Kako rade mobilni telefoni: Od čega su sastavljeni, zašto smo nedostupni, šta je to roaming...

Mobilna telefonija u neprestanoj je ekspanziji u svijetu, a s pojavom pametnih telefona i tableta prelazak na ove digitalne asistente samo se ubrzao.

No, da li ste se ikada zapitali kako zaista funkcioniraju mobilni telefoni i po čemu se razlikuju od običnih, fiksnih telefona?

Web-stranica How stuff works sve je to objasnila, a portal Radiosarajevo.ba za vas priredio.

Frekvencije telefona

U "mračna vremena", prije mobilnih telefona, ljudi kojima je bila neophodna mobilna komunikacija su ugrađivali radiotelefone u svoja vozila. U ovom sistemu, postojala je jedna centralna antena u gradu, koja je uglavnom imala 25 kanala. Centralna antena služila je kao moćan predajnik (radijus pokrivenosti od oko 70 km), tako da vaše vozilo nije moralo imati toliko moćan predajnik. To je također značilo da su prosječni ljudi mogli imati radio telefone – ali nije bilo dovoljno kanala.

Genijalnost celularnog sistema je u tome da je grad podijeljen u više malih ćelija. Ovo omogućava ponovno korištenje iste frekvencije u cijelom gradu, tako da milioni ljudi sada mogu da koriste mobilne (ćelijske *cell*) telefone u isto vrijeme.

Odličan način da se razumije sofisticiranost mobilnih telefona jeste da se uporede s radijom koji koristi policija i taksisti ili s voki-tokijem.

Full-duplex vs. half-duplex – I voki-toki i radioaparati su half-duplex uređaji. To znači da dvoje ljudi koji komuniciraju na ovaj način koriste istu frekvenciju, tako da samo jedna osoba u isto vrijeme može pričati. Mobilni telefon je full-duplex uređaj. To znači da koristite jednu frekvenciju za pričanje i drugu frekvenciju za slušanje. Tako da obje strane mogu da pričaju u isto vrijeme.

Kanali – Voki-toki uglavnom ima jedan kanal, dok radio ima četrdeset kanala. Tipičan mobilni telefon može da komunicira na preko 1664 kanala ili više!

Domet – Voki-toki može odašiljati u radijusu od 1,6 km, koristeći 0,25W odašiljač. Radio, pošto ima mnogo više snage, može da odašilje u radijusu od 8 km koristeći 5W odašiljač. Mobilni telefoni rade unutar ćelija i prebacuju se s ćelije na ćeliju prilikom pokretanja. Ćelije daju mobilnim telefonima nevjerovatan domet. Osoba koja koristi mobilni telefon može da pređe stotine kilometara i da održi konverzaciju svo vrijeme zbog ćelijskog sistema.

U tipičnom ćelijskom sistemu u Bosni i Hercegovini, mobilni provideri primaju oko 800 frekvencija kroz gradove. Provider podijeli grad na ćelije. Svaka ćelija je otprilike veličine 25 kvadratnih kilometara koje se uglavnom predstavljaju šestougaonom mrežom, poput ove:

Kako su mobilni telefoni bazne stanice sa slabim predajnicima, ista frekvencija se može koristiti u nesusjednim ćelijama. Dvije ljubičaste ćelije mogu koristiti istu frekvenciju.

Svaka ćelija ima baznu stanicu koja se sastoji od tornja i male građevine koja sadrži radioopremu. O baznim stanicama ćemo poslije.

Kanali mobilnih telefona

Jedna ćelija u analognom ćelijskom sistemu koristi jednu sedminu dostupnih duplex glasovnih kanala. Tako da jedna ćelija (od sedam u heksagonalnoj mreži) koristi jednu sedminu dostupnih kanala, pa samim tim nema preplitanja u frekvencijama:

Provider mobilne telefonije uglavnom dobije 832 radiofrekvencije za korištenje u gradu.

Svaki mobilni telefon koristi dvije frekvencije po pozivu, tako da po provideru imamo 395 glasovnih kanala. (Ostale 42 frekvencije se koriste kao kontrolni kanali, o čemu ćemo poslije).

