Il telefono è cambiato molto dalla sua invenzione. Oggi non è nemmeno il dispositivo che trasmette semplicemente la voce di una persona all' altra su lunghe distanze. Nel mondo moderno, questo è uno strumento tecnico complesso con intelligenza artificiale che può non solo effettuare chiamate e inviare messaggi, ma anche riprodurre video e audio, accedere a Internet, elaborare grandi quantità di informazioni ed eseguire contemporaneamente molte operazioni e attività. Cosa sappiamo su come funziona il telefono e come funziona? Nell'ambito di questo articolo, cercheremo di capire questo problema.
La nascita e l'evoluzione del telefono
Il fondatore del primo apparato per la trasmissione di informazioni a distanza è considerato Samuel Morse, che inventò il telegrafo e il codice Morse.
È difficile chiamare questo dispositivo un telefono a tutti gli effetti, poiché le informazioni sono state trasmesse utilizzando la chiusura dei contatti e specialmenteIl codice Morse, come viene spesso chiamato in breve, è stato sviluppato per questo.
Alcuni storici attribuiscono l'invenzione del primo telefono ad Antonio Meucci, che chiamò il teleobiettivo. Ha sviluppato i disegni, ma per qualche motivo sconosciuto non ha registrato la sua creazione. Pertanto, il brevetto appartiene ad Alexander Bell. Il suo dispositivo era senza chiamata e apparentemente non aveva nulla a che fare con i dispositivi moderni.
Il dispositivo telefonico era ingombrante e scomodo per le trattative, pesava circa otto chilogrammi. Tuttavia, ciò non ne ha impedito la divulgazione e l'ampia distribuzione in tutti i paesi. All'inizio del XX secolo c'erano già più di diecimila stazioni nel mondo. Ogni volta, sono state apportate modifiche e miglioramenti al suo design, quindi nel suo design sono comparsi un microfono e un altoparlante separati.
La costruzione globale di centralini telefonici automatici ha portato alla modernizzazione dei dispositivi. Hanno un ricevitore e un disco per comporre il numero dell'abbonato. Il quadrante conteneva numeri e lettere, ad eccezione della lettera "З", poiché assomiglia a un tre. Sui telefoni fissi a pulsanti, questa numerazione è stata conservata fino ad oggi. Questo non viene fatto affatto per inviare messaggi, è più facile ricordare il numero. I primi dispositivi nella Russia sovietica appartenevano a due società: Ericsson e Siemens. Si trattava di telefoni senza caricabatteria, che funzionavano secondo il principio della trasmissione e della ricezione di semplici impulsi elettrici.
I telefoni cordless sono apparsi nel nostro paese negli anni '70 del XXsecolo. Hanno trasmesso un segnale radio alla base, che, a sua volta, ha comunicato con un altro abbonato lungo la linea tramite interruttori. Il loro nome commerciale è "Altai", erano un prototipo di comunicazioni mobili. Una tale installazione pesava sette chilogrammi. Non era idoneo al trasporto, quindi era dotato di veicoli dei servizi operativi. Ha cessato di esistere solo nel 2011.
In Russia, la prima comunicazione cellulare è apparsa nel 1991 e ha funzionato secondo lo standard NMT. I primi fornitori di telefoni cellulari furono Nokia e Motorola. I prezzi per i dispositivi erano cosmici e solo persone molto ricche potevano permetterseli. Lo standard GSM è apparso nel 1993 e, dopo aver sconfitto i suoi concorrenti, ha messo radici in molti paesi. Ti consente di implementare molte funzionalità, incluso l'invio di brevi messaggi. Inizialmente, avrebbero dovuto essere inviati come notifiche di servizio, ma agli utenti l'opzione è piaciuta così tanto che si è trasformata in un servizio separato di operatori mobili.
Con l'avvento dell'era dei dispositivi portatili, il dispositivo dei telefoni cellulari è diventato sempre più complesso, le dimensioni e il peso - meno, e le possibilità - maggiori. Da giganti di tre chilogrammi, sono diventati apparecchiature di comunicazione in miniatura che possono stare facilmente anche nella mano di un bambino. Nel tempo, la vera tastiera a pulsanti è stata sostituita da una virtuale sul touch screen. Sul pannello sono apparsi fotocamere, scanner di impronte digitali e molti altri dispositivi.
