GSM-standarden dök upp 1993 och, efter att ha besegrat sina konkurrenter, slog den rot i många länder. Det låter dig implementera en hel del funktioner, inklusive att skicka korta meddelanden. Till en början skulle de skickas som tjänstaviseringar, men användarna gillade alternativet så mycket att det blev en separat tjänst för mobiloperatörer.
Med intåget av de bärbara enheternas era blev mobiltelefonernas enhet mer och mer komplex, storleken och vikten - mindre, och möjligheterna - fler. Från tre kilos jättar har de blivit kommunikationsutrustning i miniatyr som lätt får plats även i handen på ett barn. Med tiden byttes det riktiga tangentbordet ut mot ett virtuellt på pekskärmen. Kameror, fingeravtrycksläsare och många andra enheter dök upp på panelen.
Så fungerar analoga telefoner
Vrid- och tryckknappstelefonenhet liknande tillgänglighetsammansatta block, men skiljer sig i funktionsprincipen. Enheter inkluderar följande moduler:
- Hur med mikrofon och högtalare.
- Telefon.
- Caller.
- Uppringningsenhet.
- Transformer.
- Spakomkopplare.
- Separerande kondensator.
- RF-modul (bärbara stationer).
Spakkontakten är ansvarig för att ansluta enheten till abonnentlinjen. I den trådlösa telefonenheten är anslutningen villkorad av att luren är påslagen.
Mikrofon omvandlar ljudvågor till elektriska signaler. Enheter är indelade i elektrodynamisk, kondensator, kol, elektromagnetisk och piezoelektrisk. De är också uppdelade i aktiva och passiva. Aktiva bildar en elektromagnetisk impuls från ljud, passiva ändrar parametrarna för andra noder, främst kapacitans och motstånd. De senare kräver en extra strömförsörjning.
Telefonen översätter elektriska impulser till ljud. Den elektriska strömmen som flyter genom spolarna bildar ett växelmagnetiskt fält som får högtalarmembranet att vibrera. Elektrodynamiska och elektromagnetiska enheter använder ett differentiellt magnetiskt system, piezoelektriska enheter deformerar elementen i membranet av ljudfrekvenskällor som är associerade med det.
Den anropande enheten kan vara induktion och elektronisk. Krävs för att meddela abonnenten om ett inkommande samtal. Den första, med hjälp av strömmen som flyter i spolarna, får anfallaren att vibrera och träffa de ringande kopparna. Den elektroniska enheten bearbetarinformation om den inkommande signalen och omdirigerar den till en gemensam högtalare i form av pulser med en given frekvens, vilket kallas en ringsignal.
RF-modulen finns endast i den trådlösa telefonenheten. Den är utformad för att utbyta information mellan telefonen och mottagaren via radiosignaler.
Transformatorn kopplar de individuella talnoderna till varandra. Eliminerar också effekten av lok alt eko i handenheten och är ansvarig för matchning med linjeimpedansen.
En frånkopplingskondensator behövs för att ansluta telefonen till linjen i läget för att ta emot en inkommande signal och vänta på en utgående. Stöder hög resistans mot stor inspänning och låg resistans mot liten inspänning.
Uppringaren är puls (disk) och elektronisk (knapp). I den första varianten stänger det mekaniska hjulet, roterande, kontakterna och skickar signaler till den automatiska telefonväxeln. Deras nummer motsvarar ett specifikt nummer av abonnentens nummer. Elektroniska fungerar genom integrerade kretsar som artificiellt genererar pulser med hjälp av halvledarreläer och skickar dem till stationens mottagare. Moderna PBX:er behåller fortfarande denna metod för att ringa en abonnent, men använder oftare tonval. Moderna enheter stöder även IP-telefoni. Funktionsprincipen för tonval är att generera korttidssignaler med förinställda frekvenser, vars värde motsvarar ett visst nummer av numret. Enheten för att ansluta en telefon via IP-protokoll innebär användning av en leverantörs server via en dedikerad internetkanal från vilken ett samtal görs. Mobila enheter skickar radiosignaler med en given frekvens till mobilmasters kommunikationssystem.
Principen för drift av enheter i trådbundna nätverk
För att förstå mobiltelefonen till fullo måste du veta hur det analoga PBX-systemet fungerar. Även om mobiltelefoner är komplexa digitala strukturer med integrerade kretsar, fungerar de på grundprincipen för konventionella fasta telefoner.
