嘮叨，啰嗦嗦嗦， 火車，始終保持聯系，從不失去聯系 - 手機已經戲劇性地 改變了我們的生活和工作方式。沒有人確切知道有多少小 世界上有塑料手機，但 當前估計 是有超過 83 億訂閱。這比地球的人口還要多!在發展中國家，大規模固定線路網絡(普通 電話 連接到墻上)很少而且相距甚遠，超過93%的手機是 手機。 手機(也稱為手機，主要在歐洲稱為移動電話或 手機)是 收音機 通過 連接到主要公共電話網絡的桅桿網絡。這是 它們是如何工作的。

　　照片：現在大多數人都使用智能手機作為手機，實際上是 內置手機電路的小型計算機。早在 1990 年代，手機就更簡單，只能用于撥打語音電話。現在網絡速度更快，能夠處理更多的流量，智能手機被用作便攜式通信中心，能夠完成您可以使用電話，數碼相機，MP3播放器，GPS“衛星導航”和筆記本電腦做的所有事情。

　　手機使用無線技術

　　雖然他們做同樣的工作，但固定電話 手機的工作方式完全不同。固定電話攜帶 來電 電氣 電纜。剪掉所有 衛星, 光纖 電纜，開關 辦公室和其他拉茲馬塔茲和固定電話并不多 不同于你可能用一塊制成的玩具手機 繩子和幾個烤豆罐。你最終說的話 沿著兩個手機之間的直接有線連接向下移動。什么是 手機的不同之處在于它可以在沒有電線的情況下發送和接收電話 任何類型的連接。它是如何做到這一點的?通過使用 電磁 無線電波，用于發送和接收通常通過電線傳播的聲音。

　　無論您是坐在家里，走在街上，還是駕駛 汽車，或者乘坐火車，你正在洗澡 在電磁海洋中 波。 電視 和 收音機 程序，來自的信號 無線電控制 汽車 無繩電話，甚至無線門鈴——所有這些東西 使用電磁工作 能源: 起伏模式 電力 和 磁性 以 光(300，000公里或每秒186，000英里)。到目前為止，手機網絡 我們周圍世界上增長最快的電磁能量來源。

　　照片：以前的手機。這款諾基亞的歷史可以追溯到 2000 年代初， 有一個滑出式鍵盤。雖然它有一個攝像頭和其他一些基本功能，但它什么都沒有。 就像現代智能手機的計算能力一樣。像這樣的手機有時被稱為“手持設備”或 “功能手機”，以區別于iPhone和其他智能手機。

　　手機通話如何旅行

　　當你對著手機說話時，一個微小的 麥克風 在聽筒中 將聲音的上下聲音轉換為相應的聲音 電信號的上下模式。一個 微片 手機內部 將這些信號轉換為數字字符串。數字被打包 變成無線電波并從手機的 天線 (在一些 國家，天線稱為天線)。無線電波競賽 以光速穿過空氣，直到到達最近的 手機桅桿。

　　桅桿接收信號并將其傳遞給其 基站, 它有效地協調了手機網絡每個本地部分內部發生的事情，這被稱為 細胞.從基站，呼叫被路由到其目的地。 從一部手機到同一網絡上的另一部手機的呼叫將傳輸到他們的 通過路由到離目的地最近的基站來達到目的地 電話，最后是那個手機本身。通過手機撥打電話 不同的網絡或固定線路遵循更長的路徑。他們可能有 在他們到達之前被路由到主電話網絡 他們的最終目的地。

　　手機桅桿如何提供幫助

　　照片：工程師修理手機桅桿。照片由Brien Aho提供，由美國海軍提供 和 維基共享資源.

　　乍一看，手機似乎很像雙向收音機， 對講機, 每個人都有一個收音機(包含發送者和接收器)，可以直接來回反彈消息，就像網球一樣 球員回球。像這樣的收音機的問題在于你只能使用這么多 在來自一對呼叫者的信號開始干擾這些信號之前，它們在某個區域 來自其他呼叫者對。這就是為什么手機更加復雜，并且以完全不同的方式工作。

　　手機聽筒包含一個無線電發射器，用于從 電話和無線電接收器，用于接收來自其他的傳入信號 手機。無線電發射器和接收器的功率不是很高，這意味著手機不能發送很遠的信號。 這不是缺陷 - 這是一個 故意 他們設計的特點!手機所要做的就是與當地的桅桿和基站進行通信;基站要做的就是從許多手機中接收微弱的信號并路由 他們繼續到達目的地，這就是為什么桅桿是巨大的高功率天線(通常安裝在山丘或高層建筑上)。 如果我們沒有桅桿，我們需要帶有巨大天線和巨大電源的手機——而且它們會。 太麻煩了，無法移動。手機自動與最近的手機通信 (信號最強的那個)并盡可能少地使用功率(這使得它的電池 盡可能長時間地持續，并減少它干擾附近其他手機的可能性)。

