唠叨，啰嗦嗦嗦， 火车，始终保持联系，从不失去联系 - 手机已经戏剧性地 改变了我们的生活和工作方式。没有人确切知道有多少小 世界上有塑料手机，但 当前估计 是有超过 83 亿订阅。这比地球的人口还要多!在发展中国家，大规模固定线路网络(普通 电话 连接到墙上)很少而且相距甚远，超过93%的手机是 手机。 手机(也称为手机，主要在欧洲称为移动电话或 手机)是 收音机 通过 连接到主要公共电话网络的桅杆网络。这是 它们是如何工作的。

　　照片：现在大多数人都使用智能手机作为手机，实际上是 内置手机电路的小型计算机。早在 1990 年代，手机就更简单，只能用于拨打语音电话。现在网络速度更快，能够处理更多的流量，智能手机被用作便携式通信中心，能够完成您可以使用电话，数码相机，MP3播放器，GPS“卫星导航”和笔记本电脑做的所有事情。

　　手机使用无线技术

　　虽然他们做同样的工作，但固定电话 手机的工作方式完全不同。固定电话携带 来电 电气 电缆。剪掉所有 卫星, 光纤 电缆，开关 办公室和其他拉兹马塔兹和固定电话并不多 不同于你可能用一块制成的玩具手机 绳子和几个烤豆罐。你最终说的话 沿着两个手机之间的直接有线连接向下移动。什么是 手机的不同之处在于它可以在没有电线的情况下发送和接收电话 任何类型的连接。它是如何做到这一点的?通过使用 电磁 无线电波，用于发送和接收通常通过电线传播的声音。

　　无论您是坐在家里，走在街上，还是驾驶 汽车，或者乘坐火车，你正在洗澡 在电磁海洋中 波。 电视 和 收音机 程序，来自的信号 无线电控制 汽车 无绳电话，甚至无线门铃——所有这些东西 使用电磁工作 能源: 起伏模式 电力 和 磁性 以 光(300，000公里或每秒186，000英里)。到目前为止，手机网络 我们周围世界上增长最快的电磁能量来源。

　　照片：以前的手机。这款诺基亚的历史可以追溯到 2000 年代初， 有一个滑出式键盘。虽然它有一个摄像头和其他一些基本功能，但它什么都没有。 就像现代智能手机的计算能力一样。像这样的手机有时被称为“手持设备”或 “功能手机”，以区别于iPhone和其他智能手机。

　　手机通话如何旅行

　　当你对着手机说话时，一个微小的 麦克风 在听筒中 将声音的上下声音转换为相应的声音 电信号的上下模式。一个 微片 手机内部 将这些信号转换为数字字符串。数字被打包 变成无线电波并从手机的 天线 (在一些 国家，天线称为天线)。无线电波竞赛 以光速穿过空气，直到到达最近的 手机桅杆。

　　桅杆接收信号并将其传递给其 基站, 它有效地协调了手机网络每个本地部分内部发生的事情，这被称为 细胞.从基站，呼叫被路由到其目的地。 从一部手机到同一网络上的另一部手机的呼叫将传输到他们的 通过路由到离目的地最近的基站来达到目的地 电话，最后是那个手机本身。通过手机拨打电话 不同的网络或固定线路遵循更长的路径。他们可能有 在他们到达之前被路由到主电话网络 他们的最终目的地。

　　手机桅杆如何提供帮助

　　照片：工程师修理手机桅杆。照片由Brien Aho提供，由美国海军提供 和 维基共享资源.

　　乍一看，手机似乎很像双向收音机， 对讲机, 每个人都有一个收音机(包含发送者和接收器)，可以直接来回反弹消息，就像网球一样 球员回球。像这样的收音机的问题在于你只能使用这么多 在来自一对呼叫者的信号开始干扰这些信号之前，它们在某个区域 来自其他呼叫者对。这就是为什么手机更加复杂，并且以完全不同的方式工作。

　　手机听筒包含一个无线电发射器，用于从 电话和无线电接收器，用于接收来自其他的传入信号 手机。无线电发射器和接收器的功率不是很高，这意味着手机不能发送很远的信号。 这不是缺陷 - 这是一个 故意 他们设计的特点!手机所要做的就是与当地的桅杆和基站进行通信;基站要做的就是从许多手机中接收微弱的信号并路由 他们继续到达目的地，这就是为什么桅杆是巨大的高功率天线(通常安装在山丘或高层建筑上)。 如果我们没有桅杆，我们需要带有巨大天线和巨大电源的手机——而且它们会。 太麻烦了，无法移动。手机自动与最近的手机通信 (信号最强的那个)并尽可能少地使用功率(这使得它的电池 尽可能长时间地持续，并减少它干扰附近其他手机的可能性)。

