За прошедшие 20 лет мобильный телефон из обычного средства связи превратился в настоящее многофункциональное устройство. Современный мобильный телефон, в зависимости от степени насыщения функциями, совмещает: средство связи, радиоприемник, музыкальный проигрыватель, фотоаппарат, диктофон и многое другое, ну разве, что вышивать крестиком не умеет. По сути, он превратился в такую многоликую игрушку для взрослых. Человеческое любопытство не знает границ и у многих возникает естественный вопрос – а что внутри этой игрушки? Конечно, из-за простого любопытства разбирать устройство стоимостью несколько тысяч рублей как-то не хочется. В таком случае эта статья именно для Вас!
Мобильный телефон – это технически сложное устройство, сердцем которого является электронная плата, которая обеспечивает выполнение телефоном возложенных на него функций. По аналогии с компьютерами, ее часто называют материнской. К материнской плате подключаются различные устройства (дисплей, антенна и т.д.), которые обеспечивают взаимодействие телефона с сетью оператора и пользователем. Форма, размер и конструктивные особенности материнской платы телефона зависят от форм-фактора корпуса телефона и специфики обусловленной маркой телефона. И именно с корпуса целесообразно начать рассмотрение конструкции – ведь именно он находится на виду.
Корпусные части
В современных мобильных телефонах применяются корпуса трех основных форм-факторов – моноблок, книжка (раскладушка), слайдер, а также их вариации – флип (откидывающаяся крышка, закрывающая клавиатуру) и ротатор (части корпуса поворачиваются друг относительно друга). В настоящее время, телефоны двух последних форм-факторов – большая редкость. Корпуса в форм-факторе слайдер имеют несколько вариантов конструкций (за основу мы возьмем старенькие модели телефонов):
- Сдвигается только клавиатура. В закрытом состоянии клавиатура загораживает часть экрана. Примером подобной конструкции является .
- Сдвигается только экран. В закрытом состоянии экран загораживает часть клавиатуры. Пример – .
- Сдвигается экран и часть клавиатуры. Обычно в эту часть входят джойстик, софт-клавиши, клавиши приема и отбоя вызова. Самая распространенная вариация слайдера. Пример – .
Естественно, что конструкция телефона оказывает непосредственное влияние на его внутреннее устройство – в телефонах с корпусами, имеющими подвижные части, обязательно присутствует гибкий шлейф, соединяющий двигающиеся части телефона между собой. Кстати, перетирание (излом) именно этого шлейфа является одной из распространенных неисправностей телефонов «подвижных» форм-факторов. В ряде телефонов в состав гибкого шлейфа входят и другие компоненты – дисплей, динамики и т.д. Примером телефона с подобным шлейфом является .
Корпус телефона в форм-факторе «моноблок» обычно состоит трех составных частей – передней и задней панелей и средней части. Задняя панель часто бывает совмещена с крышкой аккумуляторного отсека или с аккумулятором. Совмещение крышки аккумуляторного отсека с аккумулятором характерно для моделей азиатско-китайского производства – Samsung, LG, Pantech, Fly и т.д. Средняя часть корпуса моноблочного телефона может быть как видимой ( , ), так и скрытой от пользователя (). В состав корпуса телефона форм-фактора книжка обычно входят верхняя и нижняя части корпуса и поворотный механизм. Корпуса телефонов форм-фактора слайдер обязательно включают в свой состав салазки, по которым осуществляется скольжение частей корпуса друг относительно друга. В свою очередь верхняя и нижняя часть корпусов «книжек» и «слайдеров» обычно состоят из двух или трех частей. Также в качестве отдельной части корпуса можно выделить стекло дисплея.
Клавиатура в сотовых телефонах любого форм-фактора состоит из двух частей. Первая из них видимая пользователю обычно представляет собой пластиковые клавиши на гибкой подложке. Вторая из них скрыта и представляет собой подложку с металлическими пластинами, которые замыкают контакты на плате клавиатуры. Конструктивно, плата клавиатуры может быть как совмещена с материнской, так и быть отдельно от нее (). В некоторых телефонах плата клавиатуры и ее подложка совмещены с гибким шлейфом ().
Аккумулятор
Аккумулятор является важнейшим узлом мобильного телефона, ведь именно он обеспечивает его функционирование. По своему типу аккумуляторы, применяемые в мобильных телефонах, бывают никель-металлогидридные (Ni-Mn, применялись в старых моделях телефонов, обладают эффектом памяти), литий-ионные (Li-On), литий-полимерные (Li-Pol). Никель-металлогидридные аккумуляторы для мобильных телефонов обычно состоят из трех аккумуляторных батарей круглой () или квадратной () формы.
Литий-ионный и литий-полимерные аккумуляторы обычно состоят из одной аккумуляторной батареи и электронного блока. Функциями электронного блока аккумуляторов данных типов является защита аккумуляторной батареи от глубокого разряда (менее 3 В) или перезаряда (более 4,2 В). Если не углубляться в техническую терминологию – данный блок представляет собой электронный включатель, разрывающий цепь одного из выводов аккумуляторной батареи. Именно наличие этого блока объясняет то обстоятельство, что телефон, которым не пользовались длительное время – может не включиться и отказывается заряжаться.
Дисплей
В мобильные телефоны устанавливают дисплеи различных типов – черно-белые и цветные, выполненные по технологиям STN, UFB, TFT, OLED и другим. Естественно, что дисплеи, изготовленные по разным технологиям, имеют отличия в качестве изображения, однако с точки зрения конструктивного исполнения дисплеи телефонов можно разделить на две группы – присоединяемые к плате через разъем находящийся на гибком шлейфе и припаиваемые к ней ( , ). В телефонах с форм-факторами слайдер или книжка часто используют так называемый дисплейный модуль – дисплей (или два дисплея) на одной плате. На эту же плату припаяны все вспомогательные компоненты необходимые для работы дисплейного модуля и разъем для подключения гибкого шлейфа. Кстати, из-за использования дисплейного модуля, замена дисплея в телефонах с форм-факторами книжка или слайдер стоит дороже аналогичных работ в моноблочных телефонах. Также в состав дисплейного модуля могут входить динамики телефона
Прочие механические части
Также в состав телефона входит микрофон, разговорный и полифонический динамики, камера, вибромоторчик. Функциональное назначение данных блоков вполне понятно. В ряде телефонов для разговора и проигрывания мелодии может использоваться один и тот же динамик. Динамики в телефонах могут быть жестко припаяны к материнской палате, но чаще всего, они фиксируются к корпусу телефона и соединяются с материнской платой через разъем или группу подпружиненных контактов. Соединение микрофонов с материнской платой телефонов осуществляется аналогично. Однако в телефонах азиатско-китайский производителей часто встречается ситуация, что микрофон припаян к материнской плате. Камеру обычно также присоединяют к материнской плате телефона через разъем, который конструктивно может быть двух типов – на гибком шлейфе и с жесткой фиксацией.
