Puhelin on muuttunut paljon keksimisen jälkeen. Nykyään se ei ole edes laite, joka yksinkertaisesti välittää yhden henkilön ääntä toiselle pitkiä matkoja. Nykymaailmassa tämä on monimutkainen tekninen työkalu tekoälyllä, joka ei voi vain soittaa ja lähettää viestejä, vaan myös toistaa videota ja ääntä, käyttää Internetiä, käsitellä suuria tietomääriä ja suorittaa samanaikaisesti monia toimintoja ja tehtäviä. Mitä tiedämme puhelimen toiminnasta ja miten se toimii? Tämän artikkelin puitteissa yritämme ymmärtää tämän ongelman.
Puhelimen synty ja kehitys
Ensimmäisen tiedonsiirtolaitteen perustajana pidetään Samuel Morsea, joka keksi lennätin ja morsekoodin.
Tätä laitetta on vaikea kutsua täysiv altaiseksi puhelimeksi, koska tiedot välitettiin käyttämällä kontaktien sulkemista ja erityisestiMorsekoodi, kuten sitä usein kutsutaan lyhyesti, on kehitetty sitä varten.
Jotkut historioitsijat uskovat ensimmäisen puhelimen keksimisen Antonio Meuccille, jota hän kutsui puhelinpuhelimeksi. Hän kehitti piirustukset, mutta ei jostain tuntemattomasta syystä rekisteröinyt luomuksiaan. Siksi patentti kuuluu Alexander Bellille. Hänen laitteensa oli ilman puhelua, eikä sillä ollut mitään tekemistä nykyaikaisten laitteiden kanssa.
Puhelinlaite oli iso ja neuvottelujen kann alta hankala, paino noin kahdeksan kiloa. Tämä ei kuitenkaan estänyt sen yleistymistä ja laajaa leviämistä kaikissa maissa. 1900-luvun alussa maailmassa oli jo yli kymmenen tuhatta asemaa. Joka kerta sen suunnitteluun tehtiin muutoksia ja parannuksia, joten sen suunnitteluun ilmestyi erillinen mikrofoni ja kaiutin.
Automaattisten puhelinvaihteiden maailmanlaajuinen rakentaminen on johtanut laitteiden modernisointiin. He saivat luurin ja levyn tilaajanumeron valitsemista varten. Kellotaulussa oli numeroita ja kirjaimia, paitsi kirjain "З", koska se muistuttaa kolmea. Painikkeilla olevissa kiinteissä puhelimissa tämä numerointi on säilynyt tähän päivään asti. Tätä ei tehdä ollenkaan viestien lähettämiseen, numero on helpompi muistaa. Ensimmäiset laitteet Neuvosto-Venäjällä kuuluivat kahdelle yritykselle: Ericssonille ja Siemensille. Nämä olivat puhelimia ilman laturia, jotka toimivat yksinkertaisten sähköisten impulssien lähettämisen ja vastaanottamisen periaatteella.
Langattomat puhelimet ilmestyivät maahamme 20. luvun 70-luvullavuosisadalla. He lähettivät radiosignaalin tukiasemaan, joka puolestaan oli yhteydessä toiseen tilaajaan linjaa pitkin kytkimien kautta. Heidän kauppanimensä on "Altai", he olivat matkaviestinnän prototyyppi. Tällainen asennus painoi seitsemän kiloa. Se ei kelvannut kantamiseen, joten se oli varustettu operatiivisten palvelujen ajoneuvoilla. Lakkasi olemasta vasta vuonna 2011.
Venäjällä ensimmäinen matkapuhelinviestintä ilmestyi vuonna 1991, ja se toimi NMT-standardin mukaisesti. Ensimmäiset matkapuhelintoimittajat olivat Nokia ja Motorola. Laitteiden hinnat olivat kosmiset, ja niihin oli varaa vain erittäin rikkailla. GSM-standardi ilmestyi vuonna 1993 ja päihitettyään kilpailijansa juurtui monissa maissa. Sen avulla voit toteuttaa monia toimintoja, mukaan lukien tekstiviestien lähettäminen. Aluksi ne piti lähettää palveluilmoituksina, mutta käyttäjät pitivät vaihtoehdosta niin paljon, että siitä tuli erillinen matkapuhelinoperaattoreiden palvelu.
