Мобильные телефоны как способ передачи информации

Как устроена передача данных в телефонах?

А вы проявляете к такому интерес?
Действительно, сколько мы используем телефону связь в повседневной жизни, но никогда не пробовали узнать, как она вообще устроена, и что представляет, из себя передача данных.

Активные люди часто пользуются сетевой передачей данных, когда сидят в интернете с телефона, да и не только, мы частенько передает файлы через такие вещи как Bluetooth, Wi-Fi, NFC и прочие новые технологии передачи данных.

Как работает передача данных в мобильной связи?

Стандарт GSM

GSM – довольно таки распространенная связь, и является сокращением от английского Group Special Mobile, конечно позже название немного изменили на Global System for Mobile Communications. Создав данный стандарт, разработчики подошли к чему-то глобальному.

Данный стандарт разделяет частоты канала по принципу TDMA со средней степенью безопасности. Стандарт GSM был разработан в конце 80-х, и пользуется большим спросом по сегодняшний день.

GSM также является сетью второго поколения (2G), аппараты использующие данную сеть улавливают 4-ре диапазона чачстот: 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц.

Каждый диапазон можно разделить по регионам:
• Однодиапазонные – аппарат может работать на одной из этих частот. На данный момент такие телефоны не выпускаются, но каждый из современных аппаратов имеют возможность в ручную выбрать определенную частоту;
• Двухдиапазнонные (Dual Band) – 900/1800 для Европы, Африки, Азии и Австралии, а так же 850/1900 для Канады и Америки;
• Трехдиапазонные (Tri Band) — 900/1800/1900 для Европы, Африки, Азии и Австралии, а так же 850/1800/1900 для Канады и Америки;
• Четырехдиапазонные (Quad Band) – такие телефоны поддерживают все 4-ре диапазона 850/900/1800/1900.

Технология 3G

3G (С английского third generation — третье поколение) – данная технология позволила увеличить скорость мобильного доступа к сети Интернет, а также технологию радиосвязи.

Мобильная связь 3G, построена на основе пакетной передачи данных. Сеть третьего поколения использует частоту 2 ГГц, которая позволяет достичь, скорость передачи данных до 3.6 Мбит\сек. С такой скоростью можно организовать видеосвязь в телефона, а так же использовать телефон в качестве модема.

Как устроена передача данных в сети интернет?

Wap (Wireless Application Protocol)

Wap – специально созданный стандарт для сетей GSM, с помощью которого, устройства могут использовать сеть Интернет.

Данный стандарт мог позволить абсолютно каждому мобильному аппарату подключиться к сети интернет, даже монохромные (черно-белые) телефоны легко поддерживали данный стандарт.

Он позволяет преобразовывать страницы HTML в WML, который являлся более упрощенным языком разметки. Со временем был создан Wap 2.0, который начал поддерживать xHTML и CSS.

GPRS (General Packet Radio Service)

Сеть является небольшой надстройкой над мобильной сетью GSM, которая организовывает пакетную передачу данных и позволяет использовать Интернет.

Данный стандарт предлагает тарификацию по объему переданной и полученной них информации, что позволяет сэкономить ваши средства, в сравнении с передачей данных по времени.

EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution)

Данная цифровая технология беспроводной связи для мобильных, которая является надстройкой над GSM и GPRS сетями. Технология без проблем справляется с TDMA и GSM сетями.

Интересное:
Первый телефон, который начал поддерживать EDGE, был выпущен еще в 2002 году. Это был Nokia 6200

Как устроен обмен информацией?

IrDA (Infrared Data Association)

Небольшая группа стандартов, описывающая протоколы логического и физического уровня для передачи данных. Данный стандарт использует инфракрасный диапазон сетевых волн, которые имеют возможность передавать цифровую информацию.

Так же данный тип порта является одной из разновидностей оптической линии ближнего действия. Аппаратная реализация представляет, из себя два светодиода, один из которых принимает информацию, а другой передает.

Данный стандарт передачи данных был популярен в конце 90-х и начале 2000-х годов. На данный момент этот стандарт был вытеснен технологией Bluetooth.