Одной из самых важных частей мобильного телефона является антенна. В настоящее время, подавляющее большинство телефонов оснащены антенной распложенной внутри корпуса. Конструктивно антенны большинства телефонов представляют собой штырек или пластину особой формы. Форма штырька более характерна для внешних антенн, (), хотя были и внутренние антенны подобного вида (). Именно местоположение антенны и расстояние от нее до головного мозга, а также мощность излучения телефона, определяют его потенциальную опасность для здоровья человека. По поводу того, насколько реален этот вред, ведутся ожесточенные споры, однако, сомневающиеся могут выбрать телефон с антенной максимально удаленной от уха. В этом плане выгодно отличаются раскладные телефоны, так как в них антенна обычно расположена в нижней части корпуса. Особенно выгодно в этом плане отличается Motorola RAZR V3 – у нее антенна расположена возле микрофона и, следовательно, максимально удалена от головного мозга.
Подводя итог
В статье рассмотрены основные механические части, входящие в состав мобильного телефона. Естественно, данное рассмотрение является весьма обобщенным, однако по нему можно составить общее представление, как устроена эта игрушка для взрослых. Более подробное описание порядка разборки телефона, перечень его механических частей и методика их замены описаны в Service Manual, который по своей сути является руководством по ремонту, предназначенным для сервисных центров. Надеюсь, мой небольшой обзор окажется для вас полезным, но исключительно для пополнения багажа общих знаний.
Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.
comments powered by Disqus
Смотрите также:
Написал: сергей.
Здравствуйте,я хотел спросить если я закожу телефон по энтернет магазину, он придёт по почте в челости и сохраности? Или будет немного покалечен?Я хочу купить имено тот который мне нужен, но боюсь.
Написал: т.н.
очень вас благодарю! данный материал помог приготовить доклад по физике за 7кл.
Написал: Хмурый
Статья для тех кто далек от этого, но стремится узнать...Как с первого класса, когда за руку ведут и говорят ты узнаешь здесь то-то и то-то. Если я чисто техник, мне сразу понравилось то, что в голову зашли основы, а остальное нужно развить и найти!!! А пенять автора что кто-то гений не стоит.... По телеку таких хватает!!! А теперь для умных дайте ссылку где дальше развиться....ОКЕЙ
Написал: ку
Чем отличается проц телефона обычного,от телефона "умного"?Я имею ввиду не "мощность" и тактовую частоту.
Написал: Антон Печеровый
Уважаемый IONe, рассказ о работе мобильника будет изобиловать техническими деталями, которые большинству не интересны. Согласен, эта статья - обзор, предназначенный для людей далеких от техники. Подробный рассказ о конструкции мобильного телефона потребует не одной статьи, ведь придется вспоминать кучу физических законов на которых все это работает, основы электроники и программирования. Если говорить кратко - то мобильный телефон - это микропроцессорное устройство, работающее под управлением управляющей программы (операционной системы). Также в нем присутствует различная "периферия" - приемно-передающий тракт, микрофон, динамик, дисплей, камера и т.д. Корректная работа со всеми этим устройствами обеспечивается программным обеспечением устройства - прошивкой и калибровочными данными (константами, прописанными на заводе в память телефона). Если Вас интересует более конкретно - обратитесь к специализированной литературе.
Теперь о Вашей проблеме - дистанционно что-либо советовать сложно. Попробуйте проверить напряжение аккумулятора мультиметром. Полностью заряженная батарейка имеет напряжение порядка 4,2 В. Если меньше попробуйте зарядить в телефоне или "лягушкой" (универсальное ЗУ для всех типоразмеров аккумуляторов)
Написал: Антон Печеровый
Отвечу по пунктам:
Андрей, видеть или нет наличие практически полезной информации в этой статье это Ваше дело. По поводу "идиота" и "барана" я комментировать не буду. Если Вас интересует конкретная техническая информация обратитесь к специализированной литературе, желательно в первоисточнике. Найти описание стандарта GSM - не проблема. А вот насчет "грамотных людей" - уж извините, Вы к ним не относитесь. Грамотный человек работает со специализированной литературой и не разбрасывается оскорблениями и огульными обвинениями. Судя по комментарию, Ваш уровень знаний находиться на уровне сайтов, которые Вы мне посоветовали писать.
Написал: IONe
Многоуважаемый Антон не могу не согласиться с критикующим Вас Андреем Информация для чайника,могли бы Вы рассказать как работает та или иная часть мобильника!
Еще хотел задать вопрос Нашел тут у себя в ящике старую Nokia 2300 попробовал включить -работает! Но моя радость длилась не долго через 1 мин она потухла Опять попробовал включить работает и опять через 1мин тухнетРазобрал посмотрел контакты-впорядке,аккомулятор полный (язык щипет)))Что может быть -хотелось бы сделать мобилку,очинь уж полифон нравиться хоть и 4 голоса - классика!!1
Написал: Андрей
Все вышеизложенное касается только корпуса телефона и не несет никакой полезной информации о о его работу и пользовании им. Это из той серии как книжонка:" Виндоус 95 за 10 минут". Такие книжонки пишут идиоты и для идиотов. Поскольку Виндоус разрабатывала группа численностью в несколько тысяч в течение одного года и только идиот может считать, что в этом он сможет разобраться за 10 минут. так и тут я вполне могу назвать автора об устройстве мобильника ИДИОТОМ. Не лезь в ту область, где ты БАРАН. Пиши лучше порносайты и не пудри мозги грамотным людям у нас нет времени читать дезинформации всяких ИДИОТОВ.
Написал: Андрей
Какова длина волны электромагнитных колебаний мобильных телефонов. Как выбираются каналы для телефонов? Как устроен колебательный контур и антена. Какова излучаемая мощность телефона. Как это возможно говорить, находясь в автлбусе или легковой машине? Видимо напряженность ЭМ поля на данной территории очень высока?
Устройство мобильного телефона.
Процессор и память
Мобильный телефон, как и любой компьютер, работает по программе,
записанной в микросхемах памяти. Разные производители мобильных
телефонов используют процессоры либо собственной разработки, либо
сторонних производителей. Если микропроцессор собственный, то, скорее
всего, он включает в себя функциональные узлы, которые традиционно не
принято отождествлять с микропроцессором. Это может быть обработка
звука, управление звонком и т.п.
Некоторые телефоны содержат (к
примеру, SonyEricsson) содержат 2 процессора - основной Main CPU
(микросхема AVR) и Modem CPU (микросхема ARM). Main CPU служит для
большинства функций телефона, включая языковые пакеты. Modem CPU служит
для инфракрасной связи (IRDA), Bluetooth и для передачи данных и факсов.
