Mobilais telefons

Mobilo telefonu evolūcija

Daži mobilie telefoni

Mobilais telefons ir bezvadu ierīce balss un datu pārraidei lielos attālumos. Tas ir viens no bezvadu telefonu veidiem. Tas balstās uz komunikācijām starp telefonu un bāzes staciju, kas savstarpēji atrodas relatīvi tuvu (GSM ne tālāk par 35km). Lai nodrošinātu sakarus plašākā teritorijā, lieto vairākas bāzes stacijas, kas nodrošina pārklājumu savā apkārtnē (šūnā). Šī iemesla dēļ, dažās valodās mobilos telefonus dažreiz sauc par šūnu telefoniem (angliski cell phone).

Vēsture

Pasaulē mobilie telefonsakari ir pazīstami kopš 20. gs. 80. gadu vidus.

Latvijā mobilo sakaru ēra sākās 1992. gadā, kad Latvijas teritorijā sāka darboties pirmais šāda veida pakalpojumu sniedzējs Latvijas mobilais telefons. Tajā laikā bija pieejami sakari 1G NMT standartā, kas darbojās 450 MHz frekvencē. Šis tīkls tika atslēgts 2002. gada beigās. 1995. gadā LMT ieviesa GSM. 1997. gadā sāka darboties otrs mobilo sakaru operators - Baltkom GSM, kas jau no sākuma darbojās GSM standartā.

2008. gada februārī Latvijā ir 4 mobilo sakaru operatori, no kuriem 3 (LMT, Tele2 un Bite) darbojas GSM (900MHz un 1800MHz) un UMTS (2100MHz) standartā un 1 (Triatel) darbojas CDMA-2000 (450MHz) standartā.

Darbības princips

Mobilais telefons darbojas pēc bāzes stacija-klients principa. Mobilo sakaru operators noteiktā teritorijā uzstāda vairākas bāzes stacijas, pie kurām pieslēdzas klientu mobilie telefoni. Klientam pārvietojoties, mobilais telefons automātiski pārslēdzas starp bāzes stacijām. Komunikācijas starp bāzes staciju (torni) un telefonu var būt analogas vai digitālas. Visi mūsdienu mobilo telefonu standarti lieto digitālās komunikācijas.

Populārākais mobilo telefonu standarts pasaulē (un Latvijā) ir GSM, tas ir bāzēts uz TDMA tehnoloģiju. Vēl eksistē arī CDMA bāzēti standarti (to ir daudz), tos bieži vien sauc par CDMA. Analogajām mobilo telefonu sistēmām lietoja FDMA tehnoloģiju, jo TDMA tur izveidot ir problemātiski, bet CDMA - neiespējami. Analogās mobilo telefonu sistēmas klasificē kā 1. paaudzes sistēmas (1G), digitālās TDMA, lielākoties kā 2. paaudzes (2G), digitālās CDMA bāzētās sistēmas ir gan 2G, gan arī 3. paaudzes (3G), lai arī ne visas CDMA sistēmas ir 3G.

Mobilo telefonu radiolinku (starp telefonu un bāzes staciju) datu caurlaidība (bandwidth) ir ievērojami mazāka kā fiksētajiem telefoniem, tāpēc te lieto skaņas signāla kompresiju. Tam vajag ievērojamus (relatīvi, salīdzinot ar fiksētajiem telefoniem) procesora resursus un tas samazina skaņas kvalitāti. Parasti šeit lietotie kodeki atmet daļu no pārsūtāmās informācijas (lossy codec). Otrā galā šo signālu var atkompresēt vai nu bāzes stacijā, vai arī centrālē. Atkārtota pārkompresēšana samazina kvalitāti. Lai padarītu grūtāku telefonsarunu nesankcionētu noklausīšanos, caur radiolinku pārsūtītos datus (sakompresēto skaņu un citus datus), šifrē. Tas ietekmē tikai radiolinku starp telefonu un bāzes staciju, jo tālāk visu sūta nešifrētu, tāpēc tas neietekmē sankcionētu noklausīšanos pieslēdzoties centrālei.

Vienkāršotā variantā digitālais mobilo telefonu tīkls sastāv no:

• Centrāles
• Bāzes stacijām
• Vadu vai bezvadu savienojumiem starp bāzes stacijām un centrāli
• Mobilajiem telefoniem

Šie pamatkomponenti ir visos digitālajos mobilo telefonu tīklos (GSM, UMTS, CDMA (CDMA-2000, IS-95)). Dažādi standarti dažus no komponentiem iedala sīkāk.

Centrāle

Bāzes stacija. Raidītāji un uztvērēji ir baltajā būdā pa kreisi no torņa, antenas ir torņa galā. Savienojumam ar centrāli lieto radiolinkus (baltās, bunduļveidīgās antēnas).

