Как работает ваш мобильный телефон? | ICT #1

Мобильные телефоны являются неотъемлемой частью повседневной жизни. Их технология не только облегчает совершение звонков с помощью сложных процессов, но и развивается на протяжении многих поколений средств связи. В статье рассказывается об инновациях, лежащих в основе подключения к интернету, и о прогрессивном развитии систем мобильной связи.

Мобильная связь преобразует устную речь в цифровые сигналы с помощью современных микрофонов с MEMS-датчиками и интегральных схем, преобразующих звук в нули и единицы. Затем антенна кодирует эти двоичные сигналы в электромагнитные волны, модулируя частоту, амплитуду или фазу, при этом, например, низкие и высокие частоты представляют собой двоичные значения. Несмотря на эффективность передачи цифровых данных, электромагнитные волны теряют силу на расстоянии из-за препятствий и воздействия окружающей среды.

Электромагнитные волны сталкиваются с неотъемлемыми ограничениями, поскольку они не могут распространяться бесконечно из-за изогнутой поверхности Земли. Для решения этой проблемы и обеспечения того, чтобы сигналы достигали границ естественного горизонта, были построены вышки сотовой связи. Этот прогресс в инфраструктуре позволил обеспечить непрерывную и надежную беспроводную связь, несмотря на физические ограничения.

Технология сотовой связи делит географические районы на соединенные шестиугольные ячейки, каждая из которых обслуживается специальной вышкой с уникальным частотным диапазоном. Вышки соединяются с помощью оптоволоконных кабелей, проложенных под землей или под океаном, для обеспечения широкой связи. Электромагнитные волны от мобильных устройств преобразуются в высокочастотные световые импульсы на этих вышках, затем обрабатываются и направляются к вышке назначения. По прибытии световые импульсы преобразуются обратно в электромагнитные волны, объединяя беспроводные и проводные компоненты для обеспечения бесперебойной мобильной связи.

Центр коммутации мобильной связи служит центральным узлом для сети вышек сотовой связи, где изначально регистрируются данные о подписке на SIM—карту, включая тарифные планы и текущее местоположение, и она обозначается как домашний MSC. Система отслеживает активность пользователя в режиме реального времени, гарантируя, что даже когда пользователь покидает свою домашнюю зону, новый, зарубежный MSC поддерживает обратную связь с домашним MSC. Такая четкая координация гарантирует непрерывную связь и точное отслеживание местоположения в разных регионах сети.

Мобильные сети регулярно обновляют местоположение абонента с использованием временных интервалов, при пересечении нескольких вышек или при включении телефона, что обеспечивает точное отслеживание местоположения. Инициация вызова осуществляется от домашнего абонента к домашнему абоненту абонента, который проверяет текущее местоположение вызываемого абонента. Если вызываемый абонент остается в пределах своего домашнего MSC, система подтверждает доступность и подключает вызов; в противном случае запрос перенаправляется на зарубежный MSC, который повторяет процедуру установления соединения.

Эффективное управление частотным спектром имеет жизненно важное значение, поскольку каждому мобильному абоненту назначается определенный диапазон частот для передачи цифровых нулей и единиц. Ограниченный доступный спектр резко контрастирует с миллиардами пользователей, которые полагаются на него. Эта проблема решается с помощью двух целевых технологий, оптимизирующих использование спектра.

В телекоммуникационных сетях реализованы два метода управления частотными интервалами. Один из методов назначает отдельные частотные интервалы отдельным вышкам сотовой связи. Другой метод эффективно распределяет один частотный интервал между всеми активными пользователями в зоне действия сотовой связи.

Технологии мобильной связи подразделяются на различные поколения, которые отражают значительный прогресс в области инноваций и подключения к интернету. Смена поколений представляет собой значительный прогресс, направленный на удовлетворение меняющихся потребностей в средствах связи. Эти классификации подчеркивают динамичное развитие технологий по мере их совершенствования с течением времени. Исследование требует понимания того, как каждый этап разработки мобильных приложений знаменует собой кардинальный сдвиг в отрасли.

1G открыл новые горизонты, обеспечив настоящую мобильность без ограничений по кабелю. Однако при передаче голоса использовались аналоговые сигналы, которые были подвержены помехам, что приводило к снижению качества и безопасности. Кроме того, использование множественного доступа с частотным разделением частот привело к неэффективному использованию доступного спектра.

Второе поколение мобильной связи ознаменовало собой решительный переход к цифровым технологиям, использующим TDMA и CDMA для обеспечения эффективных соединений. Цифровые технологии множественного доступа позволили совершить революционный скачок по сравнению с аналоговыми системами. Новаторские инновации, такие как SMS и просмотр интернет-страниц, изменили представление о мобильных данных, проложив путь к современным возможностям подключения.

3G увеличил скорость мобильной передачи данных до 2 Мбит/с за счет использования множественного доступа WCD и расширенной полосы пропускания, включив такие функции, как GPS, потоковое видео и голосовые вызовы. Переход к 4G повысил скорость передачи данных до 20-100 Мбит/с, что сделало возможным просмотр фильмов и телепередач в высоком разрешении. Передовые технологии OFD и MIMO, которые объединяют несколько антенн как в мобильных устройствах, так и в вышках, обеспечили этот значительный скачок в области мобильной связи.

5G, следующий шаг в развитии мобильной связи, использует усовершенствованную технологию MIMO и миллиметровые волны для более быстрого и надежного подключения. Этот прорыв обеспечивает плавную интеграцию устройств Интернета вещей, способствуя внедрению таких инноваций, как автомобили без водителя и "умные дома". Технологические достижения обещают преобразить возможности подключения, заложив основу для будущих инноваций.