手機的工作原理

相信對於在座各位,生活中已經離不開手機了,日常社交,遊戲,影音等都需要它,但作爲手機的最基礎功能,打電話用的也越來越少了,那麼今天我們就講講手機通話的基礎原理,還有不同代的移動通信技術。 在硬件上,當你對着手機通話時,手機的麥克風會捕捉你的聲音,麥克風藉助傳感器將聲音的模擬信號轉換爲數字信號,數字信號用0和1的形式來代表聲音。 手機內部的天線接收這些0和1,並以電磁波的形式傳輸出去,這就是一個完整的通話傳輸流程。 有個問題,現實中電磁波無法長距離傳播,因爲會被建築物,電氣設備或者天氣影響波的強度,就像我們在電梯裏或者深山老林會沒信號那樣,事實上,即便沒有這些阻擋,電磁波也無法傳遞下去,因爲地球是圓的。 爲了克服這個問題,就需要建設蜂窩塔,也就是基站。 在蜂窩塔的建築中,地理區域被劃分爲六角形小區,每個小區都有自己的信號塔和頻率槽,這些密密麻麻的信號塔通過電線或者光纖連接。 流程就是你發出聲音,被手機捕捉,並以電磁波的形式傳輸到信號塔,信號塔會將其轉換爲高頻光脈衝,這些光脈衝被傳送到位於塔底的基站收發器箱,進行進一步的信號處理。 處理後,你的聲音信號將被送到目的地信號塔,再由目的地信號塔以電磁波的形式向外輻射,然後你朋友的手機就會收到來電。 然而還有一個大問題,就是信號塔怎麼知道你的朋友位於哪個信號塔區域,並準確傳遞到其手機上而不會傳遞到其他人手機上呢? 這就需要移動交換中心出馬了,簡稱MSC,我們有必要了解一下移動交換中心的原理,當您註冊SIM卡時,所有的信息都儲存在指定地區的MSC中,包括實時的位置信息和活動狀態,如果你外出出差,移動到本地MSC的範圍之外,就會有當地的MSC接替提供服務。 當你進入外地MSC區域時,它會與您所在的MSC通信,簡而言之就是你的歸屬地MSC始終知道你位於哪個區域。 其有三種方法能確定你的位置,第一是每隔固定時間更新位置信息,第二是當你攜帶手機穿過預定數量的信號塔時,位置更新,還有一種是手機開機時自動更新位置信息。 接下來我們完整走一遍流程,假設愛安想給昆昆打電話,當愛安撥打昆昆的號碼時,呼叫請求到達愛安所在地的MSC,收到昆昆的號碼後,請求被轉發到昆昆所在地的MSC,然後昆昆歸屬地的MSC檢查他當前的位置信息。 如果昆昆處於本地,那麼呼叫請求立即發送到他當前位置,並檢查昆昆是否佔線或者關機,一切正常的話,通話正常接通。 如果昆昆此時在外地的話,則昆昆的歸屬地將呼叫請求轉發到外地,然後按照上面的方式定位昆昆並撥打電話。 還有頻譜的分配,根據不同的業務區分,避免頻率使用方面混亂。 最後我們來了解一下每個時代的移動通信技術,1G時代首次允許用戶攜帶不連接電纜的電話,就是無線通信,但1G提供的語音質量很差,安全性也很差。 2G引入了革命性的數據服務,短信和互聯網。 3G技術的重點是提供更高的數據傳輸速度,能夠傳輸GPS,視頻,語音通話等數據。 可以說,3G是普通手機向智能手機轉變的一大分水嶺了。 然後是4G,現在還有很多人在用4G,其速度達到20-100MB每秒,適合高分辨率電影和短視頻。 遙遙領先的是5G,它將提供物聯網的無縫連接支持,例如無人駕駛汽車和智能家居,並且帶來的新技術,新發明,新產品是非常非常多的。