Tako da svaka ćelija ima 56 dostupnih glasovnih kanala. Drugim riječima, u svakoj ćeliji 56 osoba može pričati u isto vrijeme. Analogni ćelijski sistemi se smatraju prvom generacijom mobilne tehnologije, to jest 1G. S digitalnim prijenosom (2G), broj dostupnih kanala se povećava. Na primjer, sistem baziran na TDMA može imati tri puta više telefonskih poziva od analognog sistema, tako da svaka ćelija onda ima oko 168 dostupnih kanala.

Mobilni telefoni u sebi imaju predajnike male snage. Mnogi telefoni imaju dvije jačine signala: 0,6W i 3W (poređenja radi, većina radiostanica odašilje snagom od 4W). Također, i bazne stanice imaju predajnike male snage. Odašiljanje malim snagama ima dvije prednosti:

Odašiljanja bazne stanice i mobilnih telefona unutar ćelije se ne šire van te ćelije. Tako da, iz tog razloga obje ljubičaste ćelije (slika iznad) mogu koristiti istih 56 frekvencija. Iste frekvencije se na ovaj način mogu koristiti masovno kroz cijeli grad.

Potrošnja energije mobilnog telefona koji se uglavnom napaja preko baterije je na ovaj način relativno mala. Mala potrošnja znači male baterije, tako da je ovo i razlog zašto mobilni telefoni mogu biti tako mali.

Ćelijski pristup zahtijeva velik broj baznih stanica u gradu bilo koje veličine. Tipičan grad može imati i nekoliko stotina tornjeva. Ali zbog velike količine korisnika mobilnih telefona, cijene ostaju niske po korisniku. Svaki provider u svakom gradu ima jednu centralnu “kancelariju” MTSO (Mobile Telephone Switching Office). Ova kancelarija upravlja svim telefonskim konekcijama do normalne fiksne telefonije i kontrolira sve bazne stanice u regionu.

Kodovi mobilnih telefona

Svi mobilni telefoni imaju specijalan kod koji im je dodijeljen. Ovi kodovi se koriste za identifikaciju telefona, vlasnika telefona i providera telefonske usluge.

Zamislite sljedeću situaciju: upalite telefon i neko pokušava da vas nazove. Evo šta se u tom trenutku dešava:

Kada upalite telefon, on putem kontrolnog kanala osluškuje SID (System Identification Number). Kontrolni kanal je specijalna frekvencija preko koje telefon i bazna stanica komuniciraju o stvarima poput vrste poziva i promjene kanala. Ako telefon ne može naći kontrolni kanal, on je nedostupan i prikazuje "no service" poruku.

Kada primi SID, telefon ga uporedi sa SID-om koji je uprogramiran u telefon. Ako se SID poklapa, telefon zna da komunicira sa svojom mrežom.

Zajedno sa SID-om, telefon također odašilje zahtjev za registraciju, a MTSO čuva podatke o lokaciji telefona u svojoj bazi podataka – na ovaj način, MTSO zna na koju ste ćeliju priključeni i preko koje da vas dobije kad treba da vam zazvoni telefon.

MTSO dobiva poziv i pokušava da vas nađe. Pogleda u bazu podataka kako bi našao u kojoj se ćeliji nalazite.

MTSO odabira dvije frekvencija preko koje će vaš telefon da izvrši telefonski poziv.

MTSO komunicira s vašim telefonom preko kontrolnog kanala da mu kaže koje frekvencije da koristi, i kada se vaš telefon i toranj prebace na te frekvencije, poziv je povezan. Sada pričate s prijateljem preko dvosmjerne radioveze.

Kako se približavate ivici ćelije, bazna stanica primjećuje da signal s vašim telefonom slabi. U međuvremenu, bazna stanica kojoj se približavate (koja osluškuje i mjeri snagu signala na svim frekvencijama, ne samo na onoj sedmini), vidi da se signal vašeg telefona povećava. Dvije bazne stanice koordiniraju međusobno preko MTSOa i u jednom trenutku vaš telefon dobija signal preko kontrolnog kanala da promijeni frekvenciju. Na ovaj način se prebacujete na novu ćeliju.

