Mobilais telefons

Mobilais telefons jeb mobilais tālrunis ir bezvadu ierīce balss un datu pārraidei lielos attālumos. Tas ir viens no bezvadu telefonu veidiem. Tas balstās uz sakariem starp telefonu un bāzes staciju, kas savstarpēji atrodas samērā tuvu (GSM ne tālāk par 35 km). Lai nodrošinātu sakarus plašākā teritorijā, lieto vairākas bāzes stacijas, kas nodrošina pārklājumu savā apkārtnē.

Mobilo tālruņu attīstība līdz agrīnajiem viedtālruņiem

Vēsture

Motorola DynaTAC 8000X (AMPS sistēmai) — pirmais mobilais telefons, kuru apstiprināja ASV Federālā sakaru komisija.

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 (900 MHz un 1800 MHz) un UMTS (2100 MHz) standartā un 1 (Triatel) darbojas CDMA-2000 (450 MHz) 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 ciparu sakarus.

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 mobilo telefonu cipartīkls sastāv no:

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

Šie pamatkomponenti ir visos mobilo telefonu cipartīklos (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, šķīvjveida antenas).

Tas būtībā ir liels dators (maršrutētājs), 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 telesakaru 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, antenām 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 caur centrāli iet pat sarunas vienas šūnas robežās. 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 diezgan populāri, tāpēc, ka nav nepieciešams vilkt vadus pašiem, vai īrēt vadus no fiksēto telesakaru operatora. Tomēr palielinoties nepieciešamībai pēc lieliem datu pārraides ātrumiem, un līdz ar to apjomiem, mobilie operatori cenšas bāzes stacijas savienot ar optisko kabeļu līnijām, tādējādi palielinot to caurlaides spēju.

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 šādām komponentēm:

• 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
• Ekrāns un pogas
• Centrālais procesors (lietotāja saskarne 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

Ar pirmajiem mobilajiem telefoniem varēja tikai piezvanīt un saņemt zvanus. Ar laiku parādījās iespēja nosūtīt un saņemt īsus teksta paziņojumus (līdzīgi kā peidžeru sistēmā). GSM tīklos tos sauc par īsziņām (SMS). Bez tam, ir parādījusies iespēja rādīt 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 pieslēgvietas kabeli (dators telefonu uztver kā specifisku modemu)
• USB kabeli, te ir iespējami vairāki varianti:
  • USB — virknes pieslēgvietas 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 vēl vienu 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. Laikā, kad ir pievienots USB mass storage, telefons tiem datiem klāt netiek.
  • USB MTP (media transfer protocol) — attāli līdzīga funkcionalitāte kā USB mass storage, var piekļūt failiem, bet nenodrošina tiešu piekļuvi failsistēmas struktūrām. Šis aizvietoja USB mass storage Android telefoniem sākot ar kādu 4 versiju.
  • USB RNDIS (remote NDIS) — izveido datortīklu starp datoru un telefonu, pamatā paredzēts lai datoru caurs telefonu pieslēgtu internetam, bet var lietot arī lai piekļūtu telefonā esošajiem datiem. Šo lieto Android, kopš tur parādījās USB tethering.
  • Kāds cits USB (USB native). Nepieciešami specifiski ierīces draiveri. Parasti daļa no tiem nodrošina virknes saskarnes emulāciju.
• Infrasarkano pieslēgvietu (IR). Te arī ir divas iespējas
  • Virknes pieslēgvietas emulācija (IrDA IrCOMM) — tādas pašas iespējas, kā ar virknes pieslēgvietas 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 pieslēgvietas emulācija un OBEX. Jaunākajiem aparātiem mēndz nebūt virknes pieslēgvietas emulācijas bet ir BT-PAN (personal area network). BT-PAN izveido datortīklu starp datoru un telefonu, paredzēts lai datoru pieslēgtu pie interneta caur telefonu, bet var lietot arī lai piekļūtu telefonā esošajiem datiem. Iespējami arī citi protokoli.

Šo savienojumu var lietot vai nu lai pārkopētu informāciju uz/no telefonu (īsziņas, telefonu kataloga ierakstus, failus), vai arī lai lietotu telefonu kā modemu 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 ieviesta nepilnīgi (Nokia). AT komandas lieto arī modema 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 to var lietot arī failu pārsūtīšanai. Šī iespēja gandrīz vienmēr bāzējas uz OBEX protokolu.

