Мобильный телефон с точки зрения физики
Введение
Сотовые телефоны представляют собой технологию, которая существует уже более пятидесяти лет. Однако лишь недавно многие люди стали использовать мобильные телефоны в качестве основной части своей повседневной жизни. В прошлом деловые люди использовали мобильные телефоны для ведения своего бизнеса. В современном обществе мобильный телефо есть почти у каждого человека. Сотовые телефоны интересны, полезны и играют важную роль в нашей жизни, сближая людей и поддерживая постоянную связь друг с другом. Однако большинство людей не понимают физику сотового телефона.
Определение сотового телефона
Сотовые телефоны определяются как сложные радиоприемники. Это тип устройства беспроводной связи, в котором используется множество небольших ячеек с базовой станцией и вышкой сотовой связи в центре каждой ячейки (рисунок 1).
Рисунок 1 – Схема расположения станций
Эти ячейки имеют обширные частоты, которые позволяют тысячам людей использовать сотовые телефоны одновременно. В этом процессе сотовые вызовы передаются от базовой станции к базовой станции, когда пользователь перемещается от ячейки к ячейке. Например, если вы путешествуете из Нью-Хейвена в Род-Айленд, ваш звонок будет переведен с нескольких базирующихся станций по пути. Сотовые телефоны используют коротковолновую аналоговую или цифровую связь, в которой абонент имеет беспроводное соединение от мобильного телефона к относительно близкому передатчику и приемнику на базовой станции.
Как работают сотовые телефоны
Основным компонентом системы сотовых телефонов являются ячейки. Система сотовой связи делит область обслуживания на набор ячеек, которые могут выглядеть как гексагональная сетка. Телефонная башня или базовая станция в центре ячейки занимают площадь в 2 или 3 квадратных мили вокруг башни. Сотовые телефоны передаются на вышки, которые затем соединяют вас с обычной наземной телефонной системой для маршрутизации вызова. Другими словами, передача обслуживания должна происходить, когда вы переходите из одной клетки в другую. В типичном большом городе есть сотни башен, и каждый оператор в каждом городе управляет так называемым центральным офисом, известным как офис коммутации мобильной телефонной связи (MTSO). Например, когда вы едете из одного города в другой каждые пару миль, система переключается на другую ячейку. Вы не понимаете, что происходит, потому что это не заметно. Давайте посмотрим, что происходит, когда вам звонят.
Во-первых, когда вы включаете телефон, он прослушивает специальные частоты (канал управления), которые телефон и вышка используют для общения друг с другом. Если нет каналов управления, телефон отображает сообщение - нет службы, поскольку он знает, что он находится вне зоны действия. Во-вторых, телефон передает запрос на регистрацию, так что MTSO отслеживает местоположение вашего телефона в базе данных. Для MTSO важно знать, в какой ячейке вы находитесь, когда он хочет позвонить на ваш телефон. В-третьих, MTSO получает вызов и пытается найти вас, просматривая базу данных, чтобы определить, в какой ячейке вы находитесь. В-четвертых, MTSO выбирает пару частот, которую ваш телефон будет использовать в этой ячейке для приема вызова. В-пятых, MTSO связывается с вашим телефоном по каналу управления, чтобы сообщить ему, какие частоты использовать, и когда ваш телефон и вышка переключаются на эти частоты, вы подключены и разговариваете. И, в-шестых, когда вы двигаетесь к краю ячейки, вышка сотовой связи отмечает уменьшающийся сигнал. Уменьшающийся сигнал указывает на то, что каналу управления пора передать вас в следующую ячейку.
