Komunikácia mobilného telefónu. Ako funguje?

Mobilný telefón ponúka plnú duplexnú komunikáciu a prenos odkazu, keď sa používateľ presunie z jednej bunky do druhej.
Keď sa používateľ telefónu presunie z jednej bunkovej oblasti do druhej, systém automaticky povoľuje mobilnému telefónu a bunkovému miestu silnejší signál, aby sa prepol na novú frekvenciu, aby udržal spojenie.

Mobilný telefón je určený hlavne pre hlasovú komunikáciu.
Okrem štandardnej funkcie hlasu podporujú mobilné telefóny novej generácie mnoho ďalších služieb a doplnkov, napríklad SMS na odosielanie textových správ, e-mail, prepínanie paketov pre prístup na internet, hranie hier, Bluetooth, kamera s videorekordérom a MMS na odosielanie a prijímanie fotografií a videa, MP3 prehrávač, rádio a GPS.

Súvisiace články (EN): Caller ID | Speech Network | Telephone Circuits

Frekvencia signálu v mobilnom telefóne

Bunkový systém je rozdelenie oblasti na malé bunky.
To umožňuje rozsiahlu opakovanú frekvenciu v tejto oblasti, takže mnoho ľudí môže používať mobilné telefóny súčasne.
Mobilné siete majú množstvo výhod, ako je zvýšená kapacita, zníženie spotreby energie, väčšia oblasť pokrytia, zníženie rušenia z iných signálov atď.

Systémy FDMA a CDMA

Frequency Division Multiple Access (FDMA-Frekvenčne rozdelený viacnásobný prístup) a Code Division Multiple Access (CDMA- Kódovo rozdelený viacnásobný prístup) boli vyvinuté na rozlíšenie signálov z viacerých vysielačov.
V FDMA sa vysielacie a prijímacie frekvencie používané v každej bunke líšia od frekvencií používaných v susedných bunkách.
Princíp CDMA je zložitejší a distribuované transceivery (vysielač-príjimač) môžu vybrať jednu bunku a počúvať ju.
Ďalšie metódy zahŕňajú Polarization Division Multiple Access (PDMA- Polarizačne rozdelený viacnásobný prístup) a Time Division Multiple Access (TDMA – Časovo rozdelený viacnásobný prístup).
Time division multiple access sa používa v kombinácii s FDMA alebo CDMA tak, aby poskytoval viac kanálov v oblasti pokrytia jednej bunky.

Kódy (codes) v mobilnom telefóne

Mobilné telefóny majú špeciálne kódy, ktoré sa s nimi spájajú.
Tie obsahujú:

• Electronic Serial Number- Elektronické sériové číslo (ESN) – Jednoduché 32-bitové číslo naprogramované v telefóne
• Mobile Identification Number- Mobilné identifikačné číslo (MIN) – 10-miestne číslo odvodené od čísla telefónu.
• System Identification Code- Identifikačný kód systému (SID) – jedinečné 5-miestne číslo, ktoré FCC priradí každému operátorovi.

Súvisiace články (EN): CODEC | Communication Misc | Cellular Module

ESN je trvalou súčasťou telefónu, zatiaľ čo MIN a SID kódy sú naprogramované v telefóne, keď je vybraný a aktivovaný servisný plán.

Mobilný telefón je duplexné zariadenie. 
Keď používame jednu frekvenciu na rozhovor, druhú frekvenciu používame na počúvanie.
Takže ľudia počas hovoru môžu rozprávať naraz.
Mobilný telefón dokáže komunikovať na 1 664 alebo viacerých kanáloch.
Mobilné telefóny fungujú v bunkách, preto sa ľahko zapájajú do rôznych buniek.
Osoba, ktorá používa mobilný telefón, môže jazdiť stovky kilometrov a počas celého času môže udržiavať rozhovor kvôli celulárnemu prístupu.

Aktivácia karty SIM

SIM karta (Subscriber Identification Module- Identifikačný modul účastníka (SIM)) je typ Smart card používanej v mobilnom telefóne.
SIM karta je odnímateľná čipová karta obsahujúca informácie o predplatnom používateľa a telefónny zoznam.
To umožňuje používateľovi uchovávať svoje informácie aj po vypnutí slúchadla.
Prípadne môže používateľ tiež zmeniť poskytovateľov služieb, pričom si ponechá telefón, jednoducho zmení SIM kartu.
Karta SIM bezpečne uloží kľúč predplatiteľa služby (the service subscriber key) s 15 číslicami.
Číslice kľúča sú:

• Prvé 3 číslice – Mobilný kód krajiny
• Druhá 2 číslice – Kód mobilnej siete
• Tretie 10 číslic – identifikačné číslo mobilnej stanice

Súvisiace produkty (EN): ATM UNI | Audio CODEC

 Identifikačný modul účastníka SIM

Pri prvom použití mobilného telefónu sa pošle číslo, zvané medzinárodná identita mobilného účastníka (International Mobile Subscriber Identity- IMSI) prítomné na SIM, ktoré sa vyhľadá v databáze, aby sa zabezpečila registrácia karty.
Ak je IMSI rozpoznaná, sieť vytvorí ďalšie číslo s názvom dočasná identita mobilného účastníka (Temporary Mobile Subscriber Identity- TMSI), ktorá je šifrovaná a odoslaná späť do telefónu.
Vo všetkých ďalších hovoroch sa telefón identifikuje vysielaním TMSI.