　　细胞的作用

　　那么为什么要为细胞而烦恼呢?为什么手机不直接相互通话?假设几个 您所在地区的人们都想同时使用手机。 如果他们的手机都以相同的方式发送和接收呼叫，使用相同的无线电波，则 信号会干扰并争先恐后地在一起，并且无法区分一个呼叫和另一个呼叫。解决这个问题的一种方法是 对不同的呼叫使用不同的无线电波。如果每个电话使用略有不同的 频率 (一秒钟内无线电波中上下起伏的次数)，呼叫很容易保持分离。它们可以像使用不同波段的不同无线电台一样在空中传播。

　　如果一次只有几个人打电话也没关系。但是假设你在一个大城市的中心，数百万人 一次全部调用。然后，您将需要数百万个单独的频率 - 比通常可用的频率更多。解决方案是 将城市划分为较小的区域，每个区域都有自己的桅杆和基站。这些领域是 我们称之为 细胞 它们看起来像是看不见的六边形的拼凑而成。每 小区有其基站和基站，在该小区内拨打或接听的所有呼叫都通过它们路由。小区使系统能够一次处理更多呼叫，因为每个小区使用与其相邻小区相同的频率集。像元越多，越大 一次可以进行的呼叫数。这就是为什么城市地区的细胞比农村地区多得多，以及为什么城市地区的细胞是 小得多。

　　手机小区如何处理呼叫

　　这张图片显示了细胞工作的两种方式。

　　简单呼叫

　　如果小区 A 中的电话呼叫小区 B 中的电话，则呼叫不会 直接在电话之间传递，但从第一部电话到 桅杆 A 及其基站， 然后到桅杆 B 及其基站，然后到第二部电话。

　　漫游呼叫

　　在牢房之间移动的手机(当人们 步行或开车)定期发送信号 附近的桅杆，以便在任何给定时间，手机网络始终 知道哪个桅杆最接近哪个电话。

　　如果汽车乘客正在拨打电话，并且汽车在小区 C、D 和 E 之间行驶，则电话 呼叫会自动“移交”(从一个小区传递到另一个小区)，因此呼叫不会中断。

　　理解细胞的关键是要意识到手机和它们与之通信的桅杆是 设计 仅在有限范围内发送无线电波;这有效地定义了单元格的大小。 还值得指出的是，这张图片是一种简化;更准确地说，桅杆位于细胞的交叉点，但正如我所展示的那样，理解事物会更容易一些。

　　手机的种类

　　使用的第一部手机 模拟 科技。 这几乎也是烤豆电话的工作方式。当你在 烤豆可以打电话，你的声音让琴弦上下震动 (太快了，你看不到它)。振动像 你的声音。换句话说，它们是 类比 您的 语音——这就是我们称之为模拟技术的原因。一些固定电话 今天仍然以这种方式工作。

　　大多数手机使用 数字技术: 他们把 你的声音变成数字(数字)的模式，然后发射 他们通过空气。使用数字技术有很多优势。它 意味着手机可用于发送和接收计算机化数据。 这就是为什么大多数手机现在可以发送和接收文本(SMS)的原因。 消息 蹼 .pages MP3 音乐文件和数字 照片。数字技术意味着手机通话可以 加密 (使用数学打乱 代码)，在他们离开发件人的手机之前，因此窃听者不能 拦截他们。(这是早期模拟手机的一个大问题， 任何人都可以用称为 扫描仪。这使得数字手机更加安全。

　　手机世界

　　手机极大地改变了世界的连接方式。1990年代初， 世界上只有1%的人口拥有手机;今天 在越来越多的国家 人们在手机上花费更多时间 比上 他们的座机。根据 ITU-T，2001年，世界上只有58%的人口能够接入(2G)手机网络;到2019年，这一比例上升到98.8%。到 2020 年年中，有 83亿手机用户——略高于地球上的人口数量。 手机也推动了互联网接入的一大飞跃。 2016年底， 移动(智能手机和平板电脑)互联网流量通过桌面流量 有史以来第一次。 到2020年年中，全球83%的人拥有活跃的、基于手机的移动宽带用户，这一数字已经结束。 是传统有线宽带的五倍(仅为14.9%)。 [2]

　　图表：手机订户：手机用户增长最显著的是发展中国家，目前约占用户量的80%。资料来源：2021年使用2020年11月的数据绘制 国际电信联盟(国际电联).