　　細胞的作用

　　那么為什么要為細胞而煩惱呢?為什么手機不直接相互通話?假設幾個 您所在地區的人們都想同時使用手機。 如果他們的手機都以相同的方式發送和接收呼叫，使用相同的無線電波，則 信號會干擾并爭先恐后地在一起，并且無法區分一個呼叫和另一個呼叫。解決這個問題的一種方法是 對不同的呼叫使用不同的無線電波。如果每個電話使用略有不同的 頻率 (一秒鐘內無線電波中上下起伏的次數)，呼叫很容易保持分離。它們可以像使用不同波段的不同無線電臺一樣在空中傳播。

　　如果一次只有幾個人打電話也沒關系。但是假設你在一個大城市的中心，數百萬人 一次全部調用。然后，您將需要數百萬個單獨的頻率 - 比通常可用的頻率更多。解決方案是 將城市劃分為較小的區域，每個區域都有自己的桅桿和基站。這些領域是 我們稱之為 細胞 它們看起來像是看不見的六邊形的拼湊而成。每 小區有其基站和基站，在該小區內撥打或接聽的所有呼叫都通過它們路由。小區使系統能夠一次處理更多呼叫，因為每個小區使用與其相鄰小區相同的頻率集。像元越多，越大 一次可以進行的呼叫數。這就是為什么城市地區的細胞比農村地區多得多，以及為什么城市地區的細胞是 小得多。

　　手機小區如何處理呼叫

　　這張圖片顯示了細胞工作的兩種方式。

　　簡單呼叫

　　如果小區 A 中的電話呼叫小區 B 中的電話，則呼叫不會 直接在電話之間傳遞，但從第一部電話到 桅桿 A 及其基站， 然后到桅桿 B 及其基站，然后到第二部電話。

　　漫游呼叫

　　在牢房之間移動的手機(當人們 步行或開車)定期發送信號 附近的桅桿，以便在任何給定時間，手機網絡始終 知道哪個桅桿最接近哪個電話。

　　如果汽車乘客正在撥打電話，并且汽車在小區 C、D 和 E 之間行駛，則電話 呼叫會自動“移交”(從一個小區傳遞到另一個小區)，因此呼叫不會中斷。

　　理解細胞的關鍵是要意識到手機和它們與之通信的桅桿是 設計 僅在有限范圍內發送無線電波;這有效地定義了單元格的大小。 還值得指出的是，這張圖片是一種簡化;更準確地說，桅桿位于細胞的交叉點，但正如我所展示的那樣，理解事物會更容易一些。

　　手機的種類

　　使用的第一部手機 模擬 科技。 這幾乎也是烤豆電話的工作方式。當你在 烤豆可以打電話，你的聲音讓琴弦上下震動 (太快了，你看不到它)。振動像 你的聲音。換句話說，它們是 類比 您的 語音——這就是我們稱之為模擬技術的原因。一些固定電話 今天仍然以這種方式工作。

　　大多數手機使用 數字技術: 他們把 你的聲音變成數字(數字)的模式，然后發射 他們通過空氣。使用數字技術有很多優勢。它 意味著手機可用于發送和接收計算機化數據。 這就是為什么大多數手機現在可以發送和接收文本(SMS)的原因。 消息 蹼 .pages MP3 音樂文件和數字 照片。數字技術意味著手機通話可以 加密 (使用數學打亂 代碼)，在他們離開發件人的手機之前，因此竊聽者不能 攔截他們。(這是早期模擬手機的一個大問題， 任何人都可以用稱為 掃描儀。這使得數字手機更加安全。

　　手機世界

　　手機極大地改變了世界的連接方式。1990年代初， 世界上只有1%的人口擁有手機;今天 在越來越多的國家 人們在手機上花費更多時間 比上 他們的座機。根據 ITU-T，2001年，世界上只有58%的人口能夠接入(2G)手機網絡;到2019年，這一比例上升到98.8%。到 2020 年年中，有 83億手機用戶——略高于地球上的人口數量。 手機也推動了互聯網接入的一大飛躍。 2016年底， 移動(智能手機和平板電腦)互聯網流量通過桌面流量 有史以來第一次。 到2020年年中，全球83%的人擁有活躍的、基于手機的移動寬帶用戶，這一數字已經結束。 是傳統有線寬帶的五倍(僅為14.9%)。 [2]

　　圖表：手機訂戶：手機用戶增長最顯著的是發展中國家，目前約占用戶量的80%。資料來源：2021年使用2020年11月的數據繪制 國際電信聯盟(國際電聯).