Čo sa stane, keď zavoláme?

1. Keď zapneme mobilný telefón, začne sa snaží o identifikátor SID na riadiacom kanáli (the Control channel).
   Riadiaci kanál je špeciálna frekvencia, ktorú telefón a základňová stanica používajú na rozhovor medzi sebou.
   Ak sa v mobilnom telefóne vyskytne problém s prepojením s riadiacim kanálom, zobrazí sa správa “žiadna služba” (no service).
2. Ak mobilný telefón získa identifikátor SID, porovná SID so SID naprogramovaným v telefóne.
   Ak sa obe SID zhodujú, telefón identifikuje, že bunka, ktorá komunikuje, je súčasťou svojho domáceho systému.
3. Telefón tiež vysiela žiadosť o registráciu spolu so SID a MTSO (The Mobile Telephone Switching Office- Kancelária pre prepínanie mobilných telefónov) sleduje polohu vášho telefónu v databáze.
   MTSO vie, v ktorej ste bunke, keď chce vyzváňať telefón.
4. MTSO potom dostane signál, snaží sa nájsť telefón.
   MTSO vyhľadáva vo svojej databáze bunku, v ktorej je telefón prítomný.
   MTSO potom vyberie frekvenčný pár, aby prijal hovor.
5. MTSO komunikuje s mobilným telefónom cez riadiaci kanál, aby mu oznámil, aké frekvencie používa.
   Po prepnutí mobilného telefónu a veže (the tower switch) na tieto frekvencie, je hovor spojený.
6. Keď sa mobilný telefón posunie smerom k okraju bunky, základňová stanica bunky si uvedomí, že intenzita signálu klesá.
   Súčasne základňová stanica v bunke, v ktorej sa telefón pohybuje, bude schopná vidieť intenzitu signálu telefónu.
7. Dve základňové stanice sa koordinujú prostredníctvom MTSO.
   V určitom momente mobilný telefón vydá signál na riadiacom kanáli a nasmeruje ho na zmenu frekvencií.
   Tým sa telefón prepne na novú bunku.

Mobilná sieť

Systém GSM

Globálny systém pre mobilné komunikácie (Global System for Mobile Communications) je štandardom pre systémy mobilných telefónov na svete.
V GSM sú signalizačné a rečové kanály digitálne, preto sa GSM považuje za systém 2G (druhej generácie).
To pomáha široko rozšírenej implementácii dátových komunikačných aplikácií.
Existuje päť rôznych veľkostí buniek v sieti GSM.
Ide o makro, mikro, pico, femto a dáždnikové bunky (umbrella cells).

Makro bunky sú bunky, v ktorých je anténa základňovej stanice inštalovaná na stožiari nad priemernou vrcholovou úrovňou strechy.
Mikroprvky sú bunky, ktorých výška antény je pod priemernou vrcholovou úrovňou strechy.
Pico bunky sú malé bunky, ktorých priemer pokrytia je niekoľko desiatok metrov.
Používajú sa hlavne vo vnútorných aplikáciách.
Bunky femto sú bunky navrhnuté na použitie v domácich alebo malých podnikových prostrediach a pripojenie k sieti poskytovateľa služieb cez širokopásmové internetové pripojenie.

Dáždnikové bunky (umbrella cells) sa používajú na zakrytie tieňových oblastí menších buniek a na vyplnenie medzery v pokrytí medzi týmito článkami.
Horizontálny polomer bunky sa líši v závislosti od výšky antény, zisku antény a podmienok šírenia antény.
Maximálna vzdialenosť, ktorú podporuje GSM, je 35 kilometrov.
Väčšina 2G GSM sietí pracuje v pásmach 900 MHz alebo 1800 MHz, zatiaľ čo 3G GSM vo frekvenčnom pásme 2100 MHz.

{googleads left}

Zdieľanie času

Technika časového rozdelenia ( Time Division Multiplexing) sa používa na zdieľanie ôsmich plnohodnotných alebo šestnástich polovičných hlasových kanálov na rádiofrekvenčný kanál.
Existuje ôsmy časový priestor pre rozhlasové vysielanie zoskupený do rámca TDMA.