Аналоговые и цифровые сигналы
Аналоговый сигнал имеет радиочастотный сигнал базовой несущей, который каким-то образом изменяется для усиления силы сигнала или изменения частоты для добавления информации к сигналу. Аналоговый сигнал может быть представлен в виде последовательного сигнала для несущей сигнала, известной как синусоидальные волны, поскольку несущие волны аналогичны колебаниям человеческого голоса или другого передаваемого звука
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
. Advanced Mobile Phone System (AMPS), первая распространенная система сотовой связи в США, использует диапазон частот от 824 МГц до 894 МГц для аналоговых сотовых телефонов. Герц (Гц) равен циклам в секунду, а Мегагерц (МГц) равен одному миллиону циклов в секунду. Частоты, выбранные для использования в аналоговых голосовых каналах, имеют ширину 30 кГц, поскольку они обеспечивают качество голоса, сопоставимое с проводным телефоном. Частоты передатчика и приемника каждого речевого канала разделены на 45 МГц, чтобы они не мешали друг другу. Каждый оператор имеет 395 голосовых каналов и 21 канал управления для регистрации и пейджинга. Каждая ячейка использует только одну седьмую своих частот. Это помогает шестиугольной ячейке и шести ячейкам сетки использовать частоты. Цифровые мобильные телефоны по-разному используют одну и ту же технологию радиосвязи. Например, цифровые телефоны преобразуют голос в двоичную информацию (1 и 0), а затем сжимают ее. Это сжатие позволяет десяти цифровым телефонам занимать такое же частотное пространство, что и один аналоговый сотовый телефон.
Технология сотового доступа
В сетях сотовой связи используются три распространенные технологии: 1) множественный доступ с частотным разделением (FDMA); 2) множественный доступ с временным разделением (TDMA) и множественный доступ с кодовым разделением (CDMA).
Сначала FDMA переводит каждый вызов на отдельную частоту. Он разделяет спектр на отдельные голосовые каналы, разделяя его на равные части полосы и отправляя его. Это используется в основном для аналоговых и не считается эффективным.
Затем TDMA назначает каждой соте определенную часть времени на назначенной частоте. TDMA - это аналоговый канал шириной 30 МГц, разбитый на временные интервалы 6,7 миллисекунды, каждый из которых разделен на три временных интервала. Голосовые данные сжимаются в цифровую информацию с меньшим пространством передачи, чем аналоговые. TDMA - это технология доступа для глобальной системы связи для мобильной связи (GSM), которая работает в США на частоте 1,9 ГГц. Она используется в цифровой сотовой связи.
CDMA дает уникальный код каждому вызову и распространяет его по доступным частотам с использованием технологии распространения. Каждый телефон будет передавать на всех выделенных частотах. Каждый телефон использует другое случайное число, чтобы решить, какую частоту выбрать. Он назначит код и отметит время каждого сигнала. Он использует глобальную систему позиционирования (GPS) для получения информации.
Части сотового телефона
Если вы разберете сотовый телефон, вы обнаружите, что он содержит всего несколько отдельных частей, таких как антенна, жидкокристаллический дисплей (ЖКД), клавиатура, микрофон, динамик и аккумулятор. Внутри телефона есть печатная плата. Печатная плата является сердцем системы (рисунок 2).
Рисунок 2 – Сотовый телефон изнутри
Ваше путешествие по компьютерным чипам на плате будет состоять из трех комнат. Сначала вы должны ввести в комнату микросхемы аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования, которые переводят исходящий аудиосигнал из аналогового в цифровой, а входящий сигнал - из цифрового обратно в аналоговый. Он может обрабатывать миллионы вычислений в секунду, чтобы сжимать и распаковывать речевой поток. Затем вы войдете во вторую комнату, где расположен цифровой сигнальный процессор (DSP). Здесь, в этой комнате, вы скоро обнаружите, что DSP - это процессор с индивидуальными настройками, предназначенный для выполнения вычислений по обработке сигналов на высокой скорости. Далее вы войдете в третью комнату с микропроцессором. Микропроцессор управляет всеми основными функциями клавиатуры и дисплея, обрабатывает сигналы команд и управления с базовой станцией (вышкой сотовой связи), а также координирует остальные функции на плате
50% реферата недоступно для прочтения
Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
Задать вопрос