　　不同的人也以不同的方式使用手機。 早在 2000 年代初，手機就被完全使用 用于語音對話和發送簡短的“文本”(文本消息，也稱為 SMS 消息)。 很多人擁有手機純粹是為了偶爾的緊急情況; 這仍然是擁有手機的流行原因 (根據 近東非：9-1-1協會, 在美國許多地區，超過80%的911緊急電話都是撥打的 從手機)。今天，智能手機無處不在，人們使用它們發送電子郵件、瀏覽網頁、 下載音樂、社交媒體和運行各種應用程序。 老式手機完全依賴于來自手機網絡的體面信號，而智能手機根據需要在普通網絡和 無線網絡. 舊手機實際上是“手機”(無線固定電話)， 現代智能手機本質上是恰好打電話的袖珍電腦。 您可以在下面框中的照片中看到手機內部發生了多少變化。

　　手機和移動寬帶

　　如果您想了解手機網絡如何從純語音網絡演變為 構成互聯網的重要組成部分，請參閱我們單獨的文章 寬帶和移動寬帶. 它還涵蓋了所有那些令人困惑的首字母縮略詞，如FDMA，TDMA，CDMA，WCDMA和HSDPA/HSPA。

　　你的手機里有什么?

　　照片：過去和現在的手機。左：2000年左右的摩托羅拉V66，2010年左右的諾基亞106， 以及 2016 年左右的 LG G 系列智能手機。我將拆開摩托羅拉和LG。

　　如果像我一樣喜歡弄清楚事情是如何運作的，那么壞掉的手機是一件很棒的事情。毫不奇怪，有很多 現代智能手機內部發生的情況比人們大約20年前攜帶的基本手機內部更多。 舊手機只是電話;智能手機是裝滿各種小玩意的計算機，從指紋讀取器到電子支付芯片。但是，盡管手機發生了巨大變化，但設計新手機的問題在許多方面都與以往相同：如何將所有這些組件包裝在一個足夠小的空間中，降低其總重量，并避免它們過熱?您如何確保麥克風、揚聲器和天線等關鍵組件即使在小型化后也能繼續有效工作?

　　經典手機內部

　　舊手機和新手機的最大區別在于舊手機具有 鍵盤 和小 液晶顯示器 屏幕，而智能手機有 觸摸屏 這完全消除了對鍵盤的需求(他們仍然需要一些按鈕來打開和關閉電源以及控制揚聲器音量)。在舊手機中，鍵盤通常是“膜”類型之一：它不是移動鍵，而是具有扁平的橡膠按鈕，可以按下下方印刷電路板(PCB)上的電觸點。

　　照片：左：舊摩托羅拉手機鍵盤的頂部是所謂的橡膠膜，這是一層薄薄的橡膠塑料，帶有“按鍵”，向下按壓以與下面的電路板進行電接觸。右：每個鍵將一個小圓釘推到電路板的相應部分(小點)。鍵盤還裝滿了LED(帶有白色輪廓的八個矩形)，當您撥打或接聽電話時，鍵盤會亮起。

　　不幸的是，數碼產品并不像機械設備那樣有趣(或容易弄清楚)：大多數好東西都發生在芯片內部，看不見，你不能通過觀察來弄清楚芯片是如何工作的。取下鍵盤，下面的板子沒什么興趣，但請注意金色天線一直圍繞著它。這就是為什么像這樣的手機不需要長長的伸縮式(拉出式)天線。

　　照片：摩托羅拉 V66 手機的主電路板直接位于鍵盤下方和電池倉上方。

　　電路板的另一面更有趣一點：

　　LCD 屏幕，通過帶狀電纜連接到鍵盤單元。

　　耳機插孔。

　　電池連接器

　　電池充電器和電纜連接器，用于連接到計算機。

　　散熱器/篩選電路板上的芯片。

　　壓電蜂鳴器。

　　蜂鳴器控制芯片

　　天線連接器 — 將小型外部天線連接到圍繞電路板運行的金天線。

　　照片：摩托羅拉V66手機的主電路板背面。

　　智能手機內部

　　正如您所期望的那樣，智能手機內部還有很多事情要做。我沒有拆開屏幕(它就在右側電路板的正下方)，但這里有一些其他的東西你會發現：

　　照片：來自更現代的LG G系列智能手機的主電路板。

　　電路板上部(左圖)和下部(右圖)部件之間的接觸連接.

　　處理器芯片的散熱器/屏蔽。(你在這里可以看到的灰色東西是導熱膏 - 一種導熱粘液 - 有助于改善冷卻。 電源開/關按鈕位于此處下方。

　　NFC 天線連接器(用于非接觸式支付)。

　　相機紅外聚焦光束。

　　后部1300萬像素 數碼相機.

