Klávesové zkratky na tomto webu - základní
Přeskočit hlavičku portálu

Co najdete uvnitř mobilu?

aktualizováno 
Napadlo vás někdy, co všechno se muselo stát, aby se z analogového telefonu stal digitální přístroj? A čeho všeho je třeba, aby se telefon odpoutal od drátů a stal se z něj aparát mobilní? Příliš se o tom nemluví, ale mobilní telefon v sobě skrývá realizaci řady skvělých myšlenek, o kterých by i uživatelé těchto malých pomocníků měli mít povědomost, neboť ta je může poněkud vyvést ze začarovaného kruhu spotřeby, kterou se snaží diktovat výrobci, kteří veřejnost těmito přístroji na konci minulého století fascinovali. Co tedy mobilní telefon uvnitř obsahuje a jak funguje? Co je v mobilním telefonu podstatné?
Když mobil otevřete, mimo to, že ztratíte záruku, uvidíte jednu nebo dvě desky s plošnými spoji a součástkami, něco podobného, co vidíte na obrázcích. Téměř jistě vám vypadnou z krytu gumová tlačítka klávesnice nebo plastový "pavouk". Spínače tlačítek jsou buď ovládány pomocí vodivé gumy na plošném spoji, nebo pomocí nalepovací membránové klávesnice jako v případě našeho obrázku.


Obr. 1 membránová klávesnice telefonu

Tato membránová klávesnice má dvě malé výhody proti obyčejnému plošnému spoji. Jednak se mezi kontakty nedostane prach, a dál, pokud se vám už povede přístroj vykoupat, zůstanou alespoň tlačítka v suchu. (Když už se vám to stane, je dobré telefon co nejrychleji vylovit, rozebrat a vysušit). Voda se pod gumovou klávesnicí velmi dobře drží a vlivem vzlínavosti se dostane i do těch nejmenších skulin. Tam pak působí jako elektrolyt a zvesela rozežírá jemné plošné spoje.

Další mechanickou součástku poznáte také na první pohled: čtečka SIM karty. Mechanicky bývá SIMka velmi často uchycena prostřednictvím krytu telefonu (housingu). Ovšem není tomu tak vždy, některé telefony mají držák SIMkarty jiný - Siemens má k tomuto účelu známý červený šuplíček, Nokie řady 5110/6110 a např. Ericssony maji otevírací čtečku zvanou SIMLOCK. Náš obrázek je z vysloužilého Philipse, kde jsou na desce jen kontakty a karta drží pod baterií (Philips FIZZ ještě požíval velkou SIM kartu). Dále je v telefonu obvod, který tvoří interfejs pro řídící počítač (který je spojen s klávesnicí a displejem) a SIM kartu. V našem případě je to TDA8005. Vyrábí signály důležité pro SIM kartu a čte z ní data, která potom předává dále. Pokud byste měli zájem o bližší funkci tohoto obvodu, máme pro vás dokumentaci ve formátu pdf.

K sluchátku a mikrofonu asi není co říci, snad jen to, že i obě tyto součástky nesnášejí vodu a jiné tekutiny snad víc, než vaše kočka. V některých aparátech mohou být i pevně spojené s housingem (typická je tím především Motorola), někde jsou zase pevně spojeny s plošným spojem. Na obrázku je mikrofon telefonu Philips přímo na desce pod klávesnicí. Občas se ale stane, že vám tyto součástky vypadnou z rozebíraného telefonu rovnou na zem. Dost často mají totiž své místo v plastovém výlisku krytu a jsou pružnými kontakty spojeny s kontakty na desce. Pak mohou být občas i zdrojem problémů, zvlášť když se do telefonu dostane prach a nečistota. Pak se může projevit špatný kontakt a vy můžete slyšet potichu, nebo vás protistrana neslyší. V tomto případě může pomoci tyto kontakty vyčistit.

Displej je také na první pohled patrná součást. Bývá tvořen tekutými krystaly mezi dvěma sklíčky s napařenými průhlednými vodivými elektrodami, kterými jsou buzeny elektrickým proudem tak, aby zobrazovaly požadované znaky. Sklo je křehké, proto, když vám telefon spadne, bývá právě displej neohroženější součástkou. Defekt nemusí být vůbec na první pohled znát. Stačí, když se odštípne jen malý kousek skla, na němž je napařen spoj k nějaké části displeje, a už body v této části nebudou správně fungovat. Některé displeje jsou s deskou propojeny pomocí ohebného spoje. To je rovněž velmi citlivá součástka a její porucha může způsobit podobnou závadu jako prasklé sklíčko displeje.


