Mempelajari Bagaimana Ponsel Bekerja

Jutaan orang di Amerika Serikat dan di seluruh dunia menggunakan telepon seluler. Mereka adalah gadget besar seperti - dengan ponsel, Anda dapat berbicara dengan siapa pun di planet ini dari mana saja!
Hari-hari ini, ponsel menyediakan array yang luar biasa dari fungsi, dan yang baru sedang ditambahkan pada kecepatan yang berbahaya. Tergantung pada model ponsel, Anda dapat:
Menyimpan informasi kontak
Membuat tugas atau to-do list
Melacak janji dan mengatur pengingat
Gunakan kalkulator built-in untuk matematika sederhana
Mengirim atau menerima e-mail
Dapatkan informasi (berita, hiburan, harga saham) dari Internet
Bermain game sederhana.
Mengintegrasikan perangkat lain seperti PDA, MP3 player dan penerima GPS
Tapi apakah Anda pernah bertanya-tanya bagaimana sebuah ponsel bekerja? Apa yang membuatnya berbeda dari telepon biasa? Apa semua istilah-istilah seperti PCS, GSM, CDMA dan TDMA artinya? Pada artikel ini, kita akan membahas teknologi di belakang ponsel sehingga Anda dapat melihat bagaimana mereka benar-benar menakjubkan.
Salah satu hal yang paling menarik tentang ponsel adalah bahwa hal itu sebenarnya radio - radio yang sangat canggih, tetapi radio tetap. Telepon diciptakan oleh Alexander Graham Bell pada tahun 1876, dan komunikasi nirkabel dapat menelusuri akarnya untuk penemuan radio oleh Nikolai Tesla pada tahun 1880 (secara resmi disajikan pada tahun 1894 oleh seorang muda Italia bernama Guglielmo Marconi). Itu wajar bahwa kedua teknologi besar akhirnya akan dikombinasikan.
Dalam zaman kegelapan sebelum ponsel, orang-orang yang benar-benar dibutuhkan mobile-komunikasi telepon kemampuan radio dipasang di mobil mereka. Dalam sistem radio-telepon, ada satu menara antena sentral per kota, dan mungkin 25 saluran yang tersedia di menara itu. Ini antena pusat berarti bahwa telepon di mobil Anda membutuhkan pemancar yang kuat - cukup besar untuk mengirimkan 40 atau 50 mil (sekitar 70 km). Hal ini juga berarti bahwa tidak banyak orang bisa menggunakan telepon radio - ada hanya tidak cukup saluran.
Para jenius dari sistem selular adalah pembagian kota ke dalam sel kecil. Hal ini memungkinkan penggunaan kembali frekuensi yang luas di seluruh kota, sehingga jutaan orang dapat menggunakan ponsel secara bersamaan.
Cara yang baik untuk memahami kecanggihan ponsel adalah untuk membandingkannya dengan radio CB atau walkie-talkie.
Full-duplex vs half-duplex - Kedua walkie-talkie dan radio CB adalah setengah-duplex perangkat. Artinya, dua orang berkomunikasi pada radio CB menggunakan frekuensi yang sama, sehingga hanya satu orang yang dapat bicara pada satu waktu. Sebuah ponsel adalah perangkat full-duplex. Itu berarti bahwa Anda menggunakan satu frekuensi untuk berbicara dan frekuensi, kedua terpisah untuk mendengarkan. Kedua orang pada panggilan dapat berbicara sekaligus.
Saluran - Sebuah walkie-talkie biasanya memiliki satu saluran, dan sebuah radio CB memiliki 40 saluran. Sebuah ponsel yang khas dapat berkomunikasi pada 1.664 saluran atau lebih!
Rentang - Sebuah walkie-talkie dapat mengirimkan sekitar 1 mil (1,6 km) menggunakan pemancar 0,25 watt. Sebuah radio CB, karena memiliki kekuatan yang lebih tinggi, dapat mengirimkan sekitar 5 mil (8 km) menggunakan pemancar 5 watt. Ponsel beroperasi dalam sel, dan mereka dapat beralih sel ketika mereka bergerak di sekitar. Sel memberikan ponsel kisaran yang luar biasa. Seseorang menggunakan ponsel dapat mendorong ratusan kilometer dan mempertahankan percakapan sepanjang waktu karena selular