Очень важным элементом в микропроцессорной системе является
память. Рассмотрим этот вопрос подробнее, так как в классификации
микросхем памяти многие путаются.
Микросхемы памяти по назначению условно можно разделить на следующие две большие группы.
1. ROM (Read Only Memory) - память, предназначенная в конкретной микропроцессорной системе только для чтения (русскоязычное название - ПЗУ - постоянное запоминающее устройство, хотя это название не совсем корректное). Используется для хранения программ.
Эти микросхемы в свою очередь подразделяются на:
- энергозависимые и энергонезависимые - по степени зависимости от электропитания;
- однократно программируемые (PROM - Programmable ROM) и многократно
программируемые (EPROM - Erasable Programmable ROM или Electrically
Programmable ROM - стираемые программируемые ROM или электрически
программируемые ROM) - по количеству циклов записи;
- с
ультрафиолетовым, рентгеновским или электрическим (EEPROM -
Electronically Erasable PROM и Flash) стиранием, по методу стирания
перед записью.
2. RAM
(Random Access Memory) - память с
произвольным доступом, в конкретной микропроцессорной системе
используемая как оперативная. Подразделяется на:
- статическую
(SRAM) и динамическую (DRAM) в зависимости от метода хранения
информации. Динамическая использует для хранения информации
электрическую емкость, энергию которой нужно периодически пополнять -
отсюда и название;
- энергозависимую и энергонезависимую - по степени зависимости от электропитания.
В мобильных телефонах применяется Флэш (Flash), EEPROM (в последнее время уже не применяют) и DRAM. Главная отличительная особенность EEPROM и Flash - возможность перепрограммирования при подключении к стандартной системной шине микропроцессорного устройства. Рассмотрим EEPROM и Flash подробнее.
EEPROM - позволяет производить стирание отдельной ячейки при помощи электрического тока. Это относительно длительный процесс. Однако стирание каждой ячейки выполняется автоматически при записи в нее новой информации, т.е. можно изменить данные в любой ячейке, не затрагивая остальные. EEPROM - энергонезависимая память. А недостатком является высокая стоимость.
Флэш-память
- особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти.
Является аналогом жесткого диска, т.к. считывание и запись осуществляются последовательно бит за битом.
Переводы слова flash: короткий кадр (фильма), вспышка, пронестись,
мигание, мелькание, отжиг (стекла). Флэш-память получила свое название
благодаря тому, как производится стирание и запись данного вида памяти.
Название было дано компанией Toshiba во время разработки первых
микросхем флэш-памяти (в начале 1980-х) как характеристика скорости
стирания микросхемы флэш-памяти in a flash - в мгновение ока.
Флэш-память исторически происходит от ROM памяти и функционирует подобно
RAM. Данные флэш хранит в ячейках памяти, похожих на ячейки в DRAM. В
отличие от DRAM, при отключении питания данные из флэш-памяти не
пропадают.
Замены памяти SRAM и DRAM флэш-памятью не происходит
из-за двух особенностей: флэш работает существенно медленнее и имеет
ограничение по количеству циклов перезаписи (от 10 000 до 1 000 000 для
разных типов).
Основное преимущество флэш-памяти перед жесткими
дисками и носителями CD-ROM состоит в том, что флэш-память потребляет
значительно (примерно в 10-20 и более раз) меньше энергии во время
работы. В устройствах CD-ROM, жестких дисках, кассетах и других
механических носителях информации большая часть энергии уходит на
приведение в движение механики этих устройств. Кроме того, флэш-память
компактнее большинства других механических носителей.
Итак,
благодаря низкому энергопотреблению, компактности, долговечности и
относительно высокому быстродействию флэш-память идеально подходит для
использования в качестве накопителя в мобильных телефонах.
Основное
отличие флэш-памяти от EEPROM заключается в том, что стирание
содержимого ячеек выполняется либо для всей микросхемы, либо для
определенного блока (кластера, кадра или страницы). Стирать можно как
блок, так и содержимое всей микросхемы сразу. Таким образом, для того,
чтобы изменить один байт, сначала в буфер считывается весь блок, где
содержится подлежащий изменению байт, стирается содержимое блока,
изменяется значение байта в буфере, после чего производится запись
измененного в буфере блока. Такая схема существенно снижает скорость
записи небольших объемов данных в произвольные области памяти, однако
значительно увеличивает быстродействие при последовательной записи
данных большими порциями. Информация, записанная на флэш-память, может
храниться длительное время (от 20 до 100 лет) и способна выдерживать
значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно
допустимые для обычных жестких дисков).
Устройство памяти.
Процессоры мобильных телефонов работают с двумя видами памяти.
1. ROM
(Read
Only Memory) - память, предназначенная только для чтения в процессе
работы телефона с возможностью записи в нее при перепрограммировании.
Небольшая область ROM, предназначенная для программ начальной загрузки
(аналог BIOS ПК), находится в процессоре. Основная область ROM
использует микросхему Flash (флэш)-памяти. С этой микросхемой и производится основной обмен при перепрограммировании.
Эта память энергонезависимая - при отключении питания информация
сохраняется. Применяются также дополнительные области на съемных
флэш-картах.
2. RAM
(Random Access Memory) -
память с произвольным доступом, используемая как оперативная, т.е. для
временного хранения данных. Эта память энергозависимая – при отключении
питания информация исчезает. В нее загружается и затем работает
операционная система. Иногда является встроенной в процессор. Во многих
телефонах для нее используется отдельная микросхема.
Весь объем памяти, с которой может работать процессор телефона, заполняется данными, которые имеют свое назначение и определенное местоположение. Рассмотрим карту распределения памяти телефона
Как уже упоминалось, вся область памяти состоит из двух частей – ROM и RAM. Рассмотрим их по порядку.
Процессоры всех телефонов имеют в своем составе небольшую область ROM, в которой располагаются:
- программа начальной загрузки, начинающая работать при включении телефона;
- программа, управляющая начальным процессом обмена данными с компьютером.
Вся остальная, гораздо более значительная часть ROM, располагается в
микросхеме Flash-памяти, а также на съемных картах. Flash-памяти, в свою
очередь, условно делится на следующие основные области:
- BOOT CORE – загрузчик операционной системы.
- EEPROM - эта область содержит настройки телефона (заводской номер
телефона (IMEI), коды блокировок сети, пользователя, калибровки
радиотракта, игры, установки для дисплея и многое другое...) и появилась
потому, что новые телефоны уже не имеют отдельной микросхемы EEPROM.
- LANG, PPM – блок данных, в котором хранится языковой пакет. Так как
существует большое количество языков и шрифтов во всем мире, в одном
PPM-блоке может храниться от 1 до 20 языков. Смена языкового пакета это
основная причина смены PPM. Перезапись PPM-блока такой же версией,
производится в случае повреждения данных.