На вытеснение данной технологии послужило несколько причин:

• Данные тип порта значительно усложнял сборку корпусов аппаратов, к которым приходилось каждый раз, приходилось монтировать инфракрасное окошко.

• Инфракрасный порт достаточно ограничен в дальности своего действия, к тому же при передачи нужно обязательное соприкосновение приемник-передатчика.

• Время передачи файлов пользователь получал очень маленькую скорость передачи данных, в сравнении со скоростью Bluetooth, который в разы превышает скорость передачи, инфракрасный порт стал не практичен.

Bluetooth (Синий Зуб)

Название дано в честь Харальда I Синезубого – отличная производственная спецификация беспроводных персональных сетей, Bluetooth носит второе название Wireless personal area network в сокращении WPAN. Так же данный стандарт обеспечивает обмен информацией с разными устройствами:
• Ноутбуки
• Мобильные телефоны
• Мышки
• Клавиатуры
• Принтеры

А также множество других устройств, поддерживающих данную технологию.

Интересное:
Одна достаточно известная компания AIRcable создала отличный Bluetooth-адаптер Host XR, которая создает сигнал с радиусом прямого действия до 30 км.

Wi-Fi (Wireless Fidelity)

Технология передачи данных, созданная торговой маркой Wi-Fi Alliance на базе стандарта IEEE 802.11.

Каждое устройство, которое соответствует стандарту IEEE 802.11, должно быть протестировано в Wi-Fi Alliance. Если устройство все-таки действительно соответствует всем стандартам, оно получит соответствующий сертификат, а так же право нанесения логотипа Wi-Fi.

Беспроводная сеть Wi-Fi, была создана еще в 1991 году корпорациями NCR Corporation \ AT&T в Ньивегейн, Нидерланды. Продукция, предназначавшаяся изначально для кассового обслуживания, в рынок было введено, как WaveLAN и предоставляли скорость передачи данных до 2 Мбит\с.

Стандарт IEEE 802.11n был утвержден 11 сентября 2009 года. Его применение разрешает буквально повысить скорость передачи данных примерно в 4-ре раза по сравнению с устройствами стандартов 802.11g, скорость которых равна 54 Мбит\с. Если смотреть с теоретической точки зрения стандарт 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 6-ти сотен (600) Мбит\с.

Интересное:
Институт инженеров по электронике и электротехнике (IEEE) выпустил официальную версию стандарта IEEE 802.22, и назвали его Super Wi-Fi, по тем причинам, что данный стандарт позволяет передавать данные с приблизительной скоростью до 22 Мбит\с в радиусе до 100 км от ближайшего передатчика. Создали данный стандарт 29 июля в 2011 году.

NFC (Near Field Communication)

Данная система является как коммуникация ближнего поля, большой привилегией сети является большая скорость передачи файлов на маленьком расстоянии, конечно же, данная система работает как беспроводная, но обмен между устройствами исполняется только расстоянии 10-ти сантиметров.

Данная технология является обычным расширением стандарта бесконтактных карт, которые собирают в одно целое интерфейс смарткарты, а так же считывателя в одно устройство.

Данная технология создана не так давно, и на данный момент она напрямую нацелена на использование в смартфонах. Так же имеются три области, где

NFC так же может быть применен:
• В связке двух устройств, для обмена информацией;
• Устройство может вести себя как активная бесконтактная карта;
• NFC является активным и считывает пассивные радиосигналы, которые считываются и записываются и хранятся в так называемых транспондерах.

Сама сеть является многофункциональной, по этому, ее можно использовать в разных областях таких как:

• Мобильные платежи
• Платежной карты
• Покупка билетов в общественном транспорте
• Электронная доска
• Спаривание Bluetooth

Применение NFC является в будущем, ведь на базе данного устройства можно создать электронные ключи, которые будут открываться только тогда, когда ваше устройство приблизится к замку на расстояние около 10 сантиметров.