Come funzionano i telefoni analogici
Dispositivo telefonico rotante e con touch dial simile nella disponibilitàblocchi compositi, ma differisce nel principio di funzionamento. Le unità includono i seguenti moduli:
- Ricevitore con microfono e altoparlante.
- Telefono.
- Chiamante.
- Unità di selezione.
- Trasformatore.
- Interruttore a leva.
- Condensatore di separazione.
- Modulo RF (stazioni portatili).
L'interruttore a leva è responsabile del collegamento del dispositivo alla linea dell'abbonato. Nel telefono cordless, la connessione è subordinata all'accensione del ricevitore.
Il microfono converte le onde sonore in segnali elettrici. I dispositivi si dividono in elettrodinamici, condensatori, carbone, elettromagnetici e piezoelettrici. Sono anche divisi in attivi e passivi. Quelli attivi formano un impulso elettromagnetico dal suono, quelli passivi cambiano i parametri di altri nodi, principalmente capacità e resistenza. Questi ultimi richiedono un'alimentazione aggiuntiva.
Il telefono traduce gli impulsi elettrici in suoni. La corrente elettrica che scorre attraverso le bobine forma un campo magnetico alternato, che fa vibrare la membrana dell' altoparlante. I dispositivi elettrodinamici ed elettromagnetici utilizzano un sistema magnetico differenziale, i dispositivi piezoelettrici deformano gli elementi della membrana delle sorgenti di frequenza sonora ad esso associate.
L'unità di chiamata può essere a induzione ed elettronica. Necessario per notificare all'abbonato una chiamata in arrivo. Il primo, con l'aiuto della corrente che scorre nelle bobine, fa vibrare l'attaccante e colpisce le coppe squillanti. L'unità elettronica elaborainformazioni sul segnale in ingresso e lo reindirizza a un altoparlante comune sotto forma di impulsi di una determinata frequenza, che viene chiamato suoneria.
Il modulo RF è presente solo nell'unità cordless. È progettato per scambiare informazioni tra il telefono e il ricevitore tramite segnali radio.
Il trasformatore collega tra loro i singoli nodi parlanti. Elimina anche l'effetto dell'eco locale nel ricevitore ed è responsabile della corrispondenza con l'impedenza di linea.
È necessario un condensatore di disaccoppiamento per collegare il telefono alla linea nella modalità di ricezione di un segnale in ingresso e in attesa di uno in uscita. Supporta un'elevata resistenza a una grande tensione di ingresso e una bassa resistenza a una piccola tensione di ingresso.
Il combinatore è a impulsi (disco) ed elettronico (pulsante). Nella prima variante, la ruota meccanica, ruotando, chiude i contatti e invia segnali al centralino telefonico automatico. Il loro numero corrisponde a un numero specifico del numero dell'abbonato. Quelli elettronici funzionano attraverso circuiti integrati che generano artificialmente impulsi utilizzando relè a stato solido e li inviano al ricevitore della stazione. I moderni PBX mantengono ancora questo metodo di chiamata a un abbonato, ma più spesso utilizzano la composizione a toni. I dispositivi moderni supportano anche la telefonia IP. Il principio di funzionamento della selezione a toni consiste nel generare segnali a breve termine di frequenze preimpostate, ogni cui valore corrisponde a un certo numero del numero. Il dispositivo per la connessione di un telefono tramite protocollo IP prevede l'utilizzo del server di un provider tramite un canale Internet dedicato dal quale viene effettuata una chiamata. I dispositivi mobili inviano segnali radio di una determinata frequenza al sistema di comunicazione delle torri cellulari.
Il principio di funzionamento dei dispositivi nelle reti cablate
Per comprendere appieno il telefono cellulare, è necessario sapere come funziona il sistema PBX analogico. Sebbene i telefoni cellulari siano strutture digitali complesse con circuiti integrati, funzionano secondo il principio di base dei telefoni fissi convenzionali.
Ogni fornitore di servizi assegna numeri di identificazione univoci ai propri clienti in base ai quali li distingue l'uno dall' altro. In questo caso, questo è chiamato il numero dell'abbonato o del punto di connessione a cui si adattano i fili. Quando il PBX invia un segnale, il telefono è spento, ovvero il ricevitore è sulla macchina e l'interruttore di aggancio è in posizione aperta. Quando si riceve una chiamata dalla linea, la corrente passa attraverso l'avvolgimento primario, facendo vibrare la camma e battendo le coppe. Nei sistemi elettronici, ciò accade in modo diverso, il segnale viene inviato a un altoparlante esterno e all'uscita sentiamo una melodia o il canto degli uccelli, ad esempio. Dopo che l'abbonato risponde al telefono, il modulo di chiamata e il circuito di composizione si chiudono e la reception si apre utilizzando il relè.