Obr. 3 mikrofon, sluchátko a vibrační motorek

Poslední elektroakustickou součástkou, která však bývá jen v některých telefonech, je zvonek nebo bzučák. Jeho tón je obvykle vytvořen samotným řídícím počítačem telefonu, takže se dá hovořit spíš o malém tlakovém reproduktorku. U novějších telefonů Alcatel jej však už nenajdete, jeho funkci převzalo dostatečně akusticky účinné sluchátko. A co to v telefonu vibruje? Malý elektromotor, který má na hřídeli nasazen malý excentr. Najdete jej na obrázku se sluchátkem a mikrofonem vpravo nahoře.

Bez čeho by telefon samozřejmě nefungoval, je baterie. Dnešní přístroje používají vesměs Ni-Mh baterie. Tyto baterie mají paměťový jev, což znamená, že když ji nabijete zcela nevybitou, zapamatují si, že se do ní vejde jen tolik náboje, kolik ho bylo při tomto nabíjení třeba (tedy méně). Baterie tak zbytečně ztrácí kapacitu. Jestliže však má váš telefon moderní lithium-Ionovou či Lithium polymerovou baterii, tak vám tento efekt nehrozí. Můžete nabíjet, kdy se vám zamane.

Tím jsme vyčerpali asi všechny součástky, které můžete poznat na první pohled. A zajímá vás, co je na desce s plošnými spoji dál? Předně je to signálový procesor realizující RELP/LTP kodek AD7015, obvod vysílače SA1620 a jeho obvod řízení . Interfejs pro SIM kartu je realizován obvodem TDA8005 , úpravu digitálního signálu (viz dále) má na starost obvod PCF5083 . A konečně srdcem telefonu je mikrokontrolér P90CL301 . K němu je připojena paměť. Uvedené obvody vyrábí Philips, a proto je najdete také nejspíše v jeho výrobcích.

A jak to celé funguje?

Podobně jako každý telefon i ten mobilní obsahuje mikrofon a sluchátko. Každý přístroj, který není připojen k telefonní síti pomocí drátů, musí navíc v sobě obsahovat i miniaturní rádiovou stanici – vysílač i přijímač. Podle standardu, v němž telefon funguje, je potom tato radiostanice konstruována. Jinou má tedy v sobě zabudovánu telefon DECT, jinou NMT a jinou GSM. My se budeme v dalším zabývat telefonem GSM, který je nejrozšířenější.

Jak funguje klasický drátový telefon, každý ví. Připomeňme snad jen, že hlas hovořícího se v mikrofonu převede na elektrický proud, ten se přenese pomocí telefonních kabelů na jiné místo a tam je pomocí sluchátka převeden zpět na akustické vlnění, takže si jej posluchač může vyslechnout. Pokud požadujeme přenos bezdrátový, vloží se do přenosové cesty ještě vysílač a přijímač. Stejně je tomu i v případě mobilního telefonu GSM. Podívejme se teď blíž na to, co se děje, když promluvíte do jeho mikrofonu: Časově proměnný elektrický proud z mikrofonu, který reprezentuje hovor, je zaveden do kodeku, který rozděluje hovor na 20 ms úseky a dělá z něj čísla.

