嘮叨，啰嗦嗦嗦， 火車，始終保持聯(lián)系，從不失去聯(lián)系 - 手機已經(jīng)戲劇性地 改變了我們的生活和工作方式。沒有人確切知道有多少小 世界上有塑料手機，但 當前估計 是有超過 83 億訂閱。這比地球的人口還要多!在發(fā)展中國家，大規(guī)模固定線路網(wǎng)絡(普通 電話 連接到墻上)很少而且相距甚遠，超過93%的手機是 手機。 手機(也稱為手機，主要在歐洲稱為移動電話或 手機)是 收音機 通過 連接到主要公共電話網(wǎng)絡的桅桿網(wǎng)絡。這是 它們是如何工作的。

　　照片：現(xiàn)在大多數(shù)人都使用智能手機作為手機，實際上是 內(nèi)置手機電路的小型計算機。早在 1990 年代，手機就更簡單，只能用于撥打語音電話?，F(xiàn)在網(wǎng)絡速度更快，能夠處理更多的流量，智能手機被用作便攜式通信中心，能夠完成您可以使用電話，數(shù)碼相機，MP3播放器，GPS“衛(wèi)星導航”和筆記本電腦做的所有事情。

　　手機使用無線技術(shù)

　　雖然他們做同樣的工作，但固定電話 手機的工作方式完全不同。固定電話攜帶 來電 電氣 電纜。剪掉所有 衛(wèi)星, 光纖 電纜，開關(guān) 辦公室和其他拉茲馬塔茲和固定電話并不多 不同于你可能用一塊制成的玩具手機 繩子和幾個烤豆罐。你最終說的話 沿著兩個手機之間的直接有線連接向下移動。什么是 手機的不同之處在于它可以在沒有電線的情況下發(fā)送和接收電話 任何類型的連接。它是如何做到這一點的?通過使用 電磁 無線電波，用于發(fā)送和接收通常通過電線傳播的聲音。

　　無論您是坐在家里，走在街上，還是駕駛 汽車，或者乘坐火車，你正在洗澡 在電磁海洋中 波。 電視 和 收音機 程序，來自的信號 無線電控制 汽車 無繩電話，甚至無線門鈴——所有這些東西 使用電磁工作 能源: 起伏模式 電力 和 磁性 以 光(300，000公里或每秒186，000英里)。到目前為止，手機網(wǎng)絡 我們周圍世界上增長最快的電磁能量來源。

　　照片：以前的手機。這款諾基亞的歷史可以追溯到 2000 年代初， 有一個滑出式鍵盤。雖然它有一個攝像頭和其他一些基本功能，但它什么都沒有。 就像現(xiàn)代智能手機的計算能力一樣。像這樣的手機有時被稱為“手持設備”或 “功能手機”，以區(qū)別于iPhone和其他智能手機。

　　手機通話如何旅行

　　當你對著手機說話時，一個微小的 麥克風 在聽筒中 將聲音的上下聲音轉(zhuǎn)換為相應的聲音 電信號的上下模式。一個 微片 手機內(nèi)部 將這些信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字字符串。數(shù)字被打包 變成無線電波并從手機的 天線 (在一些 國家，天線稱為天線)。無線電波競賽 以光速穿過空氣，直到到達最近的 手機桅桿。

　　桅桿接收信號并將其傳遞給其 基站, 它有效地協(xié)調(diào)了手機網(wǎng)絡每個本地部分內(nèi)部發(fā)生的事情，這被稱為 細胞.從基站，呼叫被路由到其目的地。 從一部手機到同一網(wǎng)絡上的另一部手機的呼叫將傳輸?shù)剿麄兊?通過路由到離目的地最近的基站來達到目的地 電話，最后是那個手機本身。通過手機撥打電話 不同的網(wǎng)絡或固定線路遵循更長的路徑。他們可能有 在他們到達之前被路由到主電話網(wǎng)絡 他們的最終目的地。

　　手機桅桿如何提供幫助

　　照片：工程師修理手機桅桿。照片由Brien Aho提供，由美國海軍提供 和 維基共享資源.