Источник

Как работает мобильный телефон

Для большинства из нас мобильный телефон давно уже стал неотъемлемой частью жизни, однако наверняка многие из вас задавались вопросом, о том каким образом вы можете звонить с мобильника или о том почему существуют разные поколения мобильной связи.

p, blockquote 1,0,0,0,0 —>

p, blockquote 2,0,0,0,0 —>

Как устроена сотовая связь

Давайте рассмотрим, что из себя представляет технология мобильной связи. Когда вы говорите по телефону, звук вашего голоса улавливается мембраной встроенного микрофона. Микрофон преобразует ваш голос в цифровой сигнал, с помощью МЭМС датчика и интегральное микросхемы.

p, blockquote 3,0,0,0,0 —>

Цифровой сигнал представляет собой ваш голос зашифрованный в виде последовательности нулей и единиц, а встроенная антенна принимает эти нули и единицы преобразуя их в электромагнитные волны. В электромагнитных волнах последовательность нулей и единиц представлены меняющимися характеристиками волны, такими как амплитуда, частота, фаза или их комбинацией. Например, в случае с частотой, 0 и 1 передаются посредством использования низких и высоких частот соответственно.

p, blockquote 4,0,0,0,0 —>

p, blockquote 5,0,1,0,0 —>

Если найти способ передачи этих электромагнитных волн на мобильный телефон вашего друга, вы сможете с ним говорить. Однако электромагнитные волны не способны преодолевать большие расстояния. Они теряют свою силу из-за препятствий, физических объектов, электрооборудования и некоторых факторов окружающей среды и даже, если бы этих проблем не было, электромагнитные волны не могут достичь всех точек поверхности земли поскольку она изогнута.

p, blockquote 6,0,0,0,0 —>

Технология сотовой связи

Чтобы решить эти проблемы используется технология сотовой связи, которая задействует сеть вышек. Эта технология подразумевает деление географической зоны на шестиугольные ячейки или соты, в каждой из которых устанавливается вышка со своим частотным интервалом. Как правило, эти вышки соединены между собой оптоволоконным кабелем. Такие оптоволоконные кабели проложены под землей или по дну океанов и обеспечивают национальную и международную связь.

p, blockquote 7,0,0,0,0 —>

p, blockquote 8,0,0,0,0 —>

Вышка вашей ячейки принимает электромагнитные волны посылаемые вашим телефоном и преобразует их в высокочастотные световые импульсы. Эти световые импульсы доставляются к приёмо-передатчику расположенному у основания вышки для дальнейшей обработки сигнала. После обработки сигнал вашего голоса направляется к принимающей вышки, а та в свою очередь ретранслирует полученные световые импульсы в форме электромагнитных волн, которые принимает антенна телефона вашего друга. Далее проходит процесс обратной переработки сигнала и ваш друг слышит ваш голос. И так получается, что мобильная связь не является полностью беспроводной, в ее обеспечении также участвует проводная связь, так устроена сотовая связь.

p, blockquote 9,0,0,0,0 —>

Центр коммутации мобильной связи

Однако есть вопрос, который мы пока не затрагивали. Сотовая связь действует только тогда, когда сигнал с вышки в вашем районе транслируется на вышку ближайшую к местонахождению вашего друга, но как ваша вышка узнает в какой ячейке он сейчас находится, и на какую вышку направлять сигнал. Для того, чтобы это произошло вышка сотовой связи должна получить помощь от так называемого “Центра коммутации мобильной связи” (MSC). Центр коммутации является связующим компонентом группы вышек сотовой связи, прежде чем двинуться дальше давайте подробнее разберем функции центра коммутации.

p, blockquote 10,0,0,0,0 —>

Функции центра коммутации

При покупке sim-карты вся информация об абоненте регистрируется в некотором центре коммутации, назовем этот центр домашним. Домашний MSC хранит информацию об абоненте, такую как тарифный план, текущее местоположение и статус активности. Если вы выходите за пределы своего домашнего центра, вас начинает обслуживать новый, который мы назовем гостевым центром коммутации. Когда вы входите в зону гостевого центра, он связывается с вашим домашним MSC, таким образом ваш домашний центр всегда знает в какой зоне вы находитесь.

p, blockquote 11,1,0,0,0 —>

Чтобы понять в какой из ячеек связанные с данным MSC находится абонент, центр коммутации использует несколько методов:

p, blockquote 12,0,0,0,0 —>

1. Один из них постоянное обновление информации о положении абонента через определенный промежуток времени.
2. Также обновление выполняется, если мобильное устройство пересекает заранее определенное количество ячеек.
3. Наконец, обновление данных о местоположении происходит при включении мобильного телефона. Давайте разберем все три случая на примере.