half-duplex radio, baik pemancar menggunakan frekuensi yang sama. Hanya satu pihak yang dapat berbicara pada satu waktu.
Dalam full-duplex radio, dua pemancar menggunakan frekuensi yang berbeda, sehingga kedua belah pihak dapat berbicara pada waktu yang sama.
Ponsel yang full-duplex.
Dalam sistem analog yang khas telepon seluler di Amerika Serikat, operator telepon seluler menerima sekitar 800 frekuensi untuk digunakan di seluruh kota. Pengangkut daging Facebook kota ke dalam sel. Setiap sel biasanya berukuran sekitar 10 mil persegi (26 kilometer persegi). Sel biasanya dianggap sebagai segi enam pada grid heksagonal besar, seperti ini:
Karena ponsel dan BTS menggunakan pemancar berdaya rendah, frekuensi yang sama dapat digunakan kembali di sel non-berdekatan. Dua sel ungu dapat menggunakan kembali frekuensi yang sama.
Setiap sel memiliki base station yang terdiri dari sebuah menara dan sebuah bangunan kecil berisi peralatan radio (lebih pada BTS kemudian).
Sebuah sel tunggal dalam sistem analog menggunakan satu-ketujuh dari kanal suara duplex tersedia. Artinya, setiap sel (dari tujuh pada grid heksagonal) menggunakan satu-ketujuh dari saluran yang tersedia sehingga memiliki seperangkat unik frekuensi dan tidak ada tabrakan:
Sebuah operator telepon seluler biasanya mendapatkan frekuensi radio 832 untuk digunakan dalam kota.
Setiap ponsel menggunakan dua frekuensi per panggilan - saluran duplex - jadi ada biasanya kanal suara 395 per carrier. (The 42 lainnya frekuensi yang digunakan untuk saluran kontrol - lebih lanjut tentang ini nanti.)
Oleh karena itu, setiap sel memiliki kanal suara sekitar 56 tersedia.
Dengan kata lain, dalam setiap sel, 56 orang dapat berbicara di ponsel mereka pada satu waktu. Sistem selular analog dianggap generasi pertama teknologi mobile, atau 1G. Dengan metode transmisi digital (2G), meningkatnya jumlah saluran yang tersedia. Sebagai contoh, sistem TDMA berbasis digital dapat membawa tiga kali lebih banyak panggilan sebagai sistem analog, sehingga setiap sel memiliki sekitar 168 saluran yang tersedia (lihat bagian Teknologi Akses Selular untuk informasi lebih lanjut tentang banyak TDMA, CDMA, GSM dan digital lainnya ponsel teknik).
Ponsel memiliki daya rendah pemancar di dalamnya. Banyak ponsel memiliki kekuatan sinyal dua: 0,6 watt dan 3 watt (untuk perbandingan, sebagian besar radio CB mengirimkan pada 4 watt). Base station juga transmisi pada daya rendah. Low-power pemancar memiliki dua keuntungan:
Transmisi dari base station dan telepon di dalam selnya tidak membuatnya sangat jauh di luar sel itu. Oleh karena itu, pada gambar di atas, baik dari sel-sel ungu dapat menggunakan kembali 56 frekuensi yang sama. Frekuensi yang sama dapat digunakan kembali secara luas di seluruh kota.
Konsumsi daya dari ponsel, yang biasanya dioperasikan dengan baterai, relatif rendah. Daya rendah berarti baterai kecil, dan ini adalah apa yang telah membuat telepon seluler genggam mungkin.
Pendekatan selular membutuhkan sejumlah besar BTS di kota dari berbagai ukuran. Sebuah kota besar yang khas dapat memiliki ratusan menara. Tapi karena begitu banyak orang yang menggunakan ponsel, biaya tetap rendah per pengguna. Setiap operator di masing-masing kota juga berjalan satu kantor pusat yang disebut Mobile Telephone Switching Office (MTSO). Kantor ini menangani semua koneksi telepon ke sistem darat telepon biasa, dan mengontrol semua BTS di wilayah tersebut.