Varje tjänsteleverantör tilldelar sina kunder unika identifieringsnummer genom att skilja dem från varandra. I det här fallet kallas detta numret på den abonnent eller anslutningspunkt som ledningarna passar till. När telefonväxeln skickar en signal är telefonen i avstängt läge, det vill säga luren är på maskinen och luren är i öppet läge. När ett samtal tas emot från linjen passerar strömmen genom primärlindningen, vilket gör att kammen vibrerar och slår mot kopparna. I elektroniska system sker detta annorlunda, signalen matas till en extern högtalare och vid utgången hör vi till exempel en melodi eller fågelsång. Efter att abonnenten lyfter telefonen stängs samtalsmodulen och uppringningskretsen och mottagningen öppnas med hjälp av reläet.
Att ringa till en annan användare sker i omvänd ordning. En person tar upp telefonen, som stänger en krets och kopplar bort en annan. Samtalet görs i uppringningsmodulen genom att sända pulser eller signaler till stationens växlingsenheter. Hon i sin tur känner igen siffrorna, kombinerar dem till ett enda nummer, omdirigerar tillönskad punkt.
Röstöverföring i analoga system uppstår på grund av vibrationen från mikrofonmembranet. I kol skapar det en tätning, vilket orsakar en störning av spolens magnetfält. Denna oscillation genererar en puls som skickar till en annan mottagare.
Skematisk design av mobiltelefoner
Mobiltelefonenheten bör pekas ut i en separat kategori, eftersom den i sin utförande påminner om ett DECT-system, men med ett antal skillnader. Den sänder också en radiosignal till mottagaren, men först krypteras den. Använder sina egna frekvenser och kanaler för arbetet. Men att presentera en mobilpryl som telefon är inte helt korrekt. Det har länge varit en multifunktionell enhet.
Om vi talar om extern prestanda, bör följande noteras:
- Formfaktor. Det kan vara en hopfällbar eller glidande kropp.
- Kamera.
- Mikrofon.
- Högtalare.
- Skärm.
- tangentbord.
- USB-kontakt.
- Batteri.
- Laddare för mobiltelefoner.
- Simkort.
Många prylar kompletteras med olika tillbehör, vilket utökar deras räckvidd. Schematiskt diagram över den interna enheten visas i figuren nedan.
Trots detta fungerar enheten uteslutande med analoga radiosignaler, alla processer i den är helt digitaliserade. Dess chip inkluderar analoga och digitala block.
Analog modul
Den inkluderar ett sätt att ta emot och sända signaler. Vanligtvisplacerad separat från den digitala noden. Enligt dess prestanda liknar den en radiotelefon, men fungerar enligt GSM-standarden. Mottagare och sändare fungerar inte synkront, signalen skickas med 1/8 fördröjning. Detta gör att du kan spara batteri och integrera förstärkaren med en mixer. Eftersom enheten aldrig fungerar för att ta emot och sända samtidigt är det en sorts switch som växlar antennen från ett läge till ett annat.
Vid mottagning, efter att ha passerat genom kanalfiltret, förstärks signalen av LNA och skickas till mixern. Den demoduleras sedan och skickas till en analog-till-digital-omvandlare, som omvandlar den till den digitala signal som behövs för att driva CPU:n.
Vid överföring modulerar en logikgenerator digital data till en signal. Vidare, genom mixern, kommer den in i frekvenssyntesen, varefter den passerar till kanalfiltret och förstärker ett. Endast en signal med tillräcklig styrka matas till antennen, varifrån den går ut i rymden.
Digitalmodul
Huvudelementet och hjärnan i hela systemet är den centrala processorn, som bearbetar all inkommande information. Chipsetet på mikrokretsen används på samma sätt som en dator, men när det gäller prestanda och kraft kan den inte konkurrera med den. Förutom CPU:n innehåller denna enhet:
- En analog till digital-omvandlare som omvandlar analoga mikrofonsignaler till digital data.
- Tal- och kanalkodare och avkodare.
- Digital-till-analog-omvandlare.
- Dekoder ochkodare.
- Talaktivitetsdetektor. Gör det möjligt för noder att endast fungera när uppringarens tal är närvarande.
- Terminalmedel. Bildar ett kommunikationsgränssnitt med externa enheter som en dator eller telefonladdare.