Kodek (koder-dekoder) je funkční blok, který digitalizuje analogový signál. Znamená to, že na jeho výstupu dostaneme řadu čísel, která reprezentují vstupní analogový signál. Jedná se o jakési "okamžité hodnoty", které však kodek může s ohledem na další přenos předzpracovat. Záleží na algoritmu, který kodek realizuje. Při přenosu hovoru v datové podobě (v podobě řady čísel) máme dvě krajní možnosti: buď kodek data nijak nezpracuje, a pak se jedná o okamžité hodnoty napětí z mikrofonu, a pak tato data po zpětném převodu do analogové (vyslechnutelné) podoby sama víceméně věrně vytvoří původní signál, nebo můžeme přenášet pouze informace o tom, co hovořící říká. Syntetický hlas nám to potom na druhé straně vedení může přeříkat. Výhoda první krajní možnosti je v tom, že posluchač bez potíží pozná hovořícího, výhodou druhé krajní možnosti je, že je možné silně redukovat množství dat, která je nutno přenášet. Kodek v prvním případě jen kóduje okamžitou hodnotu napětí z mikrofonu, v druhém krajním případě by však musel umět rozpoznat řeč. Vlivem redukce přenášených dat v druhém případě ale dojde ke ztrátě (pro hovor sice méně podstatné) informace o barvě hlasu hovořícího. Proto se v praxi vždy jedná o kompromisní řešení. V GSM je použit tzv. RELP/LTP (Residually Excited Linear Predicted/Long Time Prediction) kodek Ten používá z obou výše popsaných extrémů část: Rozděluje hovor na úseky 20 ms a určuje pro každý takový úsek tzv. popisovač. Popisovače jsou uspořádané n-tice čísel (vektory). Velmi zjednodušeně řečeno, popisovač vyjadřuje, co hovořící v daném dvacetimilisekundovém úseku říká, a co tedy na druhé straně spojení bude říkat hlasový syntezátor. Dlouhodobá predikce LTP nastavuje v reálném čase v dekodéru na přijímací straně elektrický filtr, který modeluje vokální trakt hovořícího, aby jej posluchač poznal po hlase. Z určitého úhlu pohledu by se dalo říci, že jde o malý podvod, podobně jako televize, ale funguje náramně.

Na výstupu kodeku dostáváme tedy už digitální tok reprezentující hovor. Ten je v případě GSM FR (Full Rate) kodeku 13 kbps (kilobitů za sekundu). Již zmíněnému dvacetimilisekundovému úseku odpovídá datový blok o délce 260 bitů. Protože další cesta těchto dat bude rádiová a tedy se může přihodit, že dojde k rušení či úniku signálu během přenosu, provádí se další úprava hovorových dat: Každý blok dat o délce 260b (bitů) se rozdělí na dvě nestejné části. Část s bity s vyšší váhou obsahuje 182b, část s méně významnými bity 78b. První část se zabezpečí konvolučním kódováním, aby bylo možno v přijímači rekonstruovat i data poškozená rušením či krátkodobým výpadkem. Tím se velikost této části zvětší na 378b. Tato část se pak sloučí s méně významnou druhou částí (78b), která se nijak nezabezpečuje. Získá se tak blok o celkové délce 456b. Je jasné, že tímto zahuštěním stoupne i rychlost výsledného datového toku, a to na 22,8kbps. Tyto bloky o délce 456b ! jsou dále rozděleny do osmi intervalů po 57b a tzv. diagonálním prokládáním se proloží mezi čtyři poslední časové intervaly předchozího a první čtyři intervaly následujícího bloku.

Dva datové intervaly o délce 57bitů tvoří jeden časový segment (Time Slot). Ten trvá 0,577ms a obsahuje navíc na začátku a na konci po třech okrajových bitech, ochrannou dobu v délce trvání 8.25 a uprostřed tzv. Training sekvenci vymezenou řídícími bity. Tato, v přijímači předem známá sekvence se používá k odhadu impulsní odezvy přenosového kanálu a potlačení vlivu monohocestného šíření signálu. Znáte televizní "duchy"? Ty jsou způsobeny stejně: Anténa přijme přímý i odražený signál, a protože se každý šířil jinak dlouho, dojde k několikanásobnému zobrazení. Přijímač v telefonu tedy porovná předem známou training sekvenci s tou, kterou přijal v časovém segmentu, a na základě rozdílů může eliminovat chybný příjem ("duchy"). Hovorová data se do těchto sedmapadesátibitových rámců vkládají již kódovaná pomocí algoritmu A5.

Osm časových segmentů (Time Slotů TS) tvoří časový rámec (TDMA). Časové rámce jsou označeny od nuly do sedmičky . Časový rámec trvá 4.615ms. Platí konvence, že v časovém rámci v nultém segmentu mobilní stanice přijímá a v druhém segmentu vysílá.

Šestadvacet rámců TDMA tvoří multirámec. V něm je 24 rámců použito pro hovorové/datové kanály, jeden je použit pro pomalý přidružený řídící kanál a jeden rámec je prázdný. Celková datová rychlost je 270,333kbps.