　　乍一看，手機似乎很像雙向收音機， 對講機, 每個人都有一個收音機(包含發(fā)送者和接收器)，可以直接來回反彈消息，就像網(wǎng)球一樣 球員回球。像這樣的收音機的問題在于你只能使用這么多 在來自一對呼叫者的信號開始干擾這些信號之前，它們在某個區(qū)域 來自其他呼叫者對。這就是為什么手機更加復雜，并且以完全不同的方式工作。

　　手機聽筒包含一個無線電發(fā)射器，用于從 電話和無線電接收器，用于接收來自其他的傳入信號 手機。無線電發(fā)射器和接收器的功率不是很高，這意味著手機不能發(fā)送很遠的信號。 這不是缺陷 - 這是一個 故意 他們設計的特點!手機所要做的就是與當?shù)氐奈U和基站進行通信;基站要做的就是從許多手機中接收微弱的信號并路由 他們繼續(xù)到達目的地，這就是為什么桅桿是巨大的高功率天線(通常安裝在山丘或高層建筑上)。 如果我們沒有桅桿，我們需要帶有巨大天線和巨大電源的手機——而且它們會。 太麻煩了，無法移動。手機自動與最近的手機通信 (信號最強的那個)并盡可能少地使用功率(這使得它的電池 盡可能長時間地持續(xù)，并減少它干擾附近其他手機的可能性)。

　　細胞的作用

　　那么為什么要為細胞而煩惱呢?為什么手機不直接相互通話?假設幾個 您所在地區(qū)的人們都想同時使用手機。 如果他們的手機都以相同的方式發(fā)送和接收呼叫，使用相同的無線電波，則 信號會干擾并爭先恐后地在一起，并且無法區(qū)分一個呼叫和另一個呼叫。解決這個問題的一種方法是 對不同的呼叫使用不同的無線電波。如果每個電話使用略有不同的 頻率 (一秒鐘內(nèi)無線電波中上下起伏的次數(shù))，呼叫很容易保持分離。它們可以像使用不同波段的不同無線電臺一樣在空中傳播。

　　如果一次只有幾個人打電話也沒關(guān)系。但是假設你在一個大城市的中心，數(shù)百萬人 一次全部調(diào)用。然后，您將需要數(shù)百萬個單獨的頻率 - 比通?？捎玫念l率更多。解決方案是 將城市劃分為較小的區(qū)域，每個區(qū)域都有自己的桅桿和基站。這些領(lǐng)域是 我們稱之為 細胞 它們看起來像是看不見的六邊形的拼湊而成。每 小區(qū)有其基站和基站，在該小區(qū)內(nèi)撥打或接聽的所有呼叫都通過它們路由。小區(qū)使系統(tǒng)能夠一次處理更多呼叫，因為每個小區(qū)使用與其相鄰小區(qū)相同的頻率集。像元越多，越大 一次可以進行的呼叫數(shù)。這就是為什么城市地區(qū)的細胞比農(nóng)村地區(qū)多得多，以及為什么城市地區(qū)的細胞是 小得多。

　　手機小區(qū)如何處理呼叫

　　這張圖片顯示了細胞工作的兩種方式。

　　簡單呼叫

　　如果小區(qū) A 中的電話呼叫小區(qū) B 中的電話，則呼叫不會 直接在電話之間傳遞，但從第一部電話到 桅桿 A 及其基站， 然后到桅桿 B 及其基站，然后到第二部電話。

　　漫游呼叫

　　在牢房之間移動的手機(當人們 步行或開車)定期發(fā)送信號 附近的桅桿，以便在任何給定時間，手機網(wǎng)絡始終 知道哪個桅桿最接近哪個電話。

　　如果汽車乘客正在撥打電話，并且汽車在小區(qū) C、D 和 E 之間行駛，則電話 呼叫會自動“移交”(從一個小區(qū)傳遞到另一個小區(qū))，因此呼叫不會中斷。

　　理解細胞的關(guān)鍵是要意識到手機和它們與之通信的桅桿是 設計 僅在有限范圍內(nèi)發(fā)送無線電波;這有效地定義了單元格的大小。 還值得指出的是，這張圖片是一種簡化;更準確地說，桅桿位于細胞的交叉點，但正如我所展示的那樣，理解事物會更容易一些。