- MCU – основная
программа (операционная система) со всеми, необходимыми для работы
телефона, функциями. MCU от одной модели нельзя использовать для другой.
Замена MCU делается для устранения заводских недостатков или добавления
новых функций, а также в случае повреждения данных во флэш-памяти
(программный ремонт).
- OTP – единожды программируемая область
памяти, в которой содержатся "отпечатки пальцев" телефона - информация,
которая присуща только данному телефону без права её изменения.
-
CONTENT - картинки, мелодии, JAVA-приложения, звонки, SMS-сообщения,
адресная книга и др. Для этой области может использоваться съемная карта
(MMC или FLEX).
- FS – файловая система, в которой располагается CONTENT.
ROM (Flash-память) является аналогом жесткого диска, который хранит данные операционной системы. Однако сама операционная система работает из RAM (оперативной памяти), куда она загружается после включения питания телефона. RAM содержится либо в отдельной микросхеме, либо встраивается в процессор.
Возможны несколько способов подключения мобильного телефона к компьютеру:
I . Подключение телефон-компьютер (А)
Подобное подключение осуществляется с помощью Data-кабеля, который соединяет информационный выход телефона с портом компьютера.
Подключение к компьютеру открывает следующие возможности:
2. Возможно пополнять, удалять, изменять телефонную книгу на компьютере.
3. Возможно записать в телефон различный контент (мелодии, картинки, и т.п.).
4. Возможно отправлять и принимать SMS-сообщения (короткие текстовые) с клавиатуры компьютера, используя телефон как беспроводной модем (GSM модем) - нужно учитывать, что за такие SMS тоже надо платить.
Кабели бывают 4х видов, COM, USB->COM, LPT,USB:
COM обеспечивают согласование электрического интерфейса мобильного телефона с интерфейсом RS 232.
RS-232 - интерфейс передачи информации между двумя устройствами на расстоянии до 20 м. Информация передается по проводам с уровнями сигналов, отличающимися от стандартных 5В, для обеспечения большей устойчивости к помехам. Асинхронная передача данных осуществляется с установленной скоростью при синхронизации уровнем сигнала стартового импульса.
В RS-232 используются два уровня сигналов: логические 1 и 0. Логическую 1 иногда обозначают MARK, логический 0 - SPACE . Логической 1 соответствуют отрицательные уровни напряжения (-3..-10), а логическому 0 – положительные (+3..+10).
Схема микросхемы MAX-232 преобразователь интерфейса.
В этой схеме используется двухпроводный двунаправленный последовательный интерфейс (универсальный, FBus) – использует два провода для передачи информации в двух направлениях (Tx – передача - Transmit, Rx – прием - Receive) и GND – земля (см ниже рисунок). Питание + 5В удобнее всего взять непосредственно из компьютера (например, из разъема USB). Сигналы ignition/autoignition подаются на вход напряжения зарядки телефона. Светодиоды служат для индикации обмена.
Однопроводный двунаправленный последовательный интерфейс (MBUS, CBUS) – использует один провод для передачи информации в двух направлениях и GND – земля. Применяется в телефонах Nokia и Bosch для работы с EEPROM и для синхронизации с компьютером. Он получается если в предыдущей схеме Rx и Tx соединить по схеме на рисунке.
Работа
USB ->COM кабелей выглядит чуть сложнее, сначала на компьютере
создается виртуальный COM порт, а затем с этим портом происходит
согласование электрического интерфейса телефона. Для решение этой задачи
была разработана микроcхема PL 2303.
2.1 Установка драйвера для USB дата-кабеля
Драйвер нужно устанавливать при отключенном USB-кабеле, то есть дата-кабель не должен быть подключен к компьютеру.
Инсталлируем драйвер для USB-кабеля.
Открываем папку с драйвером, вы увидите две папки: папку INF и папку SETUP. Открываем папку SETUP и видим файл PL-2303 Driver Installer запускаем его. Программа предлагает вам начать установку драйвера. Нажимаем кнопку Next, и начинается установка драйвера. После нажатия на кнопку Finish установка драйвера завершена.
Перегружаем компьютер. Подключаем кабель к USB-порту. Автоматически находятся и распознаются новые устройства. Система сообщает Вам об этом в правом нижнем углу панели задач.
Для настройки программы для работы с телефоном Вам обязательно понадобится информация о том, какой COM-порт эмулируют драйверы дата-кабеля.
Нажимаем по папке "Мой компьютер" правой кнопкой мыши и выбираем раздел "Свойства" -> вкладка "Оборудование" -> раздел "Диспетчер устройств" -> раздел "Порты (COM & LPT)"
Находим Prolific USB-to-Serial Comm Port (COM*), где * - виртуальный СОМ-порт, который будет использоваться при работе с кабелем.
Нажимаем мышкой на Prolific и правой кнопкой выбираем "Свойства" - вкладка "Параметры порта" - скорость устанавливаем на 115200.
Подключаем телефон к дата-кабелю.
Запускаем программу для работы с телефоном и выставляем используемый драйвером СОМ-порт, а так же скорость работы порта (зависит от модели аппарата, в большинстве случаев 115200 или 57600 бит/с).
Параллельный интерфейс LTP используется для увеличения скорости обмена для перепрограммирования телефонов Nokia, некоторых моделей SonyEricsson, Sagem. Для старых типов Nokia этот интерфейс получил название Nokia flasher, где помимо Rx, Tx и Gnd, используются сигналы MBUS и BTEMP. Используется микросхема 74HC14 (аналог 1564ТЛ2 - шесть триггеров Шмидта). Питание + 5В удобнее всего взять непосредственно из компьютера (например, из разъема USB).
USB – интерфейс. Основная особенность стандарта - возможность пользователям работать в режиме Plug&Play с периферийными устройствами. Это означает возможность подключения устройства к работающему компьютеру, автоматическое распознавание его немедленно после подключения и последующей установки соответствующих драйверов. Питание маломощных устройств подается с самой шины. Скорость шины достаточна для подавляющего большинства периферийных устройств. USB – интерфейс работает с новыми моделями Motorola на платформе P2K. На его основе созданы специализированные программаторы, в том числе и эмулирующие работу обычного COM-порта. Цоколевка розетки разъема, устанавливаемой в компьютере, приведена на рисунке, а назначение контактов в таблице.
Таблица. Назначение контактов разъема USB.
Большинство программ работают через универсальный интерфейс. Достаточно собрать приведённую выше схему, найти соответствующий разъём телефона, правильно коммутировать сигналы Rx, Tx, Gnd и +5В и соединить интерфейс с телефоном. Цоколевку (распиновку) разъемов многих телефонов можно найти по адресу http://pinouts.ru
Особенности программирования используя канал A
Этот раздел начинает ознакомление с методиками программирования мобильных телефонов. Начнем с телефонов производства Siemens х35, х45 серий и Nokia платформы DCT-3. Здесь и далее буква «x» обозначает серии данного модельного ряда: «c», «s», «m», «me», «sl». Вы сможете менять версии программного обеспечения в мобильном телефоне с целью русификации или даже восстановления (программного ремонта), а также снимать ограничения на уровне пользователя или оператора («разлочивать»).
