手机工作原理

诺基亚数字手机

如今手机提供的功能几乎让人不可思议，而新功能也在不断涌现，让人目不暇接。 根据您的手机型号，你可以：

• 储存联系信息
• 创建任务或待办事项列表
• 跟踪约会以及设定提醒
• 使用内置计算器进行简单计算
• 发送或接收电子邮件
• 从互联网获取信息（新闻、娱乐、股票报价）
• 玩简单的游戏。
• 集成PDA、MP3播放器和GPS接收器等其他设备

有没有想过手机到底是怎么工作的？它与普通电话有什么不同？PCS、GSM、CDMA和TDMA等术语都是什么意思？ 在本文中，我们将讨论手机背后的技术，让您了解它到底有多么神奇。

如果您打算购买手机，请务必阅读怎样购买手机一文，以便在购买之前了解您应该知道的事项。

最有趣的事情是，手机实际上就是一部无线电装置，它极其复杂，不过可不是收音机。1876年，贝尔发明了电话，无线通信则可能要追溯到尼科拉·特斯拉在1880年发明了无线电，而1894年才由一位年轻的意大利人马可尼正式提出）。最终，这两种技术结合到了一起。

在手机问世以前，那些确实需要移动通信功能的人是在自己的汽车里安装无线电话。在无线电-电话系统中，每个城市都有一个中心天线塔，该塔上面可能有25个信道可用。此中心天线意味着汽车中的电话需要一个强大的发射器，功率应足够大以发射70公里。这还意味着能够使用无线电话的人数也不多，因为没有足够的信道。

蜂窝系统的本质特征就是将一个城市分成一个个小的小区。这样在一个城市就可以广泛地复用频率，使得数百万人能够同时使用手机。

将手机与CB无线电装置或无线电话机作比较，可帮助您很好地理解手机的复杂原理。

• 全双工与半双工——无线电话机和CB无线电装置都属于半双工设备。 换句话说，用CB无线电装置通话的两个人使用同一频率，因此在一个时间只能有一个人讲话。手机则属于全双工设备，这意味着您使用一个频率进行讲话，使用另一个不同的频率进行接听，通话双方可以同时讲话。
• 信道——无线电话机通常只有一个信道，CB无线电装置则有40个信道。一个普通的手机可以用1,664个或更多的信道通信！
• 射程——使用0.5瓦发射器，无线电话机可以发射大约1.6公里。CB无线电装置采用5瓦的发射器，由于功率较高，它能够发射大约8公里。手机在小区内工作，它们在移动过程中可以切换小区。小区让手机拥有非常大的活动范围。通过这种蜂窝方法，手机用户可以开车到数百公里以外，还能够在整个时间里保持通话。

在半双工无线电装置中，双方发射器都使用相同频率。一次只能有一方讲话。

在全双工无线电装置中，两个发射器使用不同频率，因此双方可以同时讲话。 手机就是全双工的。

在美国的标准模拟手机系统中，手机运营商获准在整个城市使用约800个频率。运营商将城市细分成小区，每个小区面积通常约26平方公里。通常把小区看作是一个大六边形网格上的一个个六边形，如下图所示：

每个小区有一个基站（后面有详细介绍），由一个塔和一个安装有无线电设备的小机房组成。

在模拟系统中，一个小区使用七分之一可用的双工语音信道。换句话说，在由七个小区构成的六边形网格中，每个小区使用七分之一的可用信道，因此每个小区都有唯一的一组频率，彼此间不会发生冲突：

• 手机运营商通常可以在一个城市中使用832个无线电频率。
• 每部手机在每次通话期间使用两个频率，即一个双工信道，因此每个运营商通常有395个语音信道。其他42个频率用于控制信道（后面有详细介绍）。
• 因此，每个小区大约有56个语音信道可用。

换句话说，在任何小区中，可以有56个人同时用手机通话。模拟蜂窝系统就是第一代移动技术或1G，而采用数字传输方法（2G）之后，可用信道数量进一步增加。例如，基于TDMA的数字系统可以承载的通话数量是模拟系统的三倍，因此每个小区有168个可用信道（有关TDMA、CDMA、GSM和其他数字手机技术的更多信息，请参阅蜂窝接入技术一节）。

手机中包含低功率发射器。许多手机都有两个信号强度：0.6瓦和3瓦（而大多数CB无线电装置的发射功率都是4瓦）。基站也采用低功率发射，低功率发射器有两个优点：

• 基站与小区内手机之间的传输不会超出该小区太远。因此，在上图中，用紫色显示的两个小区可以重复使用相同的56个频率。这样在整个城市中就可以广泛地重复使用相同频率。
• 通常由电池供电的手机的功耗相对较低。低功率意味着小电池，正是这一点使得手持蜂窝电话成为可能。

蜂窝方案要求无论城市大小，都需要有大量的基站。一般的大城市可能有数百个发射塔，不过由于很多人使用手机，因此按用户平均下来，成本仍能保持较低。每个运营商在各个城市还会设置一个中心局，也称为移动电话交换局（MTSO）。该局处理与普通陆地电话系统的所有电话连接，控制所辖区域的所有基站。