　　手機的種類

　　使用的第一部手機 模擬 科技。 這幾乎也是烤豆電話的工作方式。當你在 烤豆可以打電話，你的聲音讓琴弦上下震動 (太快了，你看不到它)。振動像 你的聲音。換句話說，它們是 類比 您的 語音——這就是我們稱之為模擬技術(shù)的原因。一些固定電話 今天仍然以這種方式工作。

　　大多數(shù)手機使用 數(shù)字技術(shù): 他們把 你的聲音變成數(shù)字(數(shù)字)的模式，然后發(fā)射 他們通過空氣。使用數(shù)字技術(shù)有很多優(yōu)勢。它 意味著手機可用于發(fā)送和接收計算機化數(shù)據(jù)。 這就是為什么大多數(shù)手機現(xiàn)在可以發(fā)送和接收文本(SMS)的原因。 消息 蹼 .pages MP3 音樂文件和數(shù)字 照片。數(shù)字技術(shù)意味著手機通話可以 加密 (使用數(shù)學打亂 代碼)，在他們離開發(fā)件人的手機之前，因此竊聽者不能 攔截他們。(這是早期模擬手機的一個大問題， 任何人都可以用稱為 掃描儀。這使得數(shù)字手機更加安全。

　　手機世界

　　手機極大地改變了世界的連接方式。1990年代初， 世界上只有1%的人口擁有手機;今天 在越來越多的國家 人們在手機上花費更多時間 比上 他們的座機。根據(jù) ITU-T，2001年，世界上只有58%的人口能夠接入(2G)手機網(wǎng)絡;到2019年，這一比例上升到98.8%。到 2020 年年中，有 83億手機用戶——略高于地球上的人口數(shù)量。 手機也推動了互聯(lián)網(wǎng)接入的一大飛躍。 2016年底， 移動(智能手機和平板電腦)互聯(lián)網(wǎng)流量通過桌面流量 有史以來第一次。 到2020年年中，全球83%的人擁有活躍的、基于手機的移動寬帶用戶，這一數(shù)字已經(jīng)結(jié)束。 是傳統(tǒng)有線寬帶的五倍(僅為14.9%)。 [2]

　　圖表：手機訂戶：手機用戶增長最顯著的是發(fā)展中國家，目前約占用戶量的80%。資料來源：2021年使用2020年11月的數(shù)據(jù)繪制 國際電信聯(lián)盟(國際電聯(lián)).

　　不同的人也以不同的方式使用手機。 早在 2000 年代初，手機就被完全使用 用于語音對話和發(fā)送簡短的“文本”(文本消息，也稱為 SMS 消息)。 很多人擁有手機純粹是為了偶爾的緊急情況; 這仍然是擁有手機的流行原因 (根據(jù) 近東非：9-1-1協(xié)會, 在美國許多地區(qū)，超過80%的911緊急電話都是撥打的 從手機)。今天，智能手機無處不在，人們使用它們發(fā)送電子郵件、瀏覽網(wǎng)頁、 下載音樂、社交媒體和運行各種應用程序。 老式手機完全依賴于來自手機網(wǎng)絡的體面信號，而智能手機根據(jù)需要在普通網(wǎng)絡和 無線網(wǎng)絡. 舊手機實際上是“手機”(無線固定電話)， 現(xiàn)代智能手機本質(zhì)上是恰好打電話的袖珍電腦。 您可以在下面框中的照片中看到手機內(nèi)部發(fā)生了多少變化。

　　手機和移動寬帶

　　如果您想了解手機網(wǎng)絡如何從純語音網(wǎng)絡演變?yōu)?構(gòu)成互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，請參閱我們單獨的文章 寬帶和移動寬帶. 它還涵蓋了所有那些令人困惑的首字母縮略詞，如FDMA，TDMA，CDMA，WCDMA和HSDPA/HSPA。

　　你的手機里有什么?