Kannettavien laitteiden aikakauden tullessa matkapuhelimien laitteista tuli yhä monimutkaisempia, kokoa ja painoa vähemmän ja mahdollisuuksia enemmän. Kolmen kilon jättiläisistä niistä on tullut pienoisviestintälaitteita, jotka mahtuvat helposti jopa lapsen käteen. Ajan myötä todellinen painonäppäinnäppäimistö korvattiin virtuaalisella kosketusnäytöllä. Kamerat, sormenjälkitunnistimet ja monet muut laitteet ilmestyivät paneeliin.
Kuinka analogiset puhelimet toimivat
Kierto- ja kosketuspuhelinlaite, jonka saatavuus on samanlainenkomposiittilohkoja, mutta eroaa toimintaperiaatteeltaan. Yksiköt sisältävät seuraavat moduulit:
- Luuri mikrofonilla ja kaiuttimella.
- Puhelin.
- Soittaja.
- Valintayksikkö.
- Transformer.
- Vipukytkin.
- Erotuskondensaattori.
- RF-moduuli (kannettavat asemat).
Vipukytkin vastaa laitteen liittämisestä tilaajalinjaan. Langattomassa puhelinlaitteessa yhteyden muodostaminen edellyttää, että luuri on päällä.
Mikrofoni muuntaa ääniaallot sähköisiksi signaaleiksi. Laitteet jaetaan sähködynaamisiin, kondensaattori-, hiili-, sähkömagneettisiin ja pietsosähköisiin. Ne jaetaan myös aktiivisiin ja passiivisiin. Aktiiviset muodostavat sähkömagneettisen impulssin äänestä, passiiviset muuttavat muiden solmujen parametreja, lähinnä kapasitanssia ja resistanssia. Jälkimmäiset vaativat lisävirtalähteen.
Puhelin muuttaa sähköimpulssit ääneksi. Käämien läpi kulkeva sähkövirta muodostaa vaihtuvan magneettikentän, joka saa kaiuttimen kalvon värähtelemään. Elektrodynaamiset ja sähkömagneettiset laitteet käyttävät differentiaalista magneettijärjestelmää, pietsosähköiset laitteet muuttavat niihin liittyvien äänitaajuuslähteiden kalvon elementtejä.
Kutsuyksikkö voi olla induktio- ja elektroninen. Vaaditaan ilmoittamaan tilaajalle saapuvasta puhelusta. Ensimmäinen, keloissa virtaavan virran avulla, saa lyöjä värisemään ja lyömään soittokuppeja. Elektroniikkayksikkö käsitteleetietoa tulevasta signaalista ja ohjaa sen yhteiseen kaiuttimeen tietyn taajuuden pulssien muodossa, jota kutsutaan soittoääneksi.
RF-moduuli on vain langattomassa puhelinyksikössä. Se on suunniteltu vaihtamaan tietoja puhelimen ja vastaanottimen välillä radiosignaalien välityksellä.
Muuntaja yhdistää yksittäiset puhuvat solmut toisiinsa. Poistaa myös paikallisen kaiun vaikutuksen luurissa ja vastaa sovittamisesta linjaimpedanssiin.
Puhelimen kytkemiseen linjaan tarvitaan irrotuskondensaattori tilassa, jossa se vastaanottaa tulevaa signaalia ja odottaa lähtevää signaalia. Tukee suurta vastusta suurelle tulojännitteelle ja alhaista vastusta pienelle syöttöjännitteelle.
Valinta on pulssi (levy) ja elektroninen (painike). Ensimmäisessä versiossa mekaaninen pyörä, pyörivä, sulkee koskettimet ja lähettää signaalit automaattiseen puhelinkeskukseen. Niiden numero vastaa tiettyä tilaajanumeron numeroa. Elektroniset toimivat integroitujen piirien kautta, jotka luovat keinotekoisesti pulsseja puolijohdereleiden avulla ja lähettävät ne aseman vastaanottimeen. Nykyaikaiset PBX:t säilyttävät edelleen tämän tavan soittaa tilaajalle, mutta käyttävät useammin äänivalintaa. Nykyaikaiset laitteet tukevat myös IP-puhelinta. Äänivalinnan toimintaperiaate on tuottaa lyhytaikaisia esiasetettujen taajuuksien signaaleja, joiden jokainen arvo vastaa tiettyä numeroa. Laite, jolla puhelin yhdistetään IP-protokollan kautta, sisältää palveluntarjoajan palvelimen käytön erillisen Internet-kanavan kautta, josta puhelu soitetaan. Mobiililaitteet lähettävät tietyn taajuuden radiosignaaleja solutornien viestintäjärjestelmään.
