jak działa telefon komórkowy?

Aby móc komunikować się za pośrednictwem telefonu komórkowego, użytkownik musi znajdować się w zasięgu stacji bazowej danego operatora oraz odbierać sygnał radiowy o odpowiedniej jakości. Jakość sygnału jest oznaczona „kreskami” wyświetlanymi na ekranie telefonu. Obecnie obok nich często znajdują się także inne oznaczenia (np. „4G” „3G” lub „E” jak „Edge”), które informują użytkownika o rodzaju technologii telefonii komórkowej dostępnej na danym obszarze.

Gdy wykonujemy połączenie za pomocą telefonu komórkowego, pierwszą czynnością przeprowadzaną przez telefon jest wyszukanie najsilniejszego sygnału pochodzącego z najbliższej anteny stacji bazowej oraz nawiązanie z nią połączenia. W przypadku odbierania połączenia zasada jest niemal taka sama, aczkolwiek wówczas to antena znajdująca się w stacji bazowej musi nawiązać połączenie z telefonem. W takim przypadku, aby przekierować połączenie, operator musi posiadać informacje na temat lokalizacji komórki, w jakiej aktualnie znajduje się odbiorca. Dlatego też w regularnych odstępach czasu telefon „wysyła raport” do sieci lub dokonuje aktualizacji (w przypadku smartfonów), gdy jest włączony, ale nie jest używany do wykonywania połączeń.

wykonywanie połączeń w ruchu: „handover”
Główną zaletą komunikacji komórkowej jest możliwość wykonywania połączeń w ruchu. Nie stanowi to problemu, jeśli użytkownik porusza się w obrębie komórki, z którą jest połączony jego telefon. Jeśli jednak oddali się od anteny, sygnał stanie się słabszy, a połączenie może zostać przerwane. W celu uniknięcia takiej sytuacji telefon komórkowy stale sprawdza jakość sygnałów z pobliskich komórek, aby wraz z oddalaniem się od anteny danego operatora poniżej pewnego progu sygnału móc automatycznie przełączyć połączenie do innej, bliżej położonej anteny lub takiej, gdzie obciążenie sieci jest mniejsze. Tego rodzaju przejście z komórki do komórki nazywane jest „handover ”.

więcej informacji:

  • GSM (czyli telefonia komórkowa drugiej generacji – 2G) działa w paśmie częstotliwości 900 MHz i 1800 MHz. Standard 2G oferuje ograniczoną prędkość transmisji danych wynoszącą 88 Kb/s (wiadomości tekstowe, zdjęcia, dostęp do Internetu itp.) oraz 200 Kb/s w technologii EDGE, która jest najbardziej zaawansowaną technologią używaną w sieciach GSM. Podczas rozmowy fale radiowe emitowane przez telefony działające w sieci GSM osiągają moc szczytową wynoszącą 2 W. Jednak w optymalnych warunkach odbioru (blisko stacji bazowej) moc ta może zmniejszyć się tysiąckrotnie (do około 0,001 W).
  • UMTS (lub 3G) działa w pasmach częstotliwości 900 MHz i 2 GHz. Technologia 3G jest bardziej zaawansowana od technologii 2G. Dzięki zwiększonej prędkości transmisji wynoszącej ponad 384 Kb/s (oraz ok. 40 Mb/s dzięki technologii 3G+ i H+) przyczyniła się ona do spopularyzowania mobilnego Internetu i treści multimedialnych. Technologia 3G jest również znacznie efektywniejsza pod względem przetwarzania sygnału, ponieważ w optymalnych warunkach odbioru telefon działający w sieci 3G może funkcjonować przy kilka milionów razy mniejszej mocy sygnału niż wynosi jego maksymalna wartość (0,25 W).
  • LTE (lub 4G) działa w pasmach częstotliwości 800 MHz, 1800 MHz oraz 2600 MHz, które wcześniej były wykorzystywane w innych celach: na przykład częstotliwość 800 MHz była (przed wprowadzeniem naziemnej telewizji cyfrowej) zarezerwowana dla telewizji analogowej. Dzięki wykorzystaniu nowych technologii kodowania standard 4G pozwala na potrojenie prędkości transmisji uzyskiwanej w ramach sieci 3G. Prędkość ta osiąga 100 Mb/s, pozwalając na prowadzenie wideorozmów oraz oglądanie telewizji na żywo w ruchu.
  • Technologię 5G stworzono z myślą o transmisji większej ilości danych oraz o zwiększeniu możliwości związanych z łącznością; jej infrastruktura umożliwia wdrożenie Internetu Rzeczy łączącego miliardy urządzeń włączonych do sieci. Technologia 5G będzie wspierać innowacje jutra w wielu różnych dziedzinach, takich jak:

– opieka zdrowotna,
– bezpieczeństwo publiczne,
– transport,
– rolnictwo,
– inteligentne miasta.
Z technologii 5G można korzystać na niższych pasmach częstotliwości (poniżej 6 GHz) oraz na jej wyższych pasmach, zwanych falami milimetrowymi (powyżej 6 GHz).