Телефоны Siemens x35-x45
Для программирования потребуется двухпроводный двунаправленный (FBUS) интерфейс. Расположение и назначение контактов в разъеме телефона показано на рисунке. Разъем для кабеля «телефон – интерфейс» можно сделать, взяв 2 разъема от «зарядок». Из одного разъема необходимо аккуратно вынуть недостающие в первом контакты.
Для программирования потребуются: свободный COM-порт (RS – 232) компьютера, интерфейс и телефон с заряженным аккумулятором. Обмен компьютера и телефона начинается либо после кратковременного нажатия кнопки включения телефона (при этом телефон вырабатывает сигнал ignition – "зажигание"), либо по сигналу компьютера autoignition, который подается на вход напряжения зарядки телефона (Charge voltage). В общем случае подтверждение каких-либо операций в программе осуществляется кратковременным нажатием кнопки включения телефона. После соединения между собой компьютера, интерфейса и телефона приступаем к процессу программирования.
Структура программного обеспечения и источники его распространения.
Программное обеспечение, хранящееся в микросхеме Flash-памяти для
простоты понимания можно условно разделить на две большие области:
firmware и EEPROM.
Для работы с областью firmware телефонов Siemens
была создана специальная заводская утилита WinSwup, которая позволяет
полностью заменить как версию программного обеспечения, так и язык меню.
При этом новая версия размещается в «теле» WinSwup. Таким образом,
сколько версий программного обеспечения, столько и WinSwup-ов, коллекцию
которых можно найти на портале www.allsiemens.ru/flash
Кроме этого, есть возможность работать с пользовательской версией
WinSwup, распространяемой непосредственно с официальной страницы
производителя www.benqmobile.com
В компьютерном представлении WinSwup выглядит как исполняемый ехе-файл, название которого можно представить как Name_XX_YY_ZZ.exe,
где:
Name
– модель телефона, под который написана утилита (может и отсутствовать) XX
– версия программного обеспечения YY
– номер языкового пакета («04», «91» - говорит о наличии русского языка в меню) ZZ
– номер системы интуитивного набора T9 текста («05» - наличие «русского Т9»)
В самом телефоне эту же информацию можно увидеть в специальном
сервисном меню, вызываемого путём нажатия комбинации клавиш: *#06# плюс
«левая клавиша выбора» (left softkey).
С помощью WinSwup нельзя
оперировать с областью памяти EEPROM. Если это необходимо, на свой страх
и риск можно использовать программу freia, с помощью которой можно
работать не только с EEPROM, но и со всей прошивкой в целом (fullflash).
Работу начинаем с настройки программы Serial Config (рисунок 6), где следует указать номер COM-порта, к которому подключен интерфейс и Baud - скорость обмена (обычно 115200).
Для запуска процесса программирования существует два варианта действий:
- Если телефон включен и подключен к кабелю - нажать кнопку START.
- Если телефон выключен и подключен к кабелю - поставить галочку для
Skip в позиции PreCheck для отключения самотестирования телефона и
нажать кнопку START.
Второй вариант нужен для случаев, когда ремонтируемый телефон не
включается из-за ошибок, которые могли произойти во время работы по
первому варианту. Следует помнить, что при отсутствия режима
autoignition, после нажатия кнопки START требуется кратковременно нажать
кнопку включения телефона.
В обоих случаях, после завершении процедуры, программа выдаст сообщение, что процесс прошёл успешно со 100% окончанием.
Настройку программы начинаем с клавиши Configuration functions главного меню – Main functions. Устанавливаем COM port of cable - номер COM-порта, к которому подключен интерфейс, скорость обмена - Speed of communication (обычно 115200). Затем необходимо указать тип загрузки - Boot type («normal») и при наличии autoignition в интерфейсе отметить галочкой DTR в меню COM port setup.
Чтение прошивки осуществляется с помощью клавиши Read Flash главного меню – Main functions, с последующим выбором области памяти в меню Presets, которое находится в меню Flashing functions. Эта область в ходе чтения автоматически сохраняется в файл с расширением *.fls. Процесс запускается кнопкой ОК. Процедура отображается в окошке – Process information.
Выбрав область памяти firmware, мы можем сделать, а затем сохранить полную резервную копию всей прошивки телефона. Эту процедуру необходимо провести, прежде всего, для того, чтобы обеспечить возможность восстановления телефона в случае каких-либо неправильных действий. Копия может пригодиться и для восстановления других телефонов данной серии.
Запись прошивки в микросхему Flash-памяти осуществляется кнопкой Write Flash главного меню – Main functions, открывающей меню выбора файла прошивки в формате *.fls, который мы хотим записать. Следует быть внимательным с подставляемыми файлами, а именно чтобы размер записываемого файла совпадал с размером той области памяти, в которую он помещается, иначе на программном уровне телефон будет повреждён.
По окончании программирования необходимо обязательно восстановить заводской номер телефона (IMEI), хранящийся в EEPROM-области памяти телефона, так как вместе с чужой прошивкой мы записываем и чужой EEPROM, а, следовательно, и чужой IMEI. Восстановление осуществляется в следующем порядке (рисунок 10). Нажимаем кнопку Unlocking functions главного меню – Main functions. В открывшемся меню Unlocking functions отмечаем позицию Direct unlock, no map is saved и нажимаем кнопку Use Original IMEI. После этого подтверждаем процедуру кратковременным нажатием кнопки включения на телефоне (ignition). Эта операция приводит к снятию пользовательских и операторских кодировок.
II . Подключение телефон-бокс-компьютер (B - C )
Установка бокса
Установка драйверов
1. Пожалуйста, делайте всё строго по шагам ничего не пропуская
2. Не подключайте бокс/ключ защиты к компъютеру до установки драйверов
Примечание: "x : " обозначает диск, куда был установлен Infinity-Box (например. "C: " или "D: ")
W2K/XP/Vista
1. Запустите: x:\Program Files\InfinityBox\Drivers\Box\e-gate_W2k_XP_Vista\Setup_W2k_XP.exe or Setup_Vista.exe
2. Подключите бокс/ключ к USB порту компьютера, Вы увидите 3 новых устройства в системе:
1. e-gate Virtual Reader Enumerators ->
2. Smart card readers ->
3. e-gate USB Smart Cards -> e-gate USB Smart Card
3. При необходимости выберите драйвера для Unibox:
W98/ME
1. Запустите: x:\Program Files\Infinity Box\Drivers\Box\VC6Redist\vcredist.exe
2. Перезагрузите компьютер
3. Запустите: x:\Program Files\Infinity Box\Drivers\Box\Smart Card Base Components\SCBase.exe
4. Перезагрузите компьютер
5. Запустите: x:\Program Files\Infinity Box\Drivers\Box\e-gate_W98_Me\Setup.exe
6. Перезагрузите компьютер
7. Подключите бокс/ключ к USB порту компьютера, Вы увидите 3 новых устройства в системе:
1. e-gate Virtual Reader Enumerators -> e-gate Virtual Reader Enumerator
2. Smart card readers -> e-gate USB Smart card reader
3. e-gate USB Smart Cards -> e-gate USB Smart Card
8. При необходимости выберите драйвера для Unibox: x:\Program Files\Infinity Box\Drivers\Box\FTDI
9. Перезагрузите компьютер
Проверка результатов установки
Откройте "Диспетчер устройств" и проверьте наличие следующих устройств в системе:
Примечание: номер COM порта может отличаться от указанного на рисунке. Запомните номер COM порта и выбирайте его при использовании программ Infinity-Box.