　　不同的人也以不同的方式使用手机。 早在 2000 年代初，手机就被完全使用 用于语音对话和发送简短的“文本”(文本消息，也称为 SMS 消息)。 很多人拥有手机纯粹是为了偶尔的紧急情况; 这仍然是拥有手机的流行原因 (根据 近东非：9-1-1协会, 在美国许多地区，超过80%的911紧急电话都是拨打的 从手机)。今天，智能手机无处不在，人们使用它们发送电子邮件、浏览网页、 下载音乐、社交媒体和运行各种应用程序。 老式手机完全依赖于来自手机网络的体面信号，而智能手机根据需要在普通网络和 无线网络. 旧手机实际上是“手机”(无线固定电话)， 现代智能手机本质上是恰好打电话的袖珍电脑。 您可以在下面框中的照片中看到手机内部发生了多少变化。

　　手机和移动宽带

　　如果您想了解手机网络如何从纯语音网络演变为 构成互联网的重要组成部分，请参阅我们单独的文章 宽带和移动宽带. 它还涵盖了所有那些令人困惑的首字母缩略词，如FDMA，TDMA，CDMA，WCDMA和HSDPA/HSPA。

　　你的手机里有什么?

　　照片：过去和现在的手机。左：2000年左右的摩托罗拉V66，2010年左右的诺基亚106， 以及 2016 年左右的 LG G 系列智能手机。我将拆开摩托罗拉和LG。

　　如果像我一样喜欢弄清楚事情是如何运作的，那么坏掉的手机是一件很棒的事情。毫不奇怪，有很多 现代智能手机内部发生的情况比人们大约20年前携带的基本手机内部更多。 旧手机只是电话;智能手机是装满各种小玩意的计算机，从指纹读取器到电子支付芯片。但是，尽管手机发生了巨大变化，但设计新手机的问题在许多方面都与以往相同：如何将所有这些组件包装在一个足够小的空间中，降低其总重量，并避免它们过热?您如何确保麦克风、扬声器和天线等关键组件即使在小型化后也能继续有效工作?

　　经典手机内部

　　旧手机和新手机的最大区别在于旧手机具有 键盘 和小 液晶显示器 屏幕，而智能手机有 触摸屏 这完全消除了对键盘的需求(他们仍然需要一些按钮来打开和关闭电源以及控制扬声器音量)。在旧手机中，键盘通常是“膜”类型之一：它不是移动键，而是具有扁平的橡胶按钮，可以按下下方印刷电路板(PCB)上的电触点。

　　照片：左：旧摩托罗拉手机键盘的顶部是所谓的橡胶膜，这是一层薄薄的橡胶塑料，带有“按键”，向下按压以与下面的电路板进行电接触。右：每个键将一个小圆钉推到电路板的相应部分(小点)。键盘还装满了LED(带有白色轮廓的八个矩形)，当您拨打或接听电话时，键盘会亮起。

　　不幸的是，数码产品并不像机械设备那样有趣(或容易弄清楚)：大多数好东西都发生在芯片内部，看不见，你不能通过观察来弄清楚芯片是如何工作的。取下键盘，下面的板子没什么兴趣，但请注意金色天线一直围绕着它。这就是为什么像这样的手机不需要长长的伸缩式(拉出式)天线。

　　照片：摩托罗拉 V66 手机的主电路板直接位于键盘下方和电池仓上方。

　　电路板的另一面更有趣一点：

　　LCD 屏幕，通过带状电缆连接到键盘单元。

　　耳机插孔。

　　电池连接器

　　电池充电器和电缆连接器，用于连接到计算机。

　　散热器/筛选电路板上的芯片。

　　压电蜂鸣器。

　　蜂鸣器控制芯片

　　天线连接器 — 将小型外部天线连接到围绕电路板运行的金天线。

　　照片：摩托罗拉V66手机的主电路板背面。

　　智能手机内部

　　正如您所期望的那样，智能手机内部还有很多事情要做。我没有拆开屏幕(它就在右侧电路板的正下方)，但这里有一些其他的东西你会发现：

　　照片：来自更现代的LG G系列智能手机的主电路板。

　　电路板上部(左图)和下部(右图)部件之间的接触连接.

　　处理器芯片的散热器/屏蔽。(你在这里可以看到的灰色东西是导热膏 - 一种导热粘液 - 有助于改善冷却。 电源开/关按钮位于此处下方。

　　NFC 天线连接器(用于非接触式支付)。

　　相机红外聚焦光束。

　　后部1300万像素 数码相机.