La chiamata a un altro utente avviene in ordine inverso. Una persona prende il telefono, che chiude un circuito e ne disconnette un altro. La chiamata viene effettuata nel modulo di selezione inviando impulsi o segnali ai dispositivi di commutazione della stazione. Lei, a sua volta, riconosce i numeri, combinandoli in un unico numero, reindirizza apunto desiderato.
La trasmissione vocale nei sistemi analogici avviene a causa della vibrazione della membrana del microfono. Nel carbone, crea un sigillo, che provoca una perturbazione del campo magnetico della bobina. Questa oscillazione genera un impulso che viene inviato a un altro ricevitore.
Progettazione schematica di telefoni cellulari
Il dispositivo cellulare dovrebbe essere individuato in una categoria separata, poiché nella sua esecuzione assomiglia a un sistema DECT, ma con una serie di differenze. Trasmette anche un segnale radio al ricevitore, ma prima viene crittografato. Utilizza le proprie frequenze e canali per il lavoro. Ma presentare un gadget mobile come telefono non è del tutto corretto. È stato a lungo un dispositivo multifunzionale.
Se parliamo di prestazioni esterne, allora si dovrebbe notare quanto segue:
- Fattore di forma. Può essere un corpo pieghevole o scorrevole.
- Fotocamera.
- Microfono.
- Altoparlante.
- Schermo.
- Tastiera.
- Connettore USB.
- Batteria.
- Caricabatterie per cellulari.
- Scheda SIM.
Molti gadget sono integrati con vari accessori, che ne ampliano la portata. Il diagramma schematico del dispositivo interno è mostrato nella figura seguente.
Nonostante ciò, il dispositivo funziona esclusivamente con segnali radio analogici, tutti i processi al suo interno sono completamente digitalizzati. Il suo chip include blocchi analogici e digitali.
Modulo analogico
Include un mezzo per ricevere e trasmettere segnali. Di solitosituato separatamente dal nodo digitale. Per le sue prestazioni assomiglia a un radiotelefono, ma funziona secondo lo standard GSM. Il ricevitore e il trasmettitore non funzionano in modo sincrono, il segnale viene inviato con un ritardo di 1/8. Ciò consente di risparmiare la carica della batteria e di integrare l'amplificatore con un mixer. Poiché il dispositivo non funziona mai per ricevere e trasmettere contemporaneamente, è una specie di interruttore che commuta l'antenna da una modalità all' altra.
In ricezione, dopo essere passato attraverso il filtro del canale, il segnale viene amplificato dall'LNA e inviato al mixer. Viene quindi demodulato e inviato a un convertitore analogico-digitale, che lo converte nel segnale digitale necessario per alimentare la CPU.
In trasmissione, un generatore logico modula i dati digitali in un segnale. Inoltre, attraverso il mixer, entra nel sintetizzatore di frequenza, dopodiché passa al filtro di canale e amplificato. Solo un segnale di potenza sufficiente viene inviato all'antenna, da dove va nello spazio.
Modulo digitale
L'elemento principale e il cervello dell'intero sistema è il processore centrale, che elabora tutte le informazioni in arrivo. Il chipset del microcircuito è utilizzato in modo simile a quello di un computer, ma in termini di prestazioni e potenza non può competere con esso. Oltre alla CPU, questa unità include:
- Un convertitore da analogico a digitale che converte i segnali dei microfoni analogici in dati digitali.
- Codificatore e decodificatore vocale e di canale.
- Convertitore da digitale ad analogico.
- Decodificatore ecodificatore.
- Rilevatore di attività vocale. Consente ai nodi di funzionare solo quando è presente la voce del chiamante.
- Fondi terminal. Forma un'interfaccia di comunicazione con dispositivi esterni come un PC o un caricatore del telefono.
- Moduli wireless.
- Tastiera.
- Visualizza.
- Altoparlante.
- Microfono.
- Modulo telecamera.
- Stoccaggio rimovibile.
- Scheda SIM.
Alcune aziende utilizzano due microfoni. Uno è necessario per sopprimere il rumore esterno. Inoltre, a volte vengono utilizzati due altoparlanti: uno per le conversazioni telefoniche, l' altro per la riproduzione di musica.
