הטלפון השתנה רבות מאז המצאתו. היום זה אפילו לא המכשיר שפשוט מעביר את הקול של אדם אחד למשנהו למרחקים ארוכים. בעולם המודרני מדובר בכלי טכני מורכב בעל בינה מלאכותית שיכול לא רק לבצע שיחות ולשלוח הודעות, אלא גם לנגן וידאו ואודיו, לגשת לאינטרנט, לעבד כמויות גדולות של מידע ובו זמנית לבצע פעולות ומשימות רבות. מה אנחנו יודעים על איך הטלפון עובד ואיך הוא עובד? במסגרת מאמר זה, ננסה להבין את הנושא הזה.
הלידה וההתפתחות של הטלפון
מייסד המנגנון הראשון להעברת מידע למרחקים נחשב לסמואל מורס, שהמציא את הטלגרף וקוד המורס.
קשה לקרוא למכשיר הזה טלפון מלא, מכיוון שמידע הועבר באמצעות סגירת איש קשר ובמיוחדקוד מורס, כפי שהוא מכונה לעתים קרובות בקיצור, פותח עבורו.
יש היסטוריונים המייחסים את המצאת הטלפון הראשון לאנטוניו מוצ'י, שאותו כינה הטלפוטופון. הוא פיתח את הרישומים, אך מסיבה לא ברורה לא רשם את יצירתו. לכן, הפטנט שייך לאלכסנדר בל. המכשיר שלו היה ללא שיחה ולחוץ לא היה לו שום קשר למכשירים מודרניים.
מכשיר הטלפון היה מגושם ולא נוח למשא ומתן, במשקל של כשמונה קילוגרמים. עם זאת, זה לא מנע את הפופולריות שלו ואת תפוצתו הרחבה בכל המדינות. בתחילת המאה העשרים כבר היו בעולם יותר מעשרת אלפים תחנות. בכל פעם בוצעו שינויים ושיפורים בעיצובו, ולכן הופיעו מיקרופון ורמקול נפרדים בעיצובו.
הבנייה העולמית של מרכזיות טלפון אוטומטיות הובילה למודרניזציה של מכשירים. הם קיבלו מכשיר ודיסק לחיוג למספר המנוי. החוגה הכילה מספרים ואותיות, למעט האות "З", מכיוון שהיא דומה לשלוש. בטלפונים קבועים בלחיצת כפתור, המספור הזה נשמר עד היום. זה לא נעשה בכלל כדי לשלוח הודעות, קל יותר לזכור את המספר. המכשירים הראשונים ברוסיה הסובייטית היו שייכים לשתי חברות: אריקסון וסימנס. אלה היו טלפונים ללא מטען, הפועלים על עיקרון של שידור וקליטת דחפים חשמליים פשוטים.
טלפונים אלחוטיים הופיעו בארצנו בשנות ה-70 של המאה העשריםמֵאָה. הם שידרו אות רדיו לבסיס, שבתורו תקשר עם מנוי אחר לאורך הקו באמצעות מתגים. השם המסחרי שלהם הוא "אלטאי", הם היו אב טיפוס של תקשורת סלולרית. מתקן כזה שקל שבעה קילוגרמים. הוא לא היה מתאים לנשיאה, ולכן הוא היה מצויד בכלי רכב של שירותים תפעוליים. הפסיק להתקיים רק ב-2011.
ברוסיה, התקשורת הסלולרית הראשונה הופיעה ב-1991, והיא עבדה לפי תקן NMT. הספקים הראשונים של טלפונים ניידים היו נוקיה ומוטורולה. המחירים של המכשירים היו קוסמיים, ורק אנשים עשירים מאוד יכלו להרשות לעצמם. תקן GSM הופיע בשנת 1993 ולאחר שהביס את מתחריו, השתרש במדינות רבות. זה מאפשר לך ליישם הרבה פונקציונליות, כולל שליחת הודעות קצרות. בתחילה הם היו אמורים להישלח כהתראות שירות, אך המשתמשים אהבו את האפשרות עד כדי כך שהיא הפכה לשירות נפרד של מפעילי סלולר.