- Trådlösa moduler.
- tangentbord.
- Display.
- Högtalare.
- Mikrofon.
- Kameramodul.
- Flyttbart lagringsutrymme.
- Simkort.
Vissa företag använder två mikrofoner. En behövs för att dämpa externt brus. Ibland används också två högtalare: en för telefonsamtal, den andra för att spela musik.
Principen för drift av mobila enheter i ett mobilnät
Mobiltelefoner fungerar på GSM-nätet på fyra frekvenser:
- 850 MHz.
- 900 MHz.
- 1800 MHz.
- 1900 MHz.
Systemstandarden innehåller tre huvudkomponenter:
- Basstation Subsystem (BSS).
- Switching Switching Subsystem (NSS).
- Service and Management Center (OMC).
Enheten interagerar med basstationer (torn). Efter att ha slagit på den börjar den skanna nätverk av sin standard, som den känner igen av sändningsidentifieraren. Om tillgängligt väljer telefonen den station vars signalstyrka är högre. Därefter kommer autentiseringen. Identifierare är unika SIM-kortsnummer IMSI och Ki. Därefter skickar autentiseringscentret (AuC) ett slumpmässigt nummer till enheten, vilket är nyckeln till en speciell algoritmdatoranvändning. Samtidigt utför systemet en sådan beräkning på egen hand. Om resultaten från basen och enheten stämmer överens är telefonen registrerad på nätverket.
Den unika identifieraren för enheten är dess IMEI, som lagras i ett icke-flyktigt minne. Detta nummer ställs in av tillverkaren och är hans pass. De första åtta siffrorna i IMEI inkluderar beskrivningen av enheten, resten är serienumret med en kontrollsiffra.
Efter framgångsrik registrering är telefonen redo att utbyta signaler med basstationer. Som nämnts tidigare liknar arrangemanget av telefoner för mobiloperatörer systemet med DECT-enheter, men med sina egna skillnader. Innan den går i luften krypteras mobilsignalen och delas upp i segment på 20 ms. Kodning utförs enligt EFR-standardalgoritmen med hjälp av en publik nyckel. Och antennen aktiveras av en talaktivitetsdetektor (VAD), det vill säga när en person börjar prata. Taldiskontinuitet hanteras av codec med hjälp av DTX-algoritmen. På den mottagande sidan bearbetas signalen på samma sätt, men i omvänd ordning.
Laddare
Laddare för mobiltelefoner är en viktig komponent, eftersom de håller enheten i funktion. Deras direkta syfte är att minska spänningen och strömmen på elnätet till de erforderliga värdena och förse det med batteriet. I grund och botten är utspänningen 5V, strömmen beror på batteriets modell och kapacitet. Batteriets laddningstid beror också på dess styrka.
Laddare delar:
- Påtransformator.
- Pulse.
De första är inte rädda för spänningsfall och har alltid en stor strömmarginal. Deras koncept är väldigt enkelt. Nedtrappningsspolen matas med nätspänning, vilket reducerar den till önskade värden. Strömmen från den andra lindningen passerar till diodbryggan, där kondensatorn är installerad. Den fungerar som ett filter mot överspänningar och tar över överskottet. Därefter sänker motståndet strömmen och överför den till batteriet.
Pulsminneskretsen är mer komplex och är gjord med dioder och transistorer.
Stöd för trådlösa dataöverföringssystem
För närvarande finns det tre sätt att överföra data:
- Infraröd.
- Bluetooth.
- Wi-Fi.
Den första visade sig vara ineffektiv, så den används inte. De två sista är implementerade på nästan alla enheter. Bluetooth har kort räckvidd och används främst i syfte att organisera ett kommunikationsgränssnitt med bärbara enheter för telefonen.
Wi-Fi anses vara ett mer avancerat format och används för att komma åt Internet. Det bör noteras att det finns speciell programvara som låter dig ringa samtal över Internet utan att använda en mobilanslutning. Med den här tekniken kan du också organisera ett lok alt nätverk till vilket flera enheter kan anslutas samtidigt och utbyta data.
Valfria tillbehör
Tillverkningsföretag försöker på alla möjliga sätt attrahera kunder till sina produkter,utöka därför hela tiden utbudet av den erbjudna nomenklaturen. Detta inkluderar:
- Cases.
- Glasskydd.