Recimo da se krećete između ćelija dok razgovarate – ali ćelija u koju ulazite je od nekog drugog providera, od druge mreže. Umjesto da se poziv prekine, ona se prebacuje na drugog providera.

Ako se SID na kontrolnom kanalu ne poklapa sa SID-om koji je u telefonu, onda vaš telefon ulazi u roaming. MTSO ćelije kod koje ste u roamingu kontaktira MTSO vaše mreže, koja onda provjerava bazu podataka da potvrda je SID vašeg telefona ispravan. Vaša mreža provjerava vaš telefon sa lokalnim MTSO, koji dalje prati vaš telefon kako se krećete kroz njihove ćelije. Ono što je zapanjujuće je da se sve ovo dešava u djelićima sekunde.

Ono što također može biti zapanjujuće je cijena koja će vam biti naplaćena za poziv u roamingu. Na većini telefona, riječ “roaming” će iskočiti na vašem ekranu kada napustite svoju mrežu i uđete u drugu. Zato obratite pažnju da li vam je uključena opcija roaminga na telefonu ako tu opciju imate, ili u suprotnom pazite ako zalazite u zonu u kojoj se može desiti prelazak u roaming. Sreća u nesreći je da kod nas nema roaminga između lokalnih mreža, tako da je ovo kritično samo u pograničnim dijelovima zemlje.

Unutrašnjost telefona

Po kompleksnosti po kvadratnom centimetru, telefoni su danas uređaji s nevjerovatnom procesorskom snagom koju ljudi koriste svakodnevno. Moderni digitalni mobilni telefoni mogu da kalkuliraju milione kalkulacija po sekundi kako bi kompresirali i dekompresirali glas.

Ako rastavite osnovni digitalni mobilni telefon na dijelove, vidjet ćete da sadrži samo nekoliko zasebnih dijelova:

- Štampanu ploču koja sadrži “mozak operacije” telefona

- Antenu

- LCD (display od tečnog kristala) ili neki noviji LED, AMOLED …

- Tastaturu ili sloj koji prekriva ekran i omogućuje detektiranje dodira

- Mikrofon

- Zvučnik

- Bateriju

Štampana ploča je srce sistema. Čipovi za analogno-digitalnu i digitalno-analognu konverziju prevode odlazeći signal iz analognog u digitalni i dolazeći signal iz digitalnog nazad u analogni. Procesor za digitalni signal (DSP) je procesor specijalno dizajniran da izvršava kalkulacije zadužene za manipulaciju signala velikom brzinom.

Mikroprocesor kontrolira gotovo sve, od tastature, touch ekrana, displaya, kontrolira komunikaciju sa baznim stanicama, i tako dalje.

ROM i fleš memorija (SD kartica) omogućavaju prostor za skladištenje operativnog sistema telefona. Radiofrekvencija (RF) i dio za napajanje kontroliraju punjenje i pražnjenje energije, kao i stotine FM kanala. Na kraju, RF pojačivači kontroliraju signal koji putuje od antene i ka anteni.

Display se na telefonu vremenom povećavao kako je broj funkcija koje telefon može da izvede rastao.

Neki telefoni čuvaju SID i MIN kodove na internoj memoriji, dok drugi koriste eksterne kartice koje su slične SD karticama.

Mobilni telefoni imaju nevjerovatno male zvučnike i mikrofone, tako da je teško zamisliti kako uspijevaju da imaju tako dobru reprodukciju zvuka.

Ono što je još zanimljivije je da sva ta funkcionalnost koju sad nosimo u džepu, prije trideset godina bi zauzela cijeli jedan sprat neke upravne zgrade.

Ukoliko ste sve ovo pročitali do kraja - svaka vam čast! ovim zaključujemo današnje predavanje o mobilnim telefonima, a u idućem nastavku ćemo pisati o mrežnoj tehnologiji.