Datu pārraide

• Analogajiem, 1G (NMT) telefoniem varēja pieslēgt ārēju modemu. Ātrumi bija mazāki nekā parastajai telefona līnijai. Digitālajiem 2G telefoniem modems jau ir iebūvēts. Atkarībā no konstrukcijas, dažādiem telefoniem modemam var pieslēgties no ārienes un telefonu izmantot kā modemu. Ja no ārpuses elektriski pieslēgties nevar, tad var lietot akustisko modemu, bet šādā veidā var sasniegt tikai ļoti mazus ātrumus, jo ir zudumi akustiskās pārveidošanas procesā un balss kodeks nav piemērots analogā modema signālu pārraidei.
• 2G (GSM) mobilo telefonu tīklos sākumā vienīgā datu pārraides metode bija līdzīga balss savienojumam, ar ātrumu 9600 biti/sek. Vēlāk tika ieviesta metode, kas bija analoga vairākiem vienlaicīgiem balss savienojumiem HSCSD (High-Speed Circuit-Switched Data). HSCSD ir lielāka datu caurlaidība, bet lielāka tīkla un radio resursu noslodze. Gan GSM gan HSCSD ir vienāda datu caurlaidība abos virzienos augšupsaitē un lejupsaitē, kā arī katrs lietotājs aizņem tīkla un radio resursus, neatkarīgi no tā vai pārsūta datus, vai nē. Vēl vēlāk tika ieviesta pakešu datu pārraide. No TDMA standartiem, pirmajā to ieviesa GSM un nosauca par GPRS. Pēc tam to piemēroja citiem TDMA standartiem. Parasti datu pārraides ātrums lejupsaitē ir lielāks nekā augšupsaitē, jo parasti lejupsaitē ir lielāka datu plūsma (lejupielāde, interneta pārlūkošana).

GPRS ar EDGE modulāciju labos radio apstākļos var sasniegt 280kb/sek.

• 3G UMTS tīklam standarta lejupsaites ātrums ir 380 kb/sek., bet izmantojot HSDPA sasniedz 12Mb/sek.
• 4G LTE tīklā mobilā stacija lejupsaitē var sasniegt 100 Mb/sek lejupielādes ātrumu un 50 Mb/sek augšupsaitē.

Datu pārraidi lieto vai nu telefonu pieslēdzot pie datora, vai arī pašā telefonā. Telefonā datus izmanto MMS (multimedia messaging service) un daudzas no viedtālruņu iespējām. Ir arī īpaši, tikai datiem paredzēti mobilie telefoni, izveidoti kā datora USB iespraužami moduļi.

Visvairāk pārdoto mobilo telefonu saraksts

Pēc mobilā telefona modeļiem

#	Ražotājs	Modelis	Gads	Skaits
1.	Nokia	1100	2003	250 miljoni
2.	Nokia	1200	2007	150 miljoni
3.	Nokia	1110	2005	150 miljoni
4.	Nokia	3210	1999	150 miljoni
5.	Nokia	2600/2610/2626/2630	2004	135 miljoni
6.	Nokia	1600/1650/1661	2006	130 miljoni
7.	Motorola	RAZR V3	2004	130 miljoni
8.	Nokia	3310	2000	126 miljoni
9.	Nokia	1208/1209	2007	100 miljoni
10.	Nokia	6010/6020/6030	2004	75 miljoni

Avots: LiveMag

Pēc mobilā telefona ražotājiem

Ražotājs	Modelis	Gads	Skaits
Nokia	1100	2003	250 miljoni
Motorola	RAZR V3	2004	130 miljoni
Samsung	S8300 UltraTOUCH	2009	12 miljoni
Sony Ericsson	K310 K510 W810	2006	15 miljoni
LG	BL40 New Chocolate	2009	15 miljoni
Apple	iPhone 3GS	2009	35 miljoni
Siemens	M30 M35i A50	2000 2002	15 miljoni
BenQ-Siemens	S68 S88	2006	15 miljoni
RIM	BlackBerry Pearl 8100 BlackBerry 8800	2006 2007	15 miljoni
Alcatel	One Touch Mini 708	2009	5 miljoni
Palm	Centro	2007	2 miljoni
HTC	Touch	2007	2 miljoni

Avots: LiveMag

Skatīt arī

• Viedtālrunis

Ārējās saites

• Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Mobilais telefons.

• Encyclopædia Britannica raksts (angliski)
• Krievijas Lielās enciklopēdijas raksts (krieviski)
• Encyclopædia Universalis raksts (franciski)