Il principio di funzionamento dei dispositivi mobili in una rete cellulare
I telefoni cellulari funzionano sulla rete GSM su quattro frequenze:
- 850 MHz.
- 900 MHz.
- 1800 MHz.
- 1900 MHz.
Lo standard di sistema include tre componenti principali:
- Sottosistema stazione base (BSS).
- Switching Switching Subsystem (NSS).
- Centro di assistenza e gestione (OMC).
Il dispositivo interagisce con le stazioni base (torri). Dopo averlo acceso, avvia la scansione delle reti del suo standard, che riconosce dall'identificatore di trasmissione. Se disponibile, il telefono seleziona la stazione la cui potenza del segnale è maggiore. Poi arriva l'autenticazione. Gli identificatori sono numeri di carta SIM univoci IMSI e Ki. Successivamente, il centro di autenticazione (AuC) invia un numero casuale al dispositivo, che è la chiave per un algoritmo specialeinformatica. Allo stesso tempo, il sistema esegue tale calcolo da solo. Se i risultati della base e del dispositivo corrispondono, il telefono è registrato sulla rete.
L'identificatore univoco del dispositivo è il suo IMEI, che è memorizzato nella memoria non volatile. Questo numero è impostato dal produttore ed è il suo passaporto. Le prime otto cifre dell'IMEI includono la descrizione del dispositivo, le altre sono il numero di serie con una cifra di controllo.
Dopo aver completato la registrazione, il telefono è pronto per scambiare segnali con le stazioni base. Come accennato in precedenza, la disposizione dei telefoni degli operatori cellulari è simile al sistema dei dispositivi DECT, ma con le sue differenze. Prima di andare in onda, il segnale mobile viene crittografato e suddiviso in segmenti di 20 ms. La codifica viene eseguita secondo l'algoritmo standard EFR utilizzando una chiave pubblica. E l'antenna viene attivata da un rilevatore di attività vocale (VAD), cioè quando una persona inizia a parlare. La discontinuità vocale viene gestita dal codec utilizzando l'algoritmo DTX. Sul lato ricevente, il segnale viene elaborato allo stesso modo, ma in ordine inverso.
Caricatori
I caricatori per telefoni cellulari sono un componente importante, in quanto mantengono il dispositivo funzionante. Il loro scopo diretto è ridurre la tensione e la corrente della rete ai valori richiesti e alimentarla alla batteria. Fondamentalmente, la tensione di uscita è 5V, la corrente dipende dal modello e dalla capacità della batteria. Il tempo di carica della batteria dipende anche dalla sua potenza.
Condivisione caricatori:
- Ontrasformatore.
- Impulso.
I primi non temono i cali di tensione e hanno sempre un ampio margine di corrente. Il loro concetto è molto semplice. La bobina step-down è alimentata con la tensione di rete, che la riduce ai valori desiderati. La corrente dal secondo avvolgimento passa al ponte a diodi, dove è installato il condensatore. Agisce come un filtro contro gli sbalzi di tensione e ne assorbe l'eccesso. Successivamente, il resistore abbassa la corrente e la trasferisce alla batteria.
Il circuito di memoria a impulsi è più complesso ed è realizzato utilizzando diodi e transistor.
Supporta i sistemi di trasmissione dati wireless
Attualmente, ci sono tre modi per trasferire i dati:
- Infrarossi.
- Bluetooth.
- Wi-Fi.
Il primo si è rivelato inefficace, quindi non viene utilizzato. Gli ultimi due sono implementati su quasi tutti i dispositivi. Il Bluetooth ha una portata ridotta e viene utilizzato principalmente allo scopo di organizzare un'interfaccia di comunicazione con i dispositivi portatili per il telefono.
Il Wi-Fi è considerato un formato più avanzato e viene utilizzato per accedere a Internet. Va notato che esistono software speciali che consentono di effettuare chiamate su Internet senza utilizzare una connessione cellulare. Inoltre, utilizzando questa tecnologia, puoi organizzare una rete locale a cui più dispositivi possono connettersi contemporaneamente e scambiare dati.
Accessori opzionali
Le aziende manifatturiere stanno cercando in tutti i modi di attirare i clienti verso i loro prodotti,ampliare quindi costantemente la gamma della nomenclatura offerta. Ciò include:
- Casi.
- Protezione del vetro.
- Dispositivi portatili per il telefono, come un auricolare.
- Unità rimovibili.
- Multimedia.