עם כניסתו של עידן המכשירים הניידים, מכשיר הטלפונים הניידים נעשה מורכב יותר ויותר, הגודל והמשקל - פחות, והאפשרויות - יותר. מענקים של שלושה קילוגרם הם הפכו לציוד תקשורת מיניאטורי שיכול להתאים בקלות אפילו ביד של ילד. עם הזמן, מקלדת הכפתור האמיתית הוחלפה במקלדת וירטואלית על מסך המגע. מצלמות, סורקי טביעות אצבע ומכשירים רבים אחרים הופיעו בלוח.
איך עובדים טלפונים אנלוגיים
מכשיר טלפון עם חיוג סיבובי ומגע דומה בזמינותובלוקים מרוכבים, אך שונה בעיקרון הפעולה. היחידות כוללות את המודולים הבאים:
- שפופרת עם מיקרופון ורמקול.
- Phone.
- מתקשר.
- יחידת חיוג.
- Transformer.
- מתג ידית.
- קבלים מפרידים.
- מודול RF (תחנות ניידות).
מתג הידית אחראי על חיבור המכשיר לקו המנוי. במכשיר הטלפון האלחוטי, החיבור מותנה בהפעלת השפופרת.
מיקרופון ממיר גלי קול לאותות חשמליים. התקנים מחולקים לאלקטרודינמי, קבלים, פחם, אלקטרומגנטיים ופיזואלקטריים. הם גם מחולקים לאקטיביים ופסיביים. פעילים יוצרים דחף אלקטרומגנטי מצליל, פסיביים משנים את הפרמטרים של צמתים אחרים, בעיקר קיבול והתנגדות. האחרונים דורשים ספק כוח נוסף.
הטלפון מתרגם דחפים חשמליים לקול. הזרם החשמלי הזורם דרך הסלילים יוצר שדה מגנטי לסירוגין, הגורם לרטיטה של קרום הרמקול. מכשירים אלקטרודינמיים ואלקטרומגנטיים משתמשים במערכת מגנטית דיפרנציאלית, מכשירים פיזואלקטריים מעוותים את האלמנטים של הממברנה של מקורות תדר קול הקשורים אליו.
היחידה המתקשרת יכולה להיות אינדוקציה ואלקטרונית. נדרש להודיע למנוי על שיחה נכנסת. הראשון, בעזרת הזרם הזורם בסלילים, גורם לחלוץ לרטוט ולפגוע בכוסות המצלצלות. היחידה האלקטרונית מעבדתמידע על האות הנכנס ומפנה אותו לרמקול משותף בצורה של פולסים בתדר נתון, הנקרא רינגטון.
מודול ה-RF קיים רק ביחידת הטלפון האלחוטי. הוא נועד להחליף מידע בין הטלפון למקלט באמצעות אותות רדיו.
השנאי מחבר את צמתי הדיבור הבודדים זה לזה. מבטל גם את ההשפעה של הד מקומי במכשיר ואחראי להתאמה עם עכבת הקו.
יש צורך בקבל ניתוק כדי לחבר את הטלפון לקו במצב של קבלת אות נכנס והמתנה לאות יוצא. תומך בהתנגדות גבוהה למתח כניסה גדול והתנגדות נמוכה למתח כניסה קטן.
החייגן הוא דופק (דיסק) ואלקטרוני (כפתור). בגרסה הראשונה, הגלגל המכני, מסתובב, סוגר את המגעים ושולח אותות למרכזית הטלפון האוטומטית. המספר שלהם מתאים למספר מסוים של מספר המנוי. אלה אלקטרוניים פועלים באמצעות מעגלים משולבים היוצרים פולסים באופן מלאכותי באמצעות ממסרי מצב מוצק ושולחים אותם למקלט של התחנה. מרכזיות מודרניות עדיין שומרות על שיטה זו של התקשרות למנוי, אך לעתים קרובות יותר משתמשות בחיוג צליל. מכשירים מודרניים תומכים גם בטלפון IP. עקרון הפעולה של חיוג צליל הוא יצירת אותות קצרי טווח של תדרים מוגדרים מראש, שכל ערך שלהם מתאים למספר מסוים של המספר. המכשיר לחיבור טלפון באמצעות פרוטוקול IP כרוך בשימוש בשרת של ספק באמצעות ערוץ אינטרנט ייעודי ממנו מתבצעת שיחה.מכשירים ניידים שולחים אותות רדיו בתדר נתון למערכת התקשורת של מגדלים סלולריים.