　　手電筒/相機閃光燈。

　　四核高通驍龍處理器芯片。

　　微型SD卡插槽(允許存儲擴展到32GB)。

　　微型 SIM 卡插槽

　　鋰離子電池 (3000 毫安容量)。

　　具有“拉絲金屬”飾面的全塑料外殼使外觀看起來像帶有指紋污跡的金屬外殼。

　　耳機接口。

　　麥克風.

　　USB 和充電連接器。

　　揚聲器.

　　擰緊的塑料墊片可在您打開外殼更換電池時保護電路板和組件.

　　螺絲!

　　上板和下板之間有更多的接觸連接。

　　誰發明了手機?

　　我們是如何從固定電話到手機的?以下是快速歷史記錄：

　　1873年：英國物理學家 詹姆斯·克拉克·麥克斯韋 (1831-1879)發表了電磁學理論，解釋了如何 電可以產生磁性，反之亦然。閱讀更多關于他的作品 在我們的主要文章中 磁性.

　　1876年：蘇格蘭出生的發明家 亞歷山大·格雷厄姆·貝爾 (1847-1922)在美國生活期間開發了第一部電話 (盡管關于他是否真的是原始發明者存在一些爭議)。 后來，貝爾開發了一種叫做“光電話”的東西，它可以使用光束發送和接收電話。 由于它被認為是無線電話，因此它實際上是現代移動電話的遠祖。

　　1888年：德國物理學家 海因里希·赫茲 (1857-1894)在他的實驗室里制造了第一個電磁無線電波。

　　1894年：英國物理學家 奧利弗·洛奇爵士 (1851-1940)在英國牛津使用無線電波發送了第一條電文。

　　1899年：意大利發明家 古列爾莫·馬可尼 (1874-1937)通過英吉利海峽發送無線電波。到1901年。馬可尼發送了無線電 橫跨大西洋，從英格蘭的康沃爾到紐芬蘭。馬可尼被人們銘記 作為無線電之父，但赫茲和洛奇等先驅者同樣重要。

　　1906年：美國工程師 雷金納德·費森登 (1866-1932)成為第一個使用無線電波傳輸人聲的人。 他從布蘭特巖的發射器發送了11英里的信息， 馬薩諸塞州到大西洋的無線電接收器的船只。

　　1920 年代：緊急服務開始嘗試繁瑣的 無線電電話。

　　1940年代：移動無線電電話開始流行 緊急服務和出租車。

　　1946年：AT&T和西南貝爾推出了他們的手機 用于在車輛之間發送無線電呼叫的電話系統 (MTS)。

　　1960年代：貝爾實驗室(Bell Labs)開發了Metroliner移動式 火車上的手機。

　　1973: 馬丁·庫珀 (1928–) 的 摩托羅拉使用他的28磅原型DynaTAC手機撥打了第一個手機電話。

　　1975年：庫珀和他的同事獲得了他們的專利 無線電電話系統。他們的原始設計顯示在您可以在此處看到的藝術品中。

　　照片：馬丁·庫珀最初的無線電電話系統(手機)設計， 1973年作為專利申請提交。請注意移動部分如何形成一個完全獨立的系統(右側以藍色顯示)，與現有公共網絡(左側以紅色顯示)進行通信。單個手機(最右側的綠松石)使用無線電波(黃色之字形)與最近的桅桿和基站進行通信。專利圖紙 從 美國專利3，906，166：無線電話系統 由Martin Cooper等人，摩托羅拉系統有限公司提供，由美國專利商標局提供。

　　1978 年：模擬移動電話系統 (AMPS) 在芝加哥推出 由伊利諾伊州貝爾和AT&T。

　　1982 年：歐洲電話公司商定了 手機將如何運行，被命名為Groupe Speciale Mobile和 后來的全球移動系統(GSM)電信。

　　1984年：摩托羅拉DynaTAC成為世界上第一個商業廣告 手持手機。看看一個 馬丁·庫珀和他的DynaTAC的照片.

　　1995年：GSM和一個名為PCS(個人)的類似系統 通信服務)在美國被采用。

　　2001年：GSM占領了全球70%以上的手機 市場。

　　2000年代：推出第三代(3G和3.5G)手機，具有 更快的網絡、互聯網接入、音樂下載等等 基于數字技術的高級功能。

　　2007年：蘋果的iPhone徹底改變了手機世界，包裝了有效的手機。 將觸摸控制的微型計算機變成與傳統手機大小相同的小工具。

　　2013年：手機慶祝成立40周年。

　　2020年：手機用戶達到83億。其中約80%在發展中國家。