Tas būtībā ir liels dators (rūteris), kas ir savienots ar visām bāzes stacijām. Tam ir pieejama informācija par visu bāzes staciju atrašanās vietu. Daudzos standartos, visas komunikācijas starp diviem telefoniem iet caur centrāli. Centrāle arī autentificē lietotājus un ģenerē rēķinus (pēc zvanu ilguma). Centrālei ir arī savienojumi ar citiem telekomunijāciju tīkliem, kurus lieto lai attiecīgā operatora klienti varētu piezvanīt uz un saņemt zvanus no citiem mobilo telefonu un fiksēto telefonu tīkliem. Te ir arī savienojums ar internetu, kuru lieto lai nodrošinātu mobilo internetu.

Bāzes stacijas

Tās ir vairāk vai mazāk vienmērīgi izkliedētas tīkla pārklājuma teritorijā. Tās sastāv no raidītājiem, uztvērējiem, antēnām un relatīvi neliela datora. Antenas parasti novieto augstu virs zemes. Lauku teritorijās tām būvē speciālus torņus (ja nav pieejami jau agrāk uzbūvēti torņi), pilsētās, antenas novieto uz augstu māju jumtiem. Bāzes stacijas ir savienotas ar Centrāli. Daudzos standartos pat sarunas vienas šūnas iekšienē iet caur centrāli. Bāzes stacijām parasti ir 3 antenas, kas šūnu sadala trijos 120° sektoros. Šādā veidā izveidojas trīs šūnas, kas ļauj palielināt tīkla ietilpību.

Savienojumi starp bāzes stacijām un centrāli

Sākotnējā variantā tie bija tādi paši, kādus lietoja lai savienotu savā starpā parasto telefonu centrāles (T1 vai E1, atkarībā no kontinenta). Šie savienojumi ir vai nu ar vadiem, vai arī point-to-point radiolinki. Radiolinki ir relatīvi populāri, tāpēc, ka nav nepieciešams vilkt vadus pašiem, vai īrēt vadus no fiksēto telekomunikāciju operatora.

Mobilie telefoni

Mobilie telefoni ir pārnēsājamas ierīces, kuras lieto lai piekļūtu tīklam. Tā ir vienīgā mobilo telefonu tīkla daļa, ar kuru saskaras lietotāji. Mobilais telefons sastāv no šādiem komponentiem:

• Radio (raidītājs, uztvērējs un antena)
• Signālu procesors (multiple access funkcija (TDMA, CDMA)(lai vienā frekvencē varētu darboties vairāki lietotāji), forward error correction (papildu dati, lai otrā galā varētu izlabot notiekta lieluma pārsūtīšanas kļūdas), šifrēšana, skaņas kompresija.)
• Kodeks (analogciparu un ciparanalogu pārveidotāji (skaņai)), skaņas pastiprinātāji, mikrofons un skaļrunis
• Baterija (no kurienes ņem elektrību šitā visa darbināšanai)
• Ekrāns un pogas ()
• Centrālais procesors (lietotāja intefeiss ekrānam un pogām, signālu procesora vadība, arī telefona savienojums ar datoru)

Centrālo procesoru dažreiz apvieno ar signālu procesoru, lai samazinātu telefona aparāta izgatavošanas izmaksas.

Iespējas

Sākumā ar mobilo telefonu varēja tikai piezvanīt un saņemt zvanus. Tā joprojām ir galvenā funkcija. Vēlāk nāca klāt iespēja nosūtīt un saņemt īsus teksta paziņojumus (līdzīgus kā peidžeru sistēmā). GSM tīklos tos sauc par īsziņām (SMS). Vēl, mobilajiem telefoniem ir nācis klāt numuru noteicējs, kas rāda ienākošā zvana zvanītāja numuru. Šīs funkcijas pieejamība ir atkarīga no operatora. (parasti ir pieejama).

Daudzus mobilos telefonus var savienot ar datoru. Tam var lietot:

• virknes porta kabeli (dators telefonu uztver kā specifisku modēmu)
• USB kabeli, te ir iespējami vairāki varianti:
  • USB - virknes porta pāreja - no telefona skatupunkta neatšķiras no virknes kabeļa savienojuma, vienīgā atšķirība ir tā, ka datorā kabeli sprauž USB portā. Datora operētājsistēma šo ierīci atpazīst kā vēlvienu virknes portu
  • USB mass storage - ļauj piekļūt telefona atmiņai kā USB flash diskam. Šī metode ļauj ļoti ērti pārkopēt failus uz/no telefonu, bet te nav nekādu citu iespēju
  • Kāds cits USB (USB native). Nepieciešami specifiski ierīces draiveri. Parasti daļa no tiem nodrošina seriālā interfeisa emulāciju.
• Infrasarkano portu (IR). Te arī ir divas iespējas
  • Virknes porta emulācija (IrDA IrCOMM) - tādas pašas iespējas, kā ar virknes porta kabeli, tikai nav vajadzīgi vadi (bet vajag tiešu redzamību)
  • IrDA - plašāks protokolu atbalsts, no kuriem nozīmīgākais ir IrOBEX (OBEX caur infrasarkano savienojumu)(objektu (failu un ziņojumu) pārsūtīšanai)
• Bluetooth - šeit parasti ir pieejami vairāki protokoli, no kuriem izplatītākie ir virknes porta emulācija un OBEX. Iespējami arī citi protokoli.

Šo savienojumu var lietot vai nu lai pārkopētu informāciju uz/no telefonu (īsziņas, telefonu katalaoga ierakstus, failus), vai arī lai lietotu telefonu kā modēmu datu pārraidei. Īsziņām un telefonu grāmatai (un vēl dažiem datiem) daudzos telefonos var piekļūt izmantojot modificētas AT komandas. GSM standartam šī komandu kopa ir standartizēta, taču daudzos telefonos tā ir implementēta nepilnīgi (Nokia). AT komandas lieto arī modēma vadībai, datu pārraidei. Failu pārsūtīšanai parasti lieto vai nu OBEX protokolu, vai arī kādu ražotāja specifisku protokolu, kas parasti ir līdzīgs OBEX.

Infrasarkano savienojumu un Bluetooth var lietot arī lai pārsūtītu nelielu daudzumu datu starp diviem vienu tehnoloģiju atbalstošiem telefoniem. To bija paredzēts lietot telefonu numuru pārsūtīšanai (lai, iedodot kādam, telefona numuru, tas nebūtu jāpārraksta ar roku), bet šo var lietot arī failu pārsūtīšanai. Šī iespēja gandrīz vienmēr bāzējas uz OBEX protokolu.

Datu pārraide

Analogajiem, 1G (NMT) telefoniem varēja pieslēgt ārēju modēmu. Ātrumi bija mazāki kā caur parasto telefona līniju. Digitālajiem 2G telefoniem modēms jau ir iebūvēts (ja par to var uzskatīt to daļu starp kodeku un radio). Dažādiem telefoniem tam modēmam var tikt klāt no ārpuses, vai arī no ārpuses tikt klāt nav paredzēts. Ja no ārpuses elektriski pieslēgties nevar, tad var lietot akustisko medēmu, bet šādā veidā var sasniegt tikai ļoti mazus ātrumus, jo ir zudumi akustiskās pārveidošanas procesā un balss kodeks nav piemērots analogā modēma signālu pārraidei. 3G mobilo telefonu sistēmas bija projektētas ar domu, ka datu pārraide būs to pamatfunkcija, tomēr ir iespējami 3G telefoni, kurus nevar pieslēgt pie datora.

2G mobilo telefonu tīklos sākumā vienīgā datu pārraides metode bija līdzīga balss savienojumam (bija pieejama tāda pati datu caurlaidība (bandwidth)). Pēc tam ieviesa metodes, kas bija analogas vairākiem vienlaicīgiem balss savienojumiem (lielāka caurlaidība, bet lielāka tīkla noslodze). Šajās metodēs ir vienāda datu caurlaidība abos virzienos (uplink un downlink)(no tīkla noslodzes viedokļa). Katrs lietotājs aizņem tīkla resursus, neatkarīgi no tā vai pārsūta datus, vai nē. Vēl vēlāk ieviesa pakešu datu pārraidi. No TDMA standartiem, pirmajā to ieviesa GSM un tur to nosauca par GPRS. Pēc tam to piemēroja citiem TDMA standartiem. Šeit tīkla caurlaidība downlink virzienā (no torņa uz telefonu) ir lielāka nekā pretējā virzienā, jo vienā šūnā esošie telefoni nav savstarpēji sinhronizēti un nevar zināt kad kāds no tiem gribēs raidīt, tāpēc nākas lietot neefektīvāku protokolu.

Datu pārraidi parasti lieto vai nu telefonu pieslēdzot pie datora, vai arī pašā telefonā. Uz šo funkciju bāzējas MMS (multimedia messaging service), videotelefonija (viena no visplašāk reklamētajām 3G telefonu funkcijām) un daudzas no viedo telefonu iespējām.

Skatīt arī

• Viedais telefons

Vikikrātuvē ir pieejami multimediju faili par šo tēmu. Skat.:

Mobilais telefons