　　手电筒/相机闪光灯。

　　四核高通骁龙处理器芯片。

　　微型SD卡插槽(允许存储扩展到32GB)。

　　微型 SIM 卡插槽

　　锂离子电池 (3000 毫安容量)。

　　具有“拉丝金属”饰面的全塑料外壳使外观看起来像带有指纹污迹的金属外壳。

　　耳机接口。

　　麦克风.

　　USB 和充电连接器。

　　扬声器.

　　拧紧的塑料垫片可在您打开外壳更换电池时保护电路板和组件.

　　螺丝!

　　上板和下板之间有更多的接触连接。

　　谁发明了手机?

　　我们是如何从固定电话到手机的?以下是快速历史记录：

　　1873年：英国物理学家 詹姆斯·克拉克·麦克斯韦 (1831-1879)发表了电磁学理论，解释了如何 电可以产生磁性，反之亦然。阅读更多关于他的作品 在我们的主要文章中 磁性.

　　1876年：苏格兰出生的发明家 亚历山大·格雷厄姆·贝尔 (1847-1922)在美国生活期间开发了第一部电话 (尽管关于他是否真的是原始发明者存在一些争议)。 后来，贝尔开发了一种叫做“光电话”的东西，它可以使用光束发送和接收电话。 由于它被认为是无线电话，因此它实际上是现代移动电话的远祖。

　　1888年：德国物理学家 海因里希·赫兹 (1857-1894)在他的实验室里制造了第一个电磁无线电波。

　　1894年：英国物理学家 奥利弗·洛奇爵士 (1851-1940)在英国牛津使用无线电波发送了第一条电文。

　　1899年：意大利发明家 古列尔莫·马可尼 (1874-1937)通过英吉利海峡发送无线电波。到1901年。马可尼发送了无线电 横跨大西洋，从英格兰的康沃尔到纽芬兰。马可尼被人们铭记 作为无线电之父，但赫兹和洛奇等先驱者同样重要。

　　1906年：美国工程师 雷金纳德·费森登 (1866-1932)成为第一个使用无线电波传输人声的人。 他从布兰特岩的发射器发送了11英里的信息， 马萨诸塞州到大西洋的无线电接收器的船只。

　　1920 年代：紧急服务开始尝试繁琐的 无线电电话。

　　1940年代：移动无线电电话开始流行 紧急服务和出租车。

　　1946年：AT&T和西南贝尔推出了他们的手机 用于在车辆之间发送无线电呼叫的电话系统 (MTS)。

　　1960年代：贝尔实验室(Bell Labs)开发了Metroliner移动式 火车上的手机。

　　1973: 马丁·库珀 (1928–) 的 摩托罗拉使用他的28磅原型DynaTAC手机拨打了第一个手机电话。

　　1975年：库珀和他的同事获得了他们的专利 无线电电话系统。他们的原始设计显示在您可以在此处看到的艺术品中。

　　照片：马丁·库珀最初的无线电电话系统(手机)设计， 1973年作为专利申请提交。请注意移动部分如何形成一个完全独立的系统(右侧以蓝色显示)，与现有公共网络(左侧以红色显示)进行通信。单个手机(最右侧的绿松石)使用无线电波(黄色之字形)与最近的桅杆和基站进行通信。专利图纸 从 美国专利3，906，166：无线电话系统 由Martin Cooper等人，摩托罗拉系统有限公司提供，由美国专利商标局提供。

　　1978 年：模拟移动电话系统 (AMPS) 在芝加哥推出 由伊利诺伊州贝尔和AT&T。

　　1982 年：欧洲电话公司商定了 手机将如何运行，被命名为Groupe Speciale Mobile和 后来的全球移动系统(GSM)电信。

　　1984年：摩托罗拉DynaTAC成为世界上第一个商业广告 手持手机。看看一个 马丁·库珀和他的DynaTAC的照片.

　　1995年：GSM和一个名为PCS(个人)的类似系统 通信服务)在美国被采用。

　　2001年：GSM占领了全球70%以上的手机 市场。

　　2000年代：推出第三代(3G和3.5G)手机，具有 更快的网络、互联网接入、音乐下载等等 基于数字技术的高级功能。

　　2007年：苹果的iPhone彻底改变了手机世界，包装了有效的手机。 将触摸控制的微型计算机变成与传统手机大小相同的小工具。

　　2013年：手机庆祝成立40周年。

　　2020年：手机用户达到83亿。其中约80%在发展中国家。