עקרון הפעולה של מכשירים ברשתות קוויות
כדי להבין את הטלפון הנייד במלואו, עליך לדעת כיצד פועלת מערכת המרכזיה האנלוגית. למרות שטלפונים סלולריים הם מבנים דיגיטליים מורכבים עם מעגלים משולבים, הם פועלים על פי העיקרון הבסיסי של טלפונים קבועים רגילים.
כל ספק שירות מקצה מספרי זיהוי ייחודיים ללקוחותיו שבאמצעותם הוא מבדיל אותם זה מזה. במקרה זה, זה נקרא המספר של המנוי או נקודת החיבור שאליה מתאימים החוטים. כאשר המרכזיה שולחת אות, הטלפון במצב כבוי, כלומר, השפופרת נמצאת במכשיר ומתג הוו נמצא במצב פתוח. כאשר מתקבלת קריאה מהקו, הזרם עובר דרך הפיתול הראשי, וגורם למצלמה לרטוט ולהכות את הכוסות. במערכות אלקטרוניות זה קורה אחרת, האות מוזן לרמקול חיצוני וביציאה שומעים למשל מנגינה או שירת ציפורים. לאחר שהמנוי מרים את הטלפון, מודול השיחה ומעגל החיוג נסגרים, והקליטה נפתחת באמצעות הממסר.
התקשרות למשתמש אחר מתרחשת בסדר הפוך. אדם מרים את הטלפון, שסוגר מעגל אחד ומנתק מעגל אחר. השיחה מתבצעת במודול החיוג על ידי שליחת פולסים או אותות למכשירי המיתוג של התחנה. היא, בתורה, מזהה את המספרים, משלבת אותם למספר בודד, מפנה אלהנקודה הרצויה.
שידור קול במערכות אנלוגיות מתרחש עקב הרטט של קרום המיקרופון. בפחם הוא יוצר אטימה שגורמת להפרעה בשדה המגנטי של הסליל. תנודה זו מייצרת דופק ששולח למקלט אחר.
עיצוב סכמטי של טלפונים ניידים
יש לייחד את מכשיר הטלפון הסלולרי בקטגוריה נפרדת, שכן בביצועו הוא דומה למערכת DECT, אך עם מספר הבדלים. הוא גם משדר אות רדיו למקלט, אבל קודם הוא מוצפן. משתמש בתדרים ובערוצים משלו לעבודה. אבל הצגת גאדג'ט נייד כטלפון אינה נכונה לחלוטין. זה כבר מזמן מכשיר רב תכליתי.
אם אנחנו מדברים על ביצועים חיצוניים, יש לציין את הדברים הבאים:
- גורם צורה. זה יכול להיות גוף מתקפל או מחליק.
- מצלמה.
- מיקרופון.
- דובר.
- מסך.
- Keyboard.
- מחבר USB.
- סוללה.
- מטענים לטלפונים ניידים.
- כרטיס SIM.
גאדג'טים רבים מתווספים באביזרים שונים, מה שמרחיב את היקפם. תרשים סכמטי של ההתקן הפנימי מוצג באיור למטה.
למרות זאת, המכשיר פועל אך ורק עם אותות רדיו אנלוגיים, כל התהליכים בו עוברים דיגיטציה מלאה. השבב שלו כולל בלוקים אנלוגיים ודיגיטליים.