- Bärbara enheter för telefonen, till exempel ett headset.
- Flyttbara enheter.
- Multimedia.
- Smarta verktyg.
- USB-enheter för din telefon, till exempel kablar, adaptrar eller laddare.
Sådana verktyg utökar kapaciteten för prylar och gör livet enklare för sina ägare.
Jämförande egenskaper hos moderna telefonmodeller
För att förstå vad moderna telefoner är måste du se deras parametrar tydligt. Men att överväga ett varumärke är orättvist. En granskning av ett prov kommer inte att ge en fullständig bild, därför togs tre flaggskeppssmarttelefoner från Samsung-märken för jämförelse och analys (enheten för telefoner av detta märke är inte alltför olik andra), Apple och Xiaomi. Efter priskategori ställde de upp i följande ordning:
- Apple.
- Samsung.
- Xiaomi.
Att döma av priset använder iPhone avancerad teknik som har de högsta parametrarna. Samsung har dock funnits på marknaden sedan 1938 och har samlat på sig mycket erfarenhet. I allmänhet är syftet med jämförelsen inte att identifiera vinnaren och svara på frågan om vilken som är bättre - enheten för telefoner på "Android" eller på iOS-plattformen. Utmaningen är att visa hur högt tekniken har kommit.
| Parameternamn | Apple | Sumsung | Xiaomi |
| Dimensioner, mm | 77, 4×157, 5×7, 7 | 76, 4×161, 9×8, 8 | 74, 9×150, 9×8, 1 |
| Vikt, g | 208 | 201 | 189 |
| Nätverkssupport | Samsung, Apple och Xiaomi-telefoner stöder 2G, 3G, 4G-nätverk | ||
| Sim-kort | 1 ostorlek | 2 nanoskala | |
| Diagonal skärmstorlek, tum | 6, 5 | 6, 4 | 5, 99 |
| Skärmupplösning | 2688×1242 | 2960×1440 | 2160×1080 |
| DPI-densitet | 458 | 516 | 403 |
| Produktionsteknik | OLED | Super AMOLED | IPS |
| Antal färger på skärmen | 16 miljoner | 17 miljoner | 16,7 miljoner |
| System | iOS | Android | |
| CPU-tillverkare | Apple | Samsung | Qualcomm |
| CPU-modell | A12 Bionic | Exynos 9810 | Snapdragon 845 |
| Antal kärnor | 6 | Det finns 8 av dem i enheten på Xiaomi- och Samsung-telefoner i den allmänna konfigurationen, 4 för varje | |
| Frekvens, GHz | 2, 5 | 1, 9; 2, 9 | 1, 8; 2, 8 |
| Teknik, nm | 7 | 10 | |
| RAM, GB | 4 | 6 | |
| Internt minne, GB | 256 | 128 | |
| Inbyggda sensorer |
|
|
|
| Backkameraupplösning, MP |
Main: 12 MP Auxiliary: 12 MP |
||
| Bländarkänslighet |
Main: ƒ/2.4 Auxiliary: ƒ/1,8 |
Main: ƒ/2.4 Auxiliary: ƒ/1,5 |
Main: ƒ/2.4 Auxiliary: ƒ/1,8 |
| Frontkameraupplösning, MP | 7 | 8 | 5 |
| Bländarkänslighet | ƒ/2.2 | ƒ/1,7 | ƒ/1,7 |
| Stöder trådlös teknik | Bluetooth, Wi-Fi | ||
| satellitpositionering | GPS, GLONASS, A-GPS | ||
| Batterikapacitet, mAh | 3174 | 4000 | 3400 |
| Skyddssystem |
|
Samsung-telefonen har bara en ansiktsskanner | Xiaomi har en fingeravtrycksläsare |
Som du kan se i tabellen är specifikationerna och enheterna för Samsung-, Xiaomi- och Apple-telefoner nästan desamma. Detta talar bara om sund konkurrens och viljan att göra din produkt bättre för användarna. Alla tillverkare introducerar den senaste tekniken som inte står stilla och som utvecklas snabbt.
Slutsats
Det har inte gått mycket tid sedan den första telefonen dök upp. Under denna period har de utvecklats från en enkel uppsättning delar till smarta enheter. De kombinerar många funktioner som tidigare tilldelats andra enheter. Och denna utveckling kommer att fortsätta.