Další vlastností GSM sítě je tzv. frekvenční skákání (hoping). Používá se hlavně ke zmenšení rušení mezi kanály, takže operátoři jej používají hlavně v místech s velkou hustotou buněk, kde k rušení dochází. Mobilní telefon se musí umět přeladit po každém rámci TDMA, tedy každé 4,615ms, tedy asi 217 krát za vteřinu.

Takto je tedy nakonec signál z mikrofonu dopravován rádiovou cestou k BTS. Je navíc zcela jasné, že celý proces musí probíhat v reálném čase, v průběhu hovoru. Účastník může docela dobře sedět v autě a jet. Přitom se samozřejmě často a v širokých mezích mění podmínky přenosu na rádiové cestě. Malý počítač v telefonu musí uhlídat všechny parametry, stíhat handovery, které jsme pro jednoduchost z popisu úplně vynechali.





Nejčtenější

Fidget spinner mobil pořídíte za asi 350 korun.
Hit letošního roku už můžete mít i jako mobil. Stojí několik stovek

Hračka původně určená k relaxaci, fidget spinner, je hitem letošního roku. Její slávy využil výrobce z Hongkongu, který do ní vtěsnal celý funkční mobil....  celý článek

iPhone 8 Plus
iPhone 8 je tak výkonný, že tomu nevěřil ani tvůrce testu Geekbench

Výkon nového procesoru A11 Bionic od Applu vyrazil dech i tvůrci benchmarku Geekbench. Nedokáže pochopit, že smartphony s Androidem tak zaostávají.   celý článek

Asus Zenfone 4 Selfie Pro
U volební urny neroztahujte selfie tyčku. Fotit však zakázáno není

Mobily budou hrát u právě probíhajících parlamentních voleb specifickou roli - spousta lidí si jimi bude dokumentovat svoji aktivitu při volbách. Co je ve...  celý článek

Nokia 7
Nokia má novou sedmičku. Výbavou zaujme, cenou spíše ne

Další přírůstek do rodiny obnovené značky Nokia nese pořadovou číslovku sedm a vyplňuje prostor mezi střední třídou v podobě Nokie 6 a špičkovou Nokií 8. Její...  celý článek

iPhone X
iPhonů X bude zoufale málo. Vyprodáno může být za pár minut

Uvedení iPhonu X se blíží, předobjednávky Apple spustí za několik dnů a první kusy zamíří ke koncovým zákazníkům už 3. listopadu. Telefonů však bude ve...  celý článek

Další z rubriky

KRACK: Key Reinstallation Attacks
Nepříjemné překvapení: I vaše wi-fi je zranitelná, odhalili experti

Bezpečnostní odborníci varují: zabezpečení bezdrátového připojení wi-fi pomocí WPA2 nelze považovat za bezpečné. Výzkumníci upozorňují, že zranitelností...  celý článek

Fidget spinner mobil pořídíte za asi 350 korun.
Hit letošního roku už můžete mít i jako mobil. Stojí několik stovek

Hračka původně určená k relaxaci, fidget spinner, je hitem letošního roku. Její slávy využil výrobce z Hongkongu, který do ní vtěsnal celý funkční mobil....  celý článek

Microsoft Lumia 950 a 950 XL
Microsoft konečně přiznal, že jsou Windows na mobilech mrtvá

Viceprezident Microsoftu v sérii příspěvků na Twitteru potvrdil konec mobilních Windows. Softwarový gigant už nějakou dobu nemá v přípravě žádné hardwarové ani...  celý článek

Akční letáky
Akční letáky

Všechny akční letáky na jednom místě!

Najdete na iDNES.cz



mobilní verze
© 1999–2017 MAFRA, a. s., a dodavatelé Profimedia, Reuters, ČTK, AP. Jakékoliv užití obsahu včetně převzetí, šíření či dalšího zpřístupňování článků a fotografií je bez souhlasu MAFRA, a. s., zakázáno. Provozovatelem serveru iDNES.cz je MAFRA, a. s., se sídlem
Karla Engliše 519/11, 150 00 Praha 5, IČ: 45313351, zapsaná v obchodním rejstříku vedeném Městským soudem v Praze, oddíl B, vložka 1328. Vydavatelství MAFRA, a. s., je členem koncernu AGROFERT.