מודול אנלוגי
זה כולל אמצעי קליטה והעברת אותות. בְּדֶרֶך כְּלַלממוקם בנפרד מהצומת הדיגיטלי. לפי ביצועיו, הוא דומה לרדיוטלפון, אך פועל לפי תקן GSM. המקלט והמשדר אינם פועלים באופן סינכרוני, האות נשלח בהשהיה של 1/8. זה מאפשר לך לחסוך בסוללה ולשלב את המגבר עם מיקסר. מכיוון שהמכשיר אף פעם לא עובד לקליטה ולשידור בו זמנית, מדובר במעין מתג שמעביר את האנטנה ממצב אחד למשנהו.
בקליטה, לאחר מעבר דרך מסנן הערוצים, האות מוגבר על ידי ה-LNA ונשלח למיקסר. לאחר מכן הוא מפורק ונשלח לממיר אנלוגי לדיגיטלי, אשר ממיר אותו לאות הדיגיטלי הדרוש להפעלת ה-CPU.
בשידור, מחולל לוגי מווסת נתונים דיגיטליים לאות. בהמשך, דרך המיקסר, הוא נכנס לסינתיסייזר התדרים, ולאחר מכן הוא עובר למסנן הערוץ ומוגבר. רק אות בעוצמה מספקת מוזן לאנטנה, משם היא יוצאת לחלל.
מודול דיגיטלי
האלמנט העיקרי והמוח של המערכת כולה הוא המעבד המרכזי, המעבד את כל המידע הנכנס. ערכת השבבים של המיקרו-מעגל משמשת בדומה למחשב, אך מבחינת ביצועים והספק היא לא יכולה להתחרות בה. בנוסף למעבד, יחידה זו כוללת:
- ממיר אנלוגי לדיגיטלי הממיר אותות מיקרופון אנלוגי לנתונים דיגיטליים.
- מקודד ומפענח דיבור וערוצים.
- ממיר דיגיטלי לאנלוגי.
- מפענח ומקודד.
- גלאי פעילות דיבור. מאפשר לצמתים לפעול רק כאשר הדיבור של המתקשר נוכח.
- קרנות טרמינליות. יוצר ממשק תקשורת עם מכשירים חיצוניים כגון מטען למחשב או לטלפון.
- מודולים אלחוטיים.
- Keyboard.
- Display.
- דובר.
- מיקרופון.
- מודול מצלמה.
- אחסון נשלף.
- כרטיס SIM.
חברות מסוימות משתמשות בשני מיקרופונים. יש צורך באחד כדי לדכא רעש חיצוני. כמו כן, לפעמים משתמשים בשני רמקולים: האחד לשיחות טלפון, והשני להשמעת מוזיקה.
עקרון הפעולה של מכשירים ניידים ברשת סלולרית
טלפונים ניידים פועלים ברשת GSM בארבעה תדרים:
- 850 מגה-הרץ.
- 900 מגה-הרץ.
- 1800 מגה-הרץ.
- 1900 מגה-הרץ.
תקן המערכת כולל שלושה מרכיבים עיקריים:
- תת-מערכת תחנת בסיס (BSS).
- Switching Switching Subsystem (NSS).
- מרכז שירות וניהול (OMC).
המכשיר מקיים אינטראקציה עם תחנות בסיס (מגדלים). לאחר הפעלתו, הוא מתחיל לסרוק רשתות בסטנדרט שלה, אותן הוא מזהה לפי מזהה השידור. אם זמין, הטלפון בוחר בתחנה שעוצמת האות שלה גבוהה יותר. לאחר מכן מגיע האימות. המזהים הם מספרי כרטיס SIM ייחודיים IMSI ו-Ki. לאחר מכן, מרכז האימות (AuC) שולח מספר אקראי למכשיר, שהוא המפתח לאלגוריתם מיוחדמחשוב. במקביל, המערכת מבצעת חישוב כזה בעצמה. אם תוצאות הבסיס והמכשיר תואמות, הטלפון נרשם ברשת.
המזהה הייחודי של המכשיר הוא ה-IMEI שלו, המאוחסן בזיכרון לא נדיף. מספר זה נקבע על ידי היצרן והוא הדרכון שלו. שמונה הספרות הראשונות של ה-IMEI כוללות את תיאור המכשיר, השאר הם המספר הסידורי עם ספרת ביקורת.