 English

Millions of people in the United States and around the world use cellular phones. They are such great gadgets -- with a cell phone, you can talk to anyone on the planet from just about anywhere!

These days, cell phones provide an incredible array of functions, and new ones are being added at a breakneck pace. Depending on the cell-phone model, you can:

Store contact information
Make task or to-do lists
Keep track of appointments and set reminders
Use the built-in calculator for simple math
Send or receive e-mail
Get information (news, entertainment, stock quotes) from the Internet
Play simple games.
Integrate other devices such as PDAs, MP3 players and GPS receivers
But have you ever wondered how a cell phone works? What makes it different from a regular phone? What do all those terms like PCS, GSM, CDMA and TDMA mean? In this article, we will discuss the technology behind cell phones so that you can see how amazing they really are.

One of the most interesting things about a cell phone is that it is actually a radio -- an extremely sophisticated radio, but a radio nonetheless. The telephone was invented by Alexander Graham Bell in 1876, and wireless communication can trace its roots to the invention of the radio by Nikolai Tesla in the 1880s (formally presented in 1894 by a young Italian named Guglielmo Marconi). It was only natural that these two great technologies would eventually be combined.

In the dark ages before cell phones, people who really needed mobile-communications ability installed radio telephones in their cars. In the radio-telephone system, there was one central antenna tower per city, and perhaps 25 channels available on that tower. This central antenna meant that the phone in your car needed a powerful transmitter -- big enough to transmit 40 or 50 miles (about 70 km). It also meant that not many people could use radio telephones -- there just were not enough channels.

The genius of the cellular system is the division of a city into small cells. This allows extensive frequency reuse across a city, so that millions of people can use cell phones simultaneously.

A good way to understand the sophistication of a cell phone is to compare it to a CB radio or a walkie-talkie.

Full-duplex vs. half-duplex - Both walkie-talkies and CB radios are half-duplex devices. That is, two people communicating on a CB radio use the same frequency, so only one person can talk at a time. A cell phone is a full-duplex device. That means that you use one frequency for talking and a second, separate frequency for listening. Both people on the call can talk at once.

Channels - A walkie-talkie typically has one channel, and a CB radio has 40 channels. A typical cell phone can communicate on 1,664 channels or more!

Range - A walkie-talkie can transmit about 1 mile (1.6 km) using a 0.25-watt transmitter. A CB radio, because it has much higher power, can transmit about 5 miles (8 km) using a 5-watt transmitter. Cell phones operate within cells, and they can switch cells as they move around. Cells give cell phones incredible range. Someone using a cell phone can drive hundreds of miles and maintain a conversation the entire time because of the cellular
Image
Image
approach.
Image
Image
half-duplex radio, both transmitters use the same frequency. Only one party can talk at a time.

In full-duplex radio, the two transmitters use different frequencies, so both parties can talk at the same time.
Cell phones are full-duplex.

In a typical analog cell-phone system in the United States, the cell-phone carrier receives about 800 frequencies to use across the city. The carrier chops up the city into cells. Each cell is typically sized at about 10 square miles (26 square kilometers). Cells are normally thought of as hexagons on a big hexagonal grid, like this:

Because cell phones and base stations use low-power transmitters, the same frequencies can be reused in non-adjacent cells. The two purple cells can reuse the same frequencies.

Each cell has a base station that consists of a tower and a small building containing the radio equipment (more on base stations later).

A single cell in an analog system uses one-seventh of the available duplex voice channels. That is, each cell (of the seven on a hexagonal grid) is using one-seventh of the available channels so it has a unique set of frequencies and there are no collisions:

A cell-phone carrier typically gets 832 radio frequencies to use in a city.
Each cell phone uses two frequencies per call -- a duplex channel -- so there are typically 395 voice channels per carrier. (The other 42 frequencies are used for control channels -- more on this later.)
Therefore, each cell has about 56 voice channels available.
In other words, in any cell, 56 people can be talking on their cell phone at one time. Analog cellular systems are considered first-generation mobile technology, or 1G. With digital transmission methods (2G), the number of available channels increases. For example, a TDMA-based digital system can carry three times as many calls as an analog system, so each cell has about 168 channels available (see the section on Cellular Access Technologies for lots more information on TDMA, CDMA, GSM and other digital cell-phone techniques).

Cell phones have low-power transmitters in them. Many cell phones have two signal strengths: 0.6 watts and 3 watts (for comparison, most CB radios transmit at 4 watts). The base station is also transmitting at low power. Low-power transmitters have two advantages:

The transmissions of a base station and the phones within its cell do not make it very far outside that cell. Therefore, in the figure above, both of the purple cells can reuse the same 56 frequencies. The same frequencies can be reused extensively across the city.

The power consumption of the cell phone, which is normally battery-operated, is relatively low. Low power means small batteries, and this is what has made handheld cellular phones possible.
The cellular approach requires a large number of base stations in a city of any size. A typical large city can have hundreds of towers. But because so many people are using cell phones, costs remain low per user. Each carrier in each city also runs one central office called the Mobile Telephone Switching Office (MTSO). This office handles all of the phone connections to the normal land-based phone system, and controls all of the base stations in the region.