При подключении телефона к боксу установка дополнительных драйверов для телефона не требуется.
СЛОВАРЬ СЛЕНГА И ОФИЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ
Прошивка (программа, содержимое памяти) – массив данных, предназначенных для управления компонентами системы в целях реализации определенного алгоритма.
Прошивка (процесс - прошить, переписать, профлешить) – программное обеспечение телефона.
Термин "прошивка телефона" означает процесс замены в сотовом телефоне программного обеспечения. Это может выполняться с несколькими целями - установка более нового программного обеспечения, устранение программных сбоев, взлом защиты телефона.
Прошивка телефона производится с помощью специального программного обеспечения и кабелей-переходников между телефоном и компьютером а так же боксов.
Программное обеспечение телефона – набор программ для полноценной работы телефона. Включает в себя операционную систему и набор так называемых прикладных программ, дающих телефону дополнительные возможности (игры, музыка, видео, интернет и пр.).
Операционная система (ОС) - комплекс программ, обеспечивающий выполнение других (в т.ч. прикладных) программ, ввод-вывод данных, управление данными, взаимодействие с оператором (пользователем) и т.п.
Программатор телефона – специальное устройство, с помощью которого производится запись информации из компьютера в память телефона.
Коммутация, синхронизация – связь и согласование работы телефона с компьютером в целях обмена данными.
Дата-кабель (кабель, шнурок) – жгут проводов, соединяющих особым образом телефон с компьютером для обмена данными. Схема соединения зависит от аппаратной реализации того или иного телефона и для разных телефонов принципиально разная.
Интерфейсный кабель - кабель служит для соединения телефона с компьютером. Интерфейсный кабель позволяет выходить в интернет через телефон, отправлять смс, загружать файлы.
Сервисный кабель – служит для соединения телефона с компьютером, имеет дополнительные возможности по программированию телефона.
Оболочка - операционной системы (от англ. shell - оболочка) - интерпретатор команд операционной системы (ОС), обеспечивающий интерфейс для взаимодействия пользователя с функциями системы.
Компаунд - это сырьевая смесь, пластиковые гранулы с разнообразными добавками, которые позволяют обеспечить такие качества, как морозостойкость, ударопрочность, негорючесть, деформации при нагреве и т. п.Компаундной смолой обрабатываются как правила CPU, Flash.
Разъём (коннектор) – электрический соединитель кабеля и устройства. К телефону с помощью разъемов подключаются компьютер, зарядка, наушники и пр.
Интерфейс – совокупность средств и правил для взаимодействия устройств и (или) программ. В простейшем случае это согласующий элемент между компьютером и телефоном (внешний разъем, дата-кабель, программатор, ИК-порт и т.п.).
RS232 (универсальный интерфейс) – аппаратно программный комплекс, являющийся стандартом и составной частью всех компьютеров, предназначенный для обмена информацией последовательным кодом между компьютером и самыми разнообразными внешними устройствами.
Игнишн (Ignition – "зажигание") – сигнал из телефона в компьютер после кратковременного нажатия кнопки включения на телефоне (при этом он продолжает находиться в выключенном состоянии) для запуска процесса перепрограммирования.
Бутлоадер (бут, лоадер, boot, loader, bootloader) – программа самозагрузки, посылаемая компьютером в телефон после получения сигнала "игнишн", размещается в оперативной памяти, чаще всего процессора, и после размещения получает права управлять процессом перепрограммирования (загрузки) памяти телефона.
Глюк, баг, колбасит – сбои или некорректная работа телефона. Происходят либо по вине пользователя либо из-за допущенных ошибок при разработке программного обеспечения на заводе-изготовителе. Могут появляться после некорректной смены программного обеспечения.
Контактная площадка – металлизированное покрытие на плате телефона для электрического соединения (не пайка) деталей телефона. Обычно имеют золотистое покрытие.
Языковой пакет (англ. Language Pack)- набор данных, являющихся частью программного обеспечения телефона, позволяющий использовать тот или иной язык. Содержит в себе язык интерфейса, словари Т9.
ЕЕ prom (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) - содержит область памяти телефона, в которой лежат настройки телефона. То есть все, что меняет пользователь в настройках телефона, записывается именно здесь. Но не все настройки телефона можно поменять с самого телефона. Возможно, сохранить EEprom с телефона на компьютер и изменить некоторые его блоки, это позволит открыть некоторые скрытые пункты настроек. Опасность состоит в том, что там же лежат и настройки радиотракта, который откалиброван на заводе раз и навсегда под конкретный телефон (не модель даже, а именно под каждый аппарат). Для предохранения неприятностей, необходимо делать backup (резервное копирование) - иначе при ошибке постоянная нестабильная работа связи, эхо, слабый сигнал и частая потеря сети неизбежны.
Файловая система, (англ. file system) - регламент, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации. Она определяет формат физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени файла, максимальный возможный размер файла, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.
Файловая система связывает носитель информации, с одной стороны, и API (набор методов (функций), который программист может использовать для доступа к функциональности программного компонента (программы, модуля, библиотеки) для доступа к файлам - с другой. Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, так же, как и на каком физическом типе носителя (блоке флеш-памяти) он записан. Всё, что знает программа - это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе.
Тест Поинт – (TP) это контрольная точка, отвечающая за посылку бутлоадера в телефон при смене программного обеспечения аппарата. На телефонах Siemens 55-ой и 60-ой серии цепь этой контрольной точки (контакт T9 на процессоре) должна быть разомкнута при прошивке. Чаще всего ТП используется для прошивки телефонов Siemens, иногда для телефонов Motorola.Метод работы с ТП для каждого телефона индивидуален (обрезание дорожки, напайка элементов, замыкание на массу).