לאחר רישום מוצלח, הטלפון מוכן להחלפת אותות עם תחנות בסיס. כאמור, סידור הטלפונים של מפעילי סלולר דומה למערכת של מכשירי DECT, אך עם הבדלים משלו. לפני העלייה לאוויר, האות הנייד מוצפן ומחולק למקטעים של 20 אלפיות השנייה. הקידוד מתבצע על פי אלגוריתם התקן EFR באמצעות מפתח ציבורי. והאנטנה מופעלת על ידי גלאי פעילות דיבור (VAD), כלומר כאשר אדם מתחיל לדבר. אי רציפות הדיבור מטופלת על ידי ה-codec באמצעות אלגוריתם DTX. בצד המקבל, האות מעובד באותו אופן, אך בסדר הפוך.
מטענים
מטענים לטלפונים ניידים הם מרכיב חשוב, מכיוון שהם שומרים על תפקוד המכשיר. המטרה הישירה שלהם היא להפחית את המתח והזרם של רשת החשמל לערכים הנדרשים ולספק אותו לסוללה. בעיקרון, מתח המוצא הוא 5V, הזרם תלוי בדגם ובקיבולת של הסוללה. זמן טעינת הסוללה תלוי גם בחוזקה.
שיתוף מטענים:
- מופעלשנאי.
- דופק.
הראשונים לא מפחדים מנפילות מתח ותמיד יש להם מרווח זרם גדול. הקונספט שלהם מאוד פשוט. סליל ההורדה מסופק עם מתח רשת, מה שמפחית אותו לערכים הרצויים. הזרם מהפיתול השני עובר לגשר הדיודה, שם מותקן הקבל. הוא פועל כמסנן נגד נחשולי מתח ומשתלט על העודפים. לאחר מכן, הנגד מוריד את הזרם ומעביר אותו לסוללה.
מעגל זיכרון הדופק מורכב יותר והוא עשוי באמצעות דיודות וטרנזיסטורים.
תמוך במערכות העברת נתונים אלחוטיות
כרגע, יש שלוש דרכים להעביר נתונים:
- אינפרא אדום.
- Bluetooth.
- Wi-Fi.
הראשון הוכח כלא יעיל, ולכן לא נעשה בו שימוש. שני האחרונים מיושמים כמעט בכל המכשירים. ל-Bluetooth יש טווח קצר והוא משמש בעיקר לצורך ארגון ממשק תקשורת עם מכשירים ניידים לטלפון.
Wi-Fi נחשב לפורמט מתקדם יותר ומשמש לגישה לאינטרנט. יש לציין כי קיימות תוכנות מיוחדות המאפשרות לבצע שיחות דרך האינטרנט ללא שימוש בחיבור סלולרי. כמו כן, באמצעות טכנולוגיה זו, אתה יכול לארגן רשת מקומית שאליה יכולים להתחבר מספר מכשירים בבת אחת ולהחליף נתונים.
אביזרים אופציונליים
חברות ייצור מנסות בכל דרך אפשרית למשוך לקוחות למוצרים שלהן,לכן להרחיב כל הזמן את טווח המינוח המוצע. זה כולל:
- מקרים.
- הגנת זכוכית.
- מכשירים ניידים לטלפון, כגון אוזניות.
- כוננים נשלפים.
- מולטימדיה.
- כלים חכמים.
- התקני USB לטלפון שלך, כגון כבלים, מתאמים או מטענים.
כלי עזר כאלה מרחיבים מאוד את יכולות הגאדג'טים ומקלים על הבעלים שלהם.
מאפיינים השוואתיים של דגמי טלפונים מודרניים
כדי להבין מה זה טלפונים מודרניים, אתה צריך לראות את הפרמטרים שלהם בבירור. אבל לשקול מותג אחד זה לא הוגן. סקירה של מדגם אחד לא תיתן תמונה מלאה, לכן, לצורך השוואה וניתוח, צולמו שלושה סמארטפונים של מותגי סמסונג (מכשיר הטלפונים של מותג זה אינו שונה מדי מאחרים), אפל ושיאומי. לפי קטגוריית מחיר, הם התייצבו בסדר הבא:
- Apple.