　　照片：過去和現(xiàn)在的手機。左：2000年左右的摩托羅拉V66，2010年左右的諾基亞106， 以及 2016 年左右的 LG G 系列智能手機。我將拆開摩托羅拉和LG。

　　如果像我一樣喜歡弄清楚事情是如何運作的，那么壞掉的手機是一件很棒的事情。毫不奇怪，有很多 現(xiàn)代智能手機內(nèi)部發(fā)生的情況比人們大約20年前攜帶的基本手機內(nèi)部更多。 舊手機只是電話;智能手機是裝滿各種小玩意的計算機，從指紋讀取器到電子支付芯片。但是，盡管手機發(fā)生了巨大變化，但設計新手機的問題在許多方面都與以往相同：如何將所有這些組件包裝在一個足夠小的空間中，降低其總重量，并避免它們過熱?您如何確保麥克風、揚聲器和天線等關(guān)鍵組件即使在小型化后也能繼續(xù)有效工作?

　　經(jīng)典手機內(nèi)部

　　舊手機和新手機的最大區(qū)別在于舊手機具有 鍵盤 和小 液晶顯示器 屏幕，而智能手機有 觸摸屏 這完全消除了對鍵盤的需求(他們?nèi)匀恍枰恍┌粹o來打開和關(guān)閉電源以及控制揚聲器音量)。在舊手機中，鍵盤通常是“膜”類型之一：它不是移動鍵，而是具有扁平的橡膠按鈕，可以按下下方印刷電路板(PCB)上的電觸點。

　　照片：左：舊摩托羅拉手機鍵盤的頂部是所謂的橡膠膜，這是一層薄薄的橡膠塑料，帶有“按鍵”，向下按壓以與下面的電路板進行電接觸。右：每個鍵將一個小圓釘推到電路板的相應部分(小點)。鍵盤還裝滿了LED(帶有白色輪廓的八個矩形)，當您撥打或接聽電話時，鍵盤會亮起。

　　不幸的是，數(shù)碼產(chǎn)品并不像機械設備那樣有趣(或容易弄清楚)：大多數(shù)好東西都發(fā)生在芯片內(nèi)部，看不見，你不能通過觀察來弄清楚芯片是如何工作的。取下鍵盤，下面的板子沒什么興趣，但請注意金色天線一直圍繞著它。這就是為什么像這樣的手機不需要長長的伸縮式(拉出式)天線。

　　照片：摩托羅拉 V66 手機的主電路板直接位于鍵盤下方和電池倉上方。

　　電路板的另一面更有趣一點：

　　LCD 屏幕，通過帶狀電纜連接到鍵盤單元。

　　耳機插孔。

　　電池連接器

　　電池充電器和電纜連接器，用于連接到計算機。

　　散熱器/篩選電路板上的芯片。

　　壓電蜂鳴器。

　　蜂鳴器控制芯片

　　天線連接器 — 將小型外部天線連接到圍繞電路板運行的金天線。

　　照片：摩托羅拉V66手機的主電路板背面。

　　智能手機內(nèi)部

　　正如您所期望的那樣，智能手機內(nèi)部還有很多事情要做。我沒有拆開屏幕(它就在右側(cè)電路板的正下方)，但這里有一些其他的東西你會發(fā)現(xiàn)：

　　照片：來自更現(xiàn)代的LG G系列智能手機的主電路板。

　　電路板上部(左圖)和下部(右圖)部件之間的接觸連接.

　　處理器芯片的散熱器/屏蔽。(你在這里可以看到的灰色東西是導熱膏 - 一種導熱粘液 - 有助于改善冷卻。 電源開/關(guān)按鈕位于此處下方。

　　NFC 天線連接器(用于非接觸式支付)。

　　相機紅外聚焦光束。

　　后部1300萬像素 數(shù)碼相機.

　　手電筒/相機閃光燈。

　　四核高通驍龍?zhí)幚砥餍酒?/span>

　　微型SD卡插槽(允許存儲擴展到32GB)。

　　微型 SIM 卡插槽

　　鋰離子電池 (3000 毫安容量)。

　　具有“拉絲金屬”飾面的全塑料外殼使外觀看起來像帶有指紋污跡的金屬外殼。

　　耳機接口。

　　麥克風.

　　USB 和充電連接器。

　　揚聲器.

　　擰緊的塑料墊片可在您打開外殼更換電池時保護電路板和組件.

　　螺絲!

　　上板和下板之間有更多的接觸連接。

　　誰發(fā)明了手機?

　　我們是如何從固定電話到手機的?以下是快速歷史記錄：

　　1873年：英國物理學家 詹姆斯·克拉克·麥克斯韋 (1831-1879)發(fā)表了電磁學理論，解釋了如何 電可以產(chǎn)生磁性，反之亦然。閱讀更多關(guān)于他的作品 在我們的主要文章中 磁性.