Mobilná sieť

Mobilný telefón konvertuje hlasové, textové, multimediálne správy alebo dátové prenosy do rádiových frekvencií (RF).
Základňové stanice mobilných telefónov vysielajú a prijímajú tieto RF signály a volajúceho volajú do iných telefónov a iných sietí.
Mobilná telefónna sieť je rozdelená na tisíce prekrývajúcich sa, individuálnych geografických oblastí alebo “buniek”, z ktorých každá má základňovú stanicu.
Veľkosť bunky závisí od oblasti pokrytia a počtu hovorov, ktoré sa v tejto oblasti vykonávajú.
Najmenšie bunky sú v preplnených mestských oblastiach s veľkými budovami a hustou hustotou obyvateľstva, zatiaľ čo najväčšie bunky sú vo vidieckych oblastiach, kde sú ľudia rozptýlení.

V GSM existujú dva typy kanálov.
Jedná sa o ovládacie kanály (Control channels) a dopravné kanály (Traffic channels).

Rozsah

Rozsah, v rámci ktorého sa môžu mobilné zariadenia pripojiť, nie je pevný údaj.
Závisí to od mnohých faktorov, ako je frekvencia používaného signálu, stanovený výkon vysielača, veľkosť vysielača atď.

Vo vnútri mobilného telefónu

Mobilný telefón je sofistikované zariadenie používajúce komponenty SMD, mikroprocesor, pamäť Flash atď..
Okrem dosky plošných spojov má mobilný telefón tiež anténu, LCD displej, klávesnicu, mikrofón, reproduktor a batériu.
Nižšie je schéma mobilného telefónu.

 

Obvodová doska je srdcom mobilného telefónu.
Má čipy, ako sú analógovo- digitálne a digitálno- analógové prevodové čipy, ktoré prenášajú odchádzajúci zvukový signál z analógového na digitálny a prichádzajúci signál z digitálneho späť na analógový.
Nasledujúce sú čipy prítomné v mobilnom telefóne.

1. Digitálny procesor signálu

Všeobecne sa ohodnocuje ako 40 MIPS (millions of instructions per second- milióny inštrukcií za sekundu) na vykonanie výpočtov manipulácie signálu pri vysokej rýchlosti.
Tento čip sa zaoberá kompresiou a dekompresiou signálov.

2. Mikroprocesor

Zaoberá sa všetkými domácimi úlohami pre klávesnicu a displej.
Tiež sa zaoberá signalizáciou velenia a riadenia so základňovou stanicou a koordinuje ostatné funkcie na doske.

3. Mobilný mikroprocesor a pamäť  flash

Pamäť Flash a pamäťové čipy mobilného telefónu fungujú ako miesto pamäte telefónu.
Tieto čipy ukladajú prispôsobiteľné možnosti mobilného telefónu, ako aj celého operačného systému.
Úseky napájania a rádiovej frekvencie telefónu, dobíjanie telefónu a správa napájania atď. sú riadené týmto čipom.
Ovládajú tiež niekoľko stoviek FM kanálov.
Zosilňovače RF sa zameriavajú na signály, ktoré vstupujú a vychádzajú z antény telefónu.

Údržba mobilného telefónu

Mobilný telefón je jemné zariadenie a potrebuje starostlivosť pre jeho správne fungovanie.
Tu sú bežné opatrenia na udržanie mobilného telefónu v dobrom stave.

• Neuchovávajte mobilný telefón vo vlhkom priestore alebo ho nepoužívajte s mokrými rukami.
  Vlhkosť môže spôsobiť neopraviteľnú vnútornú koróziu častí.
• Nehádžte telefón a nepoškodzujte body pripojenia.
• Nepreťažujte telefón.
  Môže to poškodiť displej.
• Neuchovávajte telefón v blízkosti zariadení generujúcich teplo.
  Vysoká teplota v aute môže poškodiť elektroniku.
• Batériu neprebíjajte nadmerne.
  Nabíjajte iba batériu,ktorej stav nabíjania sa pohybuje pod 50%.
• Zabráňte klonovaniu.

Telefón je “klonovaný”, keď niekto kradne jeho identifikačné číslo a je schopný vykonávať podvodné hovory na účte majiteľa.
Keď telefón uskutoční hovor, váš telefón vysiela ESN a MIN – jedinečnú značku (tag) –  do siete na začiatku hovoru.
Keď telefón vysiela svoj pár MIN/ESN, je možné zachytiť pár ESN-MIN.
Pomocou skenera je možné ľahko upraviť iný telefón tak, aby obsahoval značky MIN-ESN.
To umožňuje osobe volať na váš účet.
Klonovanie sa môže vyskytnúť aj vtedy, keď je telefón opravený v neoprávnenom servisnom stredisku.
Je možné skopírovať údaje vrátane obrázkov a videa, ktoré sa v telefóne nachádzajú.