Донгл (Электронный ключ) (также аппаратный ключ, от англ. dongle) - аппаратное средство, предназначенное для защиты программного обеспечения (ПО) и данных от копирования, нелегального использования и несанкционированного распространения.
Электронный ключ - небольшое по размерам аппаратное устройство.
Основой данной технологии является специализированная микросхема ASIC, либо специализированный защищённый микроконтроллер, имеющие уникальные для каждого ключа алгоритмы работы. Донглы также имеют защищённую энергонезависимую память небольшого объёма, более сложные устройства могут иметь встроенный криптопроцессор (для аппаратной реализации шифрующих алгоритмов), часы реального времени. Аппаратные ключи могут иметь различные форм-факторы, но чаще всего они подключаются к компьютеру через USB-, LPT- или PCMCIA-интерфейсы.
IMEI - International Mobile Equipment Identifier - число, являющееся уникальным для каждого выпущенного мобильного телефона. Устанавливается на заводе при изготовлении, служит для идентификации устройства в GSM сети. Число IMEI обычно можно прочитать на специальной табличке, расположенной под аккумуляторной батареей, а также определить (у большинства аппаратов), введя на клавиатуре следующий код:
Каждая фирма-производитель мобильных телефонов несет ответственность за то, что не существует двух мобильных телефонов с одинаковыми IMEI.
Код IMEI содержит 15 цифр и состоит из четырех частей:
IMEI = TAC + FAC + SNR + SP,
TAC (Type Approval Code) - шестизначный код выбранного типа телефона конкретной серии (первые 2 цифры - код страны фирмы - разработчика)
FAC (Final Assembly Code) - используемый фирмой-разработчиком двузначный код, по которому можно определить страну, где был изготовлен телефон (код страны финальной сборки)
SNR (Serial Number) - шестизначный серийный код, который присваивается конкретному мобильному телефону
SP (Spare) - одна цифра, в зависимости от решения производителя контрольное или резервное число (у старых моделей почти всегда 0).
Коды TAC и FAC могут совпадать у телефонов одного типа и одной партии, выпущенной на одном и том же предприятии. Код SNR всегда индивидуален для каждого мобильного телефона.
Контрольная сумма - некоторое значение, рассчитанное путём применения определенных операций над входными данными.
Контрольная сумма обычно используется для проверки правильности передачи данных по каналам связи или как гарантия происхождения тех или иных данных.
Сервисные коды – коды и комбинации клавиш, активирующие системные настройки. Например: *#06# - IMEI телефона.
Full Flash , (он же ФФ, Фулл) - это полное содержимое памяти телефона, включающее в себя все прочие области памяти телефона.
Бэкап - резервное копирование данных. Позволяет восстановить данные в случаи потеры данных с телефона.
Приложения:
|
Название, маркировка |
Место приобретения. |
Назначение |
||
|
Микросхема MAX232 |
Магазин радиодеталей |
Преобразование интерфейса RS-232 |
||
|
Мкросхема PL2303 |
Магазин по продаже датакабелей |
Эмулятор COM порта |
||
|
Комплект оборудования Infinity PinFinder + Infinity Dongle + Unibox |
Интерент магазин GSMSERVICE |
Для программирования, русификации и разблокировки |
||
|
Мобильный телефон |
В теоретической части мы не будем углубляться в историю создания сотовой связи, о её основателях, хронологию стандартов и т.д. Кому это интересно – материала предостаточно как в печатных изданиях, так и в сети интернет.
Рассмотрим, что же из себя представляет мобильный (сотовый) телефон.
На рисунке очень упрощённо показан принцип работы:
Рис.1 Принцип работы сотового телефона
Сотовый телефон – это приёмо-передатчик, работающий на одной из частот в диапазоне 850МГц, 900МГц, 1800МГц, 1900МГц. Причём приём и передача разнесены по частотам.
Система GSM состоит из 3-х основных компонентов, таких как:
Подсистема базовых станций (BSS – Base Station Subsystem);
Подсистема переключения/коммутации (NSS –NetworkSwitchingSubsystem);
Центр управления и обслуживания (OMC – Operation and Maintenance Centre);
В двух словах работает это так:
Сотовый (мобильный) телефон взаимодействует с сетью базовых станций (БС). Вышки БС обычно устанавливают либо на своих наземных мачтах, либо на крышах домов или других сооружений, или же на арендованных уже существующих вышках всяческих ретрансляторов радио/ТВ и т.п., а также на высотных трубах котелен и других промышленных сооружений.
Телефон после включения и всё остальное время мониторит (прослушивает, сканирует) эфир на наличие GSM-сигнала своей базовой станции. Сигнал своей сети телефон определяет по специальному идентификатору. Если таковой имеется (телефон находится в зоне покрытия сети), то телефон выбирает лучшую по уровню сигнала частоту и на этой частоте посылает БС запрос нарегистрацию в сети.
Процесс регистрации по сути является процессом аутентификации (авторизации). Его суть заключается в том, что каждая SIM-карта, вставленная в телефон, имеет свои уникальные идентификаторы IMSI (International Mobile Subscriber Identity) и Ki (Key for Identification). Эти самые IMSI и Ki заносятся в базу центра аутентификации (AuC) при поступлении изготовленных SIM-карт оператору связи. При регистрации телефона в сети идентификаторы передаются БС, а именно AuC. Дальше AuC (центр идентификации) передаёт телефону некоторое случайное число, которое является ключом для выполнения вычислений по специальному алгоритму. Это вычисление происходит одновременно в мобильном телефоне и AuC, после чего оба результата сравниваются. Если они совпадают, то SIM-карта признаётся подлинной и телефон регистрируется в сети.
Для телефона же идентификатором в сети является его уникальный номер IMEI (International Mobile Equipment Identity). Этот номер обычно состоит из 15 цифр в десятичном представлении. Например 35366300/758647/0. Первые восемь цифр описывают модель телефона и его происхождение. Оставшиеся – серийный номер телефона и контрольное число.
Данный номер хранится в энергонезависимой памяти телефона. В устаревших моделях этот номер можно сменить с помощью специального программного обеспечения (ПО) и соответствующего программатора (иногда и дата-кабеля), а в современных телефонах он дублируется. Один экземпляр номера хранится в области памяти, которую можно программировать, а дубликат – в зоне памяти OTP (One Time Programming), которая программируется производителем один раз и не имеет возможности перепрограммирования.
Так вот, если даже изменить номер в первой области памяти, то телефон, при включении, сравнивает данные обеих областей памяти, и, если обнаруживаются разные номера IMEI – телефон блокируется. Для чего всё это менять, спросите вы? На самом деле законодательство большинства стран запрещает это делать. Телефон по номеру IMEI отслеживается в сети. Соответственно при краже телефона его можно отследить и изъять. А если успеть изменить этот номер на любой другой (рабочий), то шансы найти телефон сводятся к нулю. Этими вопросами занимаются спецслужбы при соответствующей помощи оператора сети и т.д. Поэтому углубляться в эту тему не стану. Нас интересует чисто технический момент смены номера IMEI.