- Samsung.
- Xiaomi.
אם לשפוט לפי המחיר, האייפון משתמש בטכנולוגיות מתקדמות בעלות הפרמטרים הגבוהים ביותר. עם זאת, סמסונג נמצאת בשוק מאז 1938 וצברה ניסיון רב. ככלל, מטרת ההשוואה היא לא לזהות את המנצח ולענות על השאלה מה עדיף - מכשיר הטלפונים ב"אנדרואיד" או בפלטפורמת iOS. האתגר הוא להראות עד כמה הטכנולוגיה הגיעה.
| שמות פרמטרים | Apple | Sumsung | Xiaomi |
| Dimensions, mm | 77, 4×157, 5×7, 7 | 76, 4×161, 9×8, 8 | 74, 9×150, 9×8, 1 |
| משקל, g | 208 | 201 | 189 |
| תמיכה ברשת | טלפונים של סמסונג, אפל ושיאומי תומכים ברשתות 2G, 3G, 4G | ||
| כרטיסי סים | 1 ללא גודל | 2 ננומטרי | |
| גודל תצוגה אלכסוני, אינצ'ים | 6, 5 | 6, 4 | 5, 99 |
| רזולוציית מסך | 2688×1242 | 2960×1440 | 2160×1080 |
| DPI density | 458 | 516 | 403 |
| טכנולוגיית ייצור | OLED | Super AMOLED | IPS |
| מספר הצבעים על המסך | 16 מיליון | 17 מיליון | 16.7 מיליון |
| System | iOS | Android | |
| יצרן CPU | Apple | Samsung | Qualcomm |
| מודל מעבד | A12 Bionic | Exynos 9810 | Snapdragon 845 |
| מספר הליבות | 6 | יש 8 מהם במכשיר של טלפונים של Xiaomi וסמסונג בתצורה הכללית, 4 לכל | |
| תדר, GHz | 2, 5 | 1, 9; 2, 9 | 1, 8; 2, 8 |
| טכנולוגיה, nm | 7 | 10 | |
| RAM, GB | 4 | 6 | |
| זיכרון פנימי, GB | 256 | 128 | |
| חיישנים מובנים |
|
|
|
| רזולוציית מצלמה אחורית, MP |
ראשי: 12 MP עזר: 12 MP |
||
| רגישות צמצם |
ראשי: ƒ/2.4 עזר: ƒ/1.8 |
ראשי: ƒ/2.4 עזר: ƒ/1.5 |
ראשי: ƒ/2.4 עזר: ƒ/1.8 |
| רזולוציית המצלמה הקדמית, MP | 7 | 8 | 5 |
| רגישות צמצם | ƒ/2.2 | ƒ/1.7 | ƒ/1.7 |
| תומך בטכנולוגיה אלחוטית | Bluetooth, Wi-Fi | ||
| מיקום לווין | GPS, GLONASS, A-GPS | ||
| קיבולת הסוללה, mAh | 3174 | 4000 | 3400 |
| מערכות הגנה |
|
בטלפון סמסונג יש רק סורק פנים | לשיאומי יש סורק טביעות אצבע |
כפי שניתן לראות מהטבלה, המפרט והמכשירים של טלפונים של סמסונג, שיאומי ואפל כמעט זהים. זה רק מדבר על תחרות בריאה ועל הרצון להפוך את המוצר שלך לטוב יותר עבור המשתמשים. כל היצרנים מציגים את הטכנולוגיות העדכניות ביותר שאינן עומדות במקום ומתפתחות במהירות.
מסקנה
לא עבר הרבה זמן מאז הופעת הטלפון הראשון. במהלך תקופה זו, הם התפתחו מסט פשוט של חלקים למכשירים חכמים. הם משלבים פונקציות רבות שהוקצו בעבר למכשירים אחרים. והפיתוח הזה יימשך.