W ostatnich latach pojawiły się także inne technologie, które wzbogaciły świat telefonii komórkowej:

  • Standard DECT (ang. Digital Enhanced Cordless Telecommunications – określany również skrótem DECT1 i oznaczający dosłownie ulepszoną cyfrową telekomunikację bezprzewodową), w przeszłości „Digital European Cordless Telephone”, opisuje technologię cyfrowej telefonii bezprzewodowej przeznaczonej dla użytkowników prywatnych i firm, w paśmie częstotliwości od 1880 do 1920 Mhz. Chociaż standard ten powstał z myślą o szerokiej gamie zastosowań, dzisiaj jest wykorzystywany głównie do komunikacji głosowej.
  • Bluetooth to standard komunikacji umożliwiający dwukierunkowe przekazywanie danych na bardzo małe odległości z wykorzystaniem ultrakrótkich fal radiowych w paśmie częstotliwości 2,4 GHz. Powstał w celu uproszczenia połączeń pomiędzy urządzeniami elektronicznymi, eliminując potrzebę korzystania z połączeń przewodowych. Może na przykład zastępować użycie kabli wzajemnie pomiędzy komputerami, tabletami, głośnikami, telefonami komórkowymi lub w celu ich skomunikowania z drukarkami, skanerami, klawiaturami, myszkami, dżojstikami, telefonami przenośnymi, osobistymi asystentami, zestawami głośnomówiącymi do mikrofonów i słuchawek, radiami samochodowymi, aparatami cyfrowymi, czytnikami kodów kreskowych oraz interaktywnymi terminalami reklamowymi.
  • NFC (ang. „Near Field Communication”) to technologia komunikacji bliskiego zasięgu, która pozwala na bezprzewodową wymianę informacji pomiędzy terminalem mobilnym (po autoryzacji użytkownika) a urządzeniem użytkownika. Wymiana danych odbywa się na małej odległości wynoszącej do kilkunastu centymetrów. W niektórych modelach telefonów komórkowych technologia ta jest już wykorzystywana w celu dokonywania płatności oraz kasowania biletów komunikacji miejskiej, a w przyszłości może nawet zastąpić kartę kredytową (kliknij tutaj aby zobaczyć przykład wykorzystania technologii NFC).
  • RFID (ang. „Radio Frequency Identification”) to kolejny przykład bezprzewodowej technologii wykorzystującej fale radiowe. Pozwala ona na automatyczną identyfikację obiektów, oferując odczyt na większe odległości niż w przypadku technologii NFC.
  • Ponadto technologia Wi-Fi pozwala na podłączenie telefonu komórkowego do routera.
  • LoRa jest technologią długodystansowej sieci umożliwiającej wąskopasmową komunikację w ramach Internetu Rzeczy. Tak jak w przypadku technologii 3G/4G, LoRa umożliwia transmisję danych zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz pomieszczeń na dłuższych dystansach. Ogromną zaletą sieci LoRa w porównaniu do konwencjonalnej sieci komórkowej jest autonomia odbiorników oraz koszt użytkowania. Sieć LoRa zaprojektowano w taki sposób, by maksymalnie zredukować zużycie energii. Podłączone urządzenie może więc autonomicznie działać przez kilka lat na jednej baterii (liczniki wody, prądu itd.). Dodatkowymi atutami są zasięg pasma (~10 km na terenie niezabudowanym oraz 1 km na terenie zabudowanym), a także niski koszt oddania do użytku.
  • Sieć LTE-M ułatwia rozszerzoną wymianę danych (dane, głos, SMS) z urządzeniami, bez względu na to, czy znajdują się one w ruchu, umieszczone są wewnątrz budynków czy pod ziemią. Technologia ta odpowiada potrzebom nadzoru logistycznego, dozoru elektronicznego, zdalnego monitorowania zdrowia pacjentów lub zarządzania flotą pojazdów.