Дело в том, что при определённых обстоятельствах данный номер может повредиться в результате сбоя ПО или неправильного его обновления и тогда телефон абсолютно не пригоден для эксплуатации. Вот тут на помощь и приходят все средства, чтобы восстановить IMEI и работоспособность аппарата. Подробнее этот момент будет рассмотрен в разделе программного ремонта телефона.
Теперь кратенько о передаче голоса от абонента к абоненту в стандарте GSM. На самом деле это технически очень сложный процесс, который абсолютно отличается от привычной передачи голоса по аналоговым сетям как, например, домашний проводной/радио телефон. Чем-то отдалённо похожи цифровые DECT-радиотелефоны, но реализация всё равно другая.
Дело в том, что голос абонента, прежде чем будет передан в эфир, подвергается множеству преобразований. Аналоговый сигнал разбивается на отрезки длительностью 20мс, после чего преобразовывается в цифровой, после чего кодируется путём применения алгоритмов шифрования с т.н. открытым ключом – система EFR (Enhanced Full Rate - усовершенствованная система кодирования речи, разработанная финской компанией Nokia).
Все сигналы кодека обрабатываются очень полезным алгоритмом на основе принципа DTX(Discontinuous Transmission) –прерывистой передачи речи. Его полезность заключается в том, что он управляет передатчиком телефона, включая его только в том момент, когда начинается произношение речи и отключает в паузах между разговором. Всё это достигается с помощью включенного в кодек VAD (Voice Activated Detector) –детектор активности речи.
У принимаемого абонента все преобразования происходят в обратном порядке.
Структурная схема GSM сотового телефона
Структурная схема сотового радиотелефона, работающего в цифровом стандарте GSM (рис. 5.3), состоит из аналоговой и цифровой частей, которые обычно располагаются на отдельных платах. Аналоговая часть включает в себя приемное и передающее устройства, которые по своим характеристикам и построению напоминают описанные выше.
В системах стандарта GSM передатчик и приемник сотового телефона работают не одновременно. Передача осуществляется только в течение 1/8 длительности кадра. Это значительно уменьшает расход энергии аккумуляторной бата-реи и увеличивает время функционирования как в режиме передачи (разговора), так и в режиме приема (ожидания). Кроме того, заметно снижаются требования к ВЧ-фильтру приемника, выполненному на ПАВ, что делает возможным интеграцию МШУ со смесителем. Блок сопряжения прием-передача - это электронный коммутатор, подключающий антенну либо к выходу передатчика, либо ко входу приемника, поскольку сотовый телефон никогда не работает на прием и передачу одновременно.
Рис. 5.3. Функциональная схема радиотелефона цифрового стандарта GSM
Принимаемый сигнал после прохождения входного полосового фильтра усиливается МШУ и поступает на первый вход первого смесителя. На второй вход поступает сигнал гетеродина f прм с синтезатора частот. Сигнал первой промежуточной частоты f пр, проходит через полосовой фильтр на ПАВ и усиливается усилителем первой промежуточной частоты УПЧ1, после чего поступает на первый вход второго смесителя. На второй его вход поступает сигнал гетеродина f г с генератора частот. Полученный сигнал второй промежуточной частоты f пр2 фильтруется полосовым фильтром на ПАВ, усиливается усилителем УПЧ2, демодулируется и поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), где преобразуется в сигнал, необходимый для работы цифрового логического блока, выполненного на центральном процессоре CPU.
В режиме передачи информационный цифровой сигнал, сформированный в логическом блоке, поступает на 1/О-генератор, где происходит формирование модулирующего сигнала. Последний поступает в фазовый модулятор, с которого сигнал f фм поступает в смеситель. На второй вход смесителя поступает сигнал f прд с синтезатора частот. Полученный сигнал f с1 через полосовой фильтр поступает в усилитель мощности (УМ), управляемый с помощью центрального процессора CPU. Усиленный до необходимого уровня сигнал f с1 через полосовой керамический фильтр поступает к антенне А и излучается в окружающее пространство.
Цифровая логическая часть сотового телефона (рис. 5.4) обеспечивает формирование и обработку всех необходимых сигналов. Сердцевиной этой важной части цифрового телефона является центральный процессор CPU. Он выполнен в виде СБИС на микромощных полевых транзисторах со структурой «металл-диэлектрик-полупроводник» (МДП или MOS).
В состав цифровой части телефона входят:
Цифровой сигнальный процессор (CPU) со своей оперативной и постоянной памятью, осуществляющий управление работой сотового телефона. CPU телефонов несколько проще, чем микропроцессоры компьютеров, но тем не менее являются сложнейшими микроэлектронными изделиями.
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который преобразует аналоговый сигнал с выхода микрофона в цифровую форму. При этом вся последующая обработка и передача сигнала речи производится в цифровой форме, вплоть до обратного цифро-аналогового преобразования.
Кодер речи, осуществляющий кодирование сигнала речи, имеющего уже цифровую форму, по определенным законам с использованием алгоритма сжатия для сокращения избыточности сигнала. Таким образом осуществляется сокращение объема информации, которую необходимо передавать по радиоканалу связи.
Кодер канала, добавляющий в цифровой сигнал, получаемый с выхода кодера речи, дополнительную (избыточную) информацию, предназначенную для защиты от ошибок при передачи сигнала по линии связи. С этой же целью информация подвергается определенной переупаковке (перемежению). Кроме того, кодер канала вводит в состав передаваемого сигнала информацию управления, поступающего от логической части.
Декодер канала, выделяющий из входного потока данных управляющую информацию и направляющий ее в логический блок. Принятая информация проверяется на наличие ошибок, которые по возможности исправляются. Для последующей обработки принятая информация подвергается обратной по отношению к кодеру переупаковке.
Рис. 5.4. Цифровая и логическая часть мобильного сотового телефона
Декодер речи, восстанавливающий поступающий на него с декодера канала цифровой сигнал речи, переводящий его в естественную форму, со свойственной ему избыточностью, но по-прежнему в цифровом виде. Отметим, что для сочетания кодера и декодера, расположенных в одном корпусе интегральной микросхемы, иногда употребляют название кодек (например, кодек речи, канальный кодек).
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), преобразующий принятый сигнал речи в аналоговую форму и подающий этот сигнал на вход усилителя динамика.
Эквалайзер, служащий для частичной компенсации искажений сигнала из-за многолучевого распространения. Эквалайзер является адаптивным фильтром, настраиваемым по обучающей последовательности символов, входящих в состав передаваемой информации. Этот блок, вообще говоря, не является функционально необходимым и в некоторых случаях может отсутствовать.
Клавиатура, представляющая собой наборное поле с цифровыми и функциональными клавишами