- Strumenti intelligenti.
- Dispositivi USB per il tuo telefono, come cavi, adattatori o caricabatterie.
Tali utilità espandono notevolmente le capacità dei gadget e semplificano la vita ai loro proprietari.
Caratteristiche comparative dei moderni modelli di telefoni
Per capire cosa sono i telefoni moderni, devi vedere chiaramente i loro parametri. Ma considerare un marchio è ingiusto. Una recensione di un campione non darà un quadro completo, quindi, per confronto e analisi, sono stati presi tre smartphone di punta dei marchi Samsung (il dispositivo dei telefoni di questo marchio non è troppo diverso dagli altri), Apple e Xiaomi. Per categoria di prezzo, si sono allineati nel seguente ordine:
- Mela.
- Samsung.
- Xiaomi.
A giudicare dal prezzo, l'iPhone utilizza tecnologie avanzate con i parametri più elevati. Tuttavia, Samsung è sul mercato dal 1938 e ha accumulato molta esperienza. In generale, lo scopo del confronto non è identificare il vincitore e rispondere alla domanda su quale sia il migliore: il dispositivo dei telefoni su "Android" o sulla piattaforma iOS. La sfida è mostrare quanto è arrivata la tecnologia.
| Nomi dei parametri | Mela | Somma | Xiaomi |
| Dimensioni, mm | 77, 4×157, 5×7, 7 | 76, 4×161, 9×8, 8 | 74, 9×150, 9×8, 1 |
| Peso, sol | 208 | 201 | 189 |
| Supporto di rete | I telefoni Samsung, Apple e Xiaomi supportano le reti 2G, 3G, 4G | ||
| Carte SIM | 1 non dimensionato | 2 su scala nanometrica | |
| Dimens. display diagonale, pollici | 6, 5 | 6, 4 | 5, 99 |
| Risoluzione dello schermo | 2688×1242 | 2960×1440 | 2160×1080 |
| Densità DPI | 458 | 516 | 403 |
| Tecnologia di produzione | OLED | Super AMOLED | IPS |
| Numero di colori sullo schermo | 16 milioni | 17 milioni | 16,7 milioni |
| Sistema | iOS | Android | |
| Produttore CPU | Mela | Samsung | Qualcomm |
| Modello CPU | A12 Bionico | Exynos 9810 | Snapdragon 845 |
| Numero di core | 6 | Ce ne sono 8 nel dispositivo dei telefoni Xiaomi e Samsung nella configurazione generale, 4 per ciascuno | |
| Frequenza, GHz | 2, 5 | 1, 9; 2, 9 | 1, 8; 2, 8 |
| Tecnologia, nm | 7 | 10 | |
| RAM, GB | 4 | 6 | |
| Memoria interna, GB | 256 | 128 | |
| Sensori integrati |
|
|
|
| Risoluzione fotocamera posteriore, MP |
Principale: 12 MP Ausiliare: 12 MP |
||
| Sensibilità diaframma |
Principale: ƒ/2.4 Ausiliare: ƒ/1.8 |
Principale: ƒ/2.4 Ausiliare: ƒ/1.5 |
Principale: ƒ/2.4 Ausiliare: ƒ/1.8 |
| Risoluzione fotocamera anteriore, MP | 7 | 8 | 5 |
| Sensibilità diaframma | ƒ/2.2 | ƒ/1.7 | ƒ/1.7 |
| Supporta la tecnologia wireless | Bluetooth, Wi-Fi | ||
| Posizionamento satellitare | GPS, GLONASS, A-GPS | ||
| Capacità della batteria, mAh | 3174 | 4000 | 3400 |
| Sistemi di protezione |
|
Il telefono Samsung ha solo uno scanner facciale | Xiaomi ha uno scanner di impronte digitali |
Come puoi vedere dalla tabella, le specifiche e i dispositivi dei telefoni Samsung, Xiaomi e Apple sono quasi gli stessi. Questo parla solo di sana concorrenza e del desiderio di rendere il tuo prodotto migliore per gli utenti. Tutti i produttori stanno introducendo le ultime tecnologie che non si fermano e si stanno sviluppando rapidamente.
Conclusione
Non è passato molto tempo dalla comparsa del primo telefono. Durante questo periodo, si sono evoluti da un semplice insieme di parti a dispositivi intelligenti. Combinano molte funzioni precedentemente assegnate ad altri dispositivi. E questo sviluppo continuerà.