Laitteiden toimintaperiaate langallisissa verkoissa
Ymmärtääksesi täysin matkapuhelimen, sinun on tiedettävä, kuinka analoginen PBX-järjestelmä toimii. Vaikka matkapuhelimet ovat monimutkaisia digitaalisia rakenteita, joissa on integroituja piirejä, ne toimivat perinteisten kiinteiden puhelinten perusperiaatteella.
Jokainen palveluntarjoaja antaa asiakkailleen yksilölliset tunnistenumerot, joiden avulla se erottaa heidät toisistaan. Tässä tapauksessa tätä kutsutaan sen tilaajan tai liitäntäpisteen numeroksi, johon johdot sopivat. Kun PBX lähettää signaalin, puhelin on pois päältä, eli luuri on koneessa ja koukkukytkin on auki-asennossa. Kun puhelu vastaanotetaan linjasta, virta kulkee ensiökäämin läpi, jolloin nokka tärisee ja lyö kuppeja. Elektronisissa järjestelmissä tämä tapahtuu toisin, signaali syötetään ulkoiseen kaiuttimeen ja lähdössä kuullaan esimerkiksi melodiaa tai linnunlaulua. Kun tilaaja ottaa puhelimen, puhelumoduuli ja valintapiiri sulkeutuvat ja vastaanotto avautuu releellä.
Soitto toiselle käyttäjälle tapahtuu päinvastaisessa järjestyksessä. Henkilö ottaa puhelimen, joka sulkee yhden piirin ja katkaisee toisen. Puhelu soitetaan valintamoduulissa lähettämällä pulsseja tai signaaleja aseman kytkentälaitteisiin. Hän puolestaan tunnistaa numerot yhdistämällä ne yhdeksi numeroksi ja ohjaa osoitteeseenhaluttu kohta.
Äänensiirto analogisissa järjestelmissä johtuu mikrofonin kalvon tärinästä. Hiilessä se muodostaa tiivisteen, joka aiheuttaa häiriön kelan magneettikentässä. Tämä värähtely synnyttää pulssin, joka lähettää toiselle vastaanottimelle.
Kaavamainen matkapuhelinsuunnittelu
Matkapuhelinlaite tulisi erottaa erillisestä kategoriasta, koska se muistuttaa suorituskyvyltään DECT-järjestelmää, mutta siinä on useita eroja. Se lähettää myös radiosignaalin vastaanottimeen, mutta ensin se salataan. Käyttää työssään omia taajuuksiaan ja kanaviaan. Mutta mobiililaitteen esittäminen puhelimena ei ole täysin oikein. Se on ollut pitkään monitoimilaite.
Jos puhumme ulkoisesta suorituskyvystä, on huomioitava seuraava:
- Muototekijä. Se voi olla taitettava tai liukuva runko.
- Kamera.
- Mikrofoni.
- Kaiutin.
- Näyttö.
- Näppäimistö.
- USB-liitin.
- Akku.
- Laturit matkapuhelimiin.
- Sim-kortti.
Monet vempaimet on täydennetty erilaisilla lisävarusteilla, mikä laajentaa niiden soveltamisalaa. Sisäisen laitteen kaaviokuva on esitetty alla olevassa kuvassa.
Tästä huolimatta laite toimii yksinomaan analogisten radiosignaalien kanssa, kaikki siinä olevat prosessit ovat täysin digitalisoituja. Sen siru sisältää analogisia ja digitaalisia lohkoja.