Предположим Анель хочет позвонить Роме. Когда Анель набирает номер, запрос на вызов поступает на ее домашний центр коммутации, после получения информации о номере Ромы, запрос будет отправлен на его домашний центр, затем следует проверка текущего MSC Ромы.

p, blockquote 13,0,0,0,0 —>

Если Рома находится в зоне своего домашнего центра, запрос вызова будет немедленно отправлен на ближайшую к его местоположению вышку с целью первичной проверки, активен ли его телефон или не занят ли он разговором с другим абонентом.

p, blockquote 14,0,0,0,0 —>

Если все в порядке, телефон Ромы зазвонит и начнется разговор. Однако если Рома находится вне зоны своего домашнего MSC, то его домашний центр коммутации просто перенаправляет запрос вызова на гостевой центр. Гостевой центр коммутации следуя ранее описанной процедуре определит местоположение телефона Ромы, после чего установятся соединение.

p, blockquote 15,0,0,0,0 —>

Частотный спектр и мобильная связь

Теперь давайте обсудим, почему частотный спектр очень важен для мобильной связи. Для передачи последовательности нулей и единиц посредством цифровой связи, каждому абоненту выделяется частотный диапазон, однако частотный спектр сотовой связи весьма ограничен, при том что пользуются ей миллиарды абонентов.

p, blockquote 16,0,0,0,0 —>

Эта проблема решается с помощью двух методов. Первый, распределение частотного интервала и второй — технология множественного доступа. В первом случае подразумевается четкое распределение разных частотных интервалов по разным вышкам сотовой связи, а технология множественного доступа заключается в эффективном распределение частотного интервала среди всех активных пользователей в ячейке.

p, blockquote 17,0,0,1,0 —>

Чем отличаются поколения мобильной связи

Технология 1G позволила абонентам связываться по телефону без подключенного к нему провода, но у этого поколения было две проблемы: первая заключалась в том, что беспроводная передача велась в аналоговом формате. Аналоговый сигнал может быть легко искажен помехами, поэтому его качество и безопасность были очень низкими. Вторая проблема заключалась в использовании технологии FDMA множественный доступ с разделением каналов по частоте. Доступный частотный спектр при нём используются неэффективно. Эти негативные факторы стали причиной появления мобильной связи второго поколения.

p, blockquote 18,0,0,0,0 —>

p, blockquote 19,0,0,0,0 —>

В мобильной связи 2G использовались цифровые технологии множественного доступа с разделением по времени TDMA или с кодовым разделением CDMA. Второе поколение также представила революционную услугу передачи данных SMS и доступа в интернет.

p, blockquote 20,0,0,0,0 —>

Технология 3G была нацелена на повышение скорости передачи данных. Для этого наряду с увеличением пропускной способности использовалась технология W-CDMA широкополосный множественный доступ с кодовым разделением. В результате была получена скорость 2 Мбита в секунду, что позволило передавать данные для таких целей как GPS, видео, голосовые вызовы и тому подобное. С появлением этой технологии мобильные телефоны стали быстро вытесняться смартфонами.

p, blockquote 21,0,0,0,0 —>

Затем появилась технология 4G, которая позволила достичь скорости передачи данных от 20 до 100 Мбит в секунду, этого было достаточно для просмотра фильмов с высоким разрешением и телевидения. Более высокая скорость стала возможной благодаря технологиям OFDM и MIMO. MIMO задействует одновременно несколько передающих и принимающих антенн, как в мобильном телефоне так и на вышки сотовой связи.

p, blockquote 22,0,0,0,0 —> p, blockquote 23,0,0,0,1 —>

Следующее поколение мобильной связи 5G, которая будет внедрена в скором будущем, будет использовать усовершенствованную технологию MIMO и миллиметровые волны. Это сделает возможной бесперебойную связь для так называемого интернета вещей, обеспечивающего функционирование беспилотных автомобилей и умных домов.

Источник