　　1876年：蘇格蘭出生的發(fā)明家 亞歷山大·格雷厄姆·貝爾 (1847-1922)在美國生活期間開發(fā)了第一部電話 (盡管關(guān)于他是否真的是原始發(fā)明者存在一些爭議)。 后來，貝爾開發(fā)了一種叫做“光電話”的東西，它可以使用光束發(fā)送和接收電話。 由于它被認為是無線電話，因此它實際上是現(xiàn)代移動電話的遠祖。

　　1888年：德國物理學家 海因里希·赫茲 (1857-1894)在他的實驗室里制造了第一個電磁無線電波。

　　1894年：英國物理學家 奧利弗·洛奇爵士 (1851-1940)在英國牛津使用無線電波發(fā)送了第一條電文。

　　1899年：意大利發(fā)明家 古列爾莫·馬可尼 (1874-1937)通過英吉利海峽發(fā)送無線電波。到1901年。馬可尼發(fā)送了無線電 橫跨大西洋，從英格蘭的康沃爾到紐芬蘭。馬可尼被人們銘記 作為無線電之父，但赫茲和洛奇等先驅(qū)者同樣重要。

　　1906年：美國工程師 雷金納德·費森登 (1866-1932)成為第一個使用無線電波傳輸人聲的人。 他從布蘭特巖的發(fā)射器發(fā)送了11英里的信息， 馬薩諸塞州到大西洋的無線電接收器的船只。

　　1920 年代：緊急服務開始嘗試繁瑣的 無線電電話。

　　1940年代：移動無線電電話開始流行 緊急服務和出租車。

　　1946年：AT&T和西南貝爾推出了他們的手機 用于在車輛之間發(fā)送無線電呼叫的電話系統(tǒng) (MTS)。

　　1960年代：貝爾實驗室(Bell Labs)開發(fā)了Metroliner移動式 火車上的手機。

　　1973: 馬丁·庫珀 (1928–) 的 摩托羅拉使用他的28磅原型DynaTAC手機撥打了第一個手機電話。

　　1975年：庫珀和他的同事獲得了他們的專利 無線電電話系統(tǒng)。他們的原始設計顯示在您可以在此處看到的藝術(shù)品中。

　　照片：馬丁·庫珀最初的無線電電話系統(tǒng)(手機)設計， 1973年作為專利申請?zhí)峤?。請注意移動部分如何形成一個完全獨立的系統(tǒng)(右側(cè)以藍色顯示)，與現(xiàn)有公共網(wǎng)絡(左側(cè)以紅色顯示)進行通信。單個手機(最右側(cè)的綠松石)使用無線電波(黃色之字形)與最近的桅桿和基站進行通信。專利圖紙 從 美國專利3，906，166：無線電話系統(tǒng) 由Martin Cooper等人，摩托羅拉系統(tǒng)有限公司提供，由美國專利商標局提供。

　　1978 年：模擬移動電話系統(tǒng) (AMPS) 在芝加哥推出 由伊利諾伊州貝爾和AT&T。

　　1982 年：歐洲電話公司商定了 手機將如何運行，被命名為Groupe Speciale Mobile和 后來的全球移動系統(tǒng)(GSM)電信。

　　1984年：摩托羅拉DynaTAC成為世界上第一個商業(yè)廣告 手持手機?？纯匆粋€ 馬丁·庫珀和他的DynaTAC的照片.

　　1995年：GSM和一個名為PCS(個人)的類似系統(tǒng) 通信服務)在美國被采用。

　　2001年：GSM占領(lǐng)了全球70%以上的手機 市場。

　　2000年代：推出第三代(3G和3.5G)手機，具有 更快的網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)接入、音樂下載等等 基于數(shù)字技術(shù)的高級功能。

　　2007年：蘋果的iPhone徹底改變了手機世界，包裝了有效的手機。 將觸摸控制的微型計算機變成與傳統(tǒng)手機大小相同的小工具。

　　2013年：手機慶祝成立40周年。

　　2020年：手機用戶達到83億。其中約80%在發(fā)展中國家。