Analoginen moduuli
Se sisältää keinon vastaanottaa ja lähettää signaaleja. Yleensäsijaitsee erillään digitaalisesta solmusta. Suorituskyvyltään se muistuttaa radiopuhelinta, mutta toimii GSM-standardin mukaisesti. Vastaanotin ja lähetin eivät toimi synkronisesti, signaali lähetetään 1/8 viiveellä. Näin voit säästää akkuvirtaa ja integroida vahvistimen mikseriin. Koska laite ei koskaan toimi vastaanottamiseen ja lähettämiseen samanaikaisesti, se on eräänlainen kytkin, joka vaihtaa antennin tilasta toiseen.
Vastaanotossa, kun signaali on kulkenut kanavasuodattimen läpi, LNA vahvistaa signaalin ja lähettää sen mikseriin. Sitten se demoduloidaan ja lähetetään analogia-digitaalimuuntimelle, joka muuntaa sen digitaaliseksi signaaliksi, jota tarvitaan prosessorin virransyöttöön.
Lähetettäessä logiikkageneraattori moduloi digitaaliset tiedot signaaliksi. Lisäksi se menee sekoittimen kautta taajuussyntetisaattoriin, jonka jälkeen se siirtyy kanavasuodattimelle ja vahvistetulle. Vain riittävän voimakas signaali syötetään antenniin, josta se menee avaruuteen.
Digitaalinen moduuli
Koko järjestelmän pääelementti ja aivot ovat keskusprosessori, joka käsittelee kaiken saapuvan tiedon. Mikropiirin piirisarjaa käytetään samalla tavalla kuin tietokonetta, mutta suorituskyvyn ja tehon suhteen se ei voi kilpailla sen kanssa. Prosessorin lisäksi tämä yksikkö sisältää:
- Analogia-digitaalimuunnin, joka muuntaa analogisen mikrofonin signaalit digitaaliseksi dataksi.
- Puhe- ja kanavakooderi ja dekooderi.
- Digital-analog-muunnin.
- Dekooderi jaenkooderi.
- Puheaktiivisuuden ilmaisin. Sallii solmujen toiminnan vain, kun soittajan puhe on läsnä.
- Pääteiset varat. Muodostaa tiedonsiirtorajapinnan ulkoisten laitteiden, kuten tietokoneen tai puhelimen laturin, kanssa.
- Langattomat moduulit.
- Näppäimistö.
- Näyttö.
- Kaiutin.
- Mikrofoni.
- Kameramoduuli.
- Irrotettava tallennustila.
- Sim-kortti.
Jotkut yritykset käyttävät kahta mikrofonia. Yksi tarvitaan vaimentamaan ulkoista melua. Joskus käytetään myös kahta kaiutinta: toista puhelinkeskusteluun ja toista musiikin toistamiseen.
Mobiililaitteiden toimintaperiaate matkapuhelinverkossa
Matkapuhelimet toimivat GSM-verkossa neljällä taajuudella:
- 850 MHz.
- 900 MHz.
- 1800 MHz.
- 1900 MHz.
Järjestelmästandardi sisältää kolme pääkomponenttia:
- Tukiasemaalijärjestelmä (BSS).
- Switching Switching Subsystem (NSS).
- Service and Management Center (OMC).
Laite on vuorovaikutuksessa tukiasemien (tornien) kanssa. Kun se on kytketty päälle, se alkaa skannaamaan standardejaan olevia verkkoja, jotka se tunnistaa lähetystunnuksesta. Jos saatavilla, puhelin valitsee aseman, jonka signaalinvoimakkuus on voimakkaampi. Seuraavaksi tulee todennus. Tunnisteet ovat yksilöllisiä SIM-korttien numeroita IMSI ja Ki. Seuraavaksi todennuskeskus (AuC) lähettää laitteelle satunnaisluvun, joka on erikoisalgoritmin avain.tietojenkäsittelyä. Samaan aikaan järjestelmä suorittaa tällaisen laskennan itse. Jos tukiaseman ja laitteen tulokset täsmäävät, puhelin rekisteröidään verkkoon.
Laitteen yksilöllinen tunniste on sen IMEI, joka on tallennettu haihtumattomaan muistiin. Tämän numeron asettaa valmistaja ja se on hänen passinsa. IMEI-koodin kahdeksan ensimmäistä numeroa sisältävät laitteen kuvauksen, loput ovat sarjanumero ja tarkistusnumero.
Onnistuneen rekisteröinnin jälkeen puhelin on valmis vaihtamaan signaaleja tukiasemien kanssa. Kuten aiemmin mainittiin, matkapuhelinoperaattoreiden puhelimien järjestely on samanlainen kuin DECT-laitteiden järjestelmä, mutta omat eronsa. Ennen lähetystä mobiilisignaali salataan ja jaetaan 20 ms:n segmentteihin. Koodaus suoritetaan EFR-standardin algoritmin mukaisesti käyttämällä julkista avainta. Ja antenni aktivoituu puheaktiviteettitunnistimella (VAD), eli kun henkilö alkaa puhua. Puheen epäjatkuvuus käsitellään koodekin avulla DTX-algoritmin avulla. Vastaanottopuolella signaali käsitellään samalla tavalla, mutta käänteisessä järjestyksessä.
Laturit
Matkapuhelinten laturit ovat tärkeä osa, koska ne pitävät laitteen toiminnassa. Niiden suorana tarkoituksena on alentaa verkkovirran jännite ja virta vaadittuihin arvoihin ja syöttää se akkuun. Lähtöjännite on periaatteessa 5V, virta riippuu akun mallista ja kapasiteetista. Akun latausaika riippuu myös sen vahvuudesta.
Laturien osuus:
- Päällämuuntaja.
- Pulssi.
Ensimmäiset eivät pelkää jännitehäviöitä ja niillä on aina suuri virtamarginaali. Niiden konsepti on hyvin yksinkertainen. Asennuskelaan syötetään verkkojännite, mikä alentaa sen haluttuihin arvoihin. Toisen käämin virta kulkee diodisillalle, johon kondensaattori asennetaan. Se toimii suodattimena virtapiikkejä vastaan ja ottaa ylimääräisen hallintaansa. Seuraavaksi vastus alentaa virtaa ja siirtää sen akkuun.
Pulssimuistipiiri on monimutkaisempi ja se on valmistettu diodeista ja transistoreista.
Tue langattomia tiedonsiirtojärjestelmiä
Tällä hetkellä on kolme tapaa siirtää tietoja:
- Infrapuna.
- Bluetooth.
- Wi-Fi.
Ensimmäinen osoittautui tehottomaksi, joten sitä ei käytetä. Kaksi viimeistä on toteutettu lähes kaikissa laitteissa. Bluetoothilla on lyhyt kantama, ja sitä käytetään pääasiassa viestintärajapinnan järjestämiseen puhelimen kannettavien laitteiden kanssa.
Wi-Fiä pidetään kehittyneempänä muodona, ja sitä käytetään Internetiin pääsyyn. On huomattava, että on olemassa erityisiä ohjelmistoja, joiden avulla voit soittaa puheluita Internetin kautta ilman matkapuhelinyhteyttä. Tämän tekniikan avulla voit myös järjestää paikallisen verkon, johon useat laitteet voivat muodostaa yhteyden samanaikaisesti ja vaihtaa tietoja.
Valinnaiset lisävarusteet
Valmistusyritykset yrittävät kaikin mahdollisin tavoin houkutella asiakkaita tuotteisiinsa,siksi laajenna jatkuvasti tarjotun nimikkeistön valikoimaa. Tämä sisältää:
- Tapaukset.
- Lasin suoja.
- Kannettavat laitteet puhelimelle, kuten kuulokkeet.
- Irrotettavat asemat.
- Multimedia.
- Älykkäät työkalut.
- Puhelimesi USB-laitteet, kuten kaapelit, sovittimet tai laturit.
Tällaiset apuohjelmat laajentavat huomattavasti vempaimien ominaisuuksia ja helpottavat omistajiensa elämää.
Nykyaikaisten puhelinmallien vertailuominaisuudet
Ymmärtääksesi mitä nykyaikaiset puhelimet ovat, sinun on nähtävä niiden parametrit selkeästi. Mutta yhden brändin huomioon ottaminen on epäreilua. Yhden näytteen tarkastelu ei anna täydellistä kuvaa, joten vertailua ja analysointia varten otettiin kolme Samsung-merkkien lippulaiva-älypuhelinta (tämän merkin puhelimien laite ei eroa liikaa muista), Applesta ja Xiaomista. Hintaluokan mukaan ne järjestettiin seuraavassa järjestyksessä:
- Apple.
- Samsung.
- Xiaomi.
Hinnasta päätellen iPhone käyttää kehittyneitä tekniikoita, joilla on korkeimmat parametrit. Samsung on kuitenkin ollut markkinoilla vuodesta 1938, ja sillä on kertynyt paljon kokemusta. Yleisesti ottaen vertailun tarkoituksena ei ole tunnistaa voittajaa ja vastata kysymykseen, kumpi on parempi - "Android"- tai iOS-alustalla olevien puhelimien laite. Haasteena on näyttää kuinka korkealle teknologia on tullut.
| Parametrien nimet | omena | Sumsung | Xiaomi |
| Mitat, mm | 77, 4×157, 5×7, 7 | 76, 4×161, 9×8, 8 | 74, 9×150, 9×8, 1 |
| Paino, g | 208 | 201 | 189 |
| Verkkotuki | Samsung-, Apple- ja Xiaomi-puhelimet tukevat 2G-, 3G-, 4G-verkkoja | ||
| Sim-kortit | 1 ei-kokoinen | 2 nanomittakaavassa | |
| Näytön koko diagonaali, tuumaa | 6, 5 | 6, 4 | 5, 99 |
| Näytön tarkkuus | 2688×1242 | 2960×1440 | 2160×1080 |
| DPI-tiheys | 458 | 516 | 403 |
| Tuotantotekniikka | OLED | Super AMOLED | IPS |
| Värien määrä näytöllä | 16 miljoonaa | 17 miljoonaa | 16,7 miljoonaa |
| Järjestelmä | iOS | Android | |
| CPU-valmistaja | omena | Samsung | Qualcomm |
| CPU-malli | A12 Bionic | Exynos 9810 | Snapdragon 845 |
| Ydinten lukumäärä | 6 | Niitä on Xiaomi- ja Samsung-puhelimien laitteessa yleisessä kokoonpanossa 8 kappaletta, 4 kutakin | |
| Taajuus, GHz | 2, 5 | 1, 9; 2, 9 | 1, 8; 2, 8 |
| Teknologia, nm | 7 | 10 | |
| RAM, GB | 4 | 6 | |
| Sisäinen muisti, GB | 256 | 128 | |
| Sisäänrakennetut anturit |
|
|
|
| Takakameran resoluutio, MP |
Pää: 12 MP Lisälaite: 12 MP |
||
| Aukon herkkyys |
Pää: ƒ/2.4 Apu: ƒ/1.8 |
Pää: ƒ/2.4 Apu: ƒ/1.5 |
Pää: ƒ/2.4 Apu: ƒ/1.8 |
| Etukameran resoluutio, MP | 7 | 8 | 5 |
| Aukon herkkyys | ƒ/2.2 | ƒ/1,7 | ƒ/1,7 |
| Tukee langatonta tekniikkaa | Bluetooth, Wi-Fi | ||
| Satelliitin paikannus | GPS, GLONASS, A-GPS | ||
| Akun kapasiteetti, mAh | 3174 | 4000 | 3400 |
| Suojajärjestelmät |
|
Samsung-puhelimessa on vain kasvoskanneri | Xiaomilla on sormenjälkitunnistin |
Kuten taulukosta näkyy, Samsungin, Xiaomin ja Applen puhelimien tekniset tiedot ja laitteet ovat lähes samat. Tämä puhuu vain terveestä kilpailusta ja halusta tehdä tuotteestasi parempia käyttäjille. Kaikki valmistajat ottavat käyttöön uusimmat tekniikat, jotka eivät pysähdy ja kehittyvät nopeasti.
Johtopäätös
Ensimmäisen puhelimen ilmestymisestä ei ole kulunut paljon aikaa. Tänä aikana ne ovat kehittyneet yksinkertaisista osista älylaitteiksi. Ne yhdistävät monia toimintoja, jotka on aiemmin määritetty muille laitteille. Ja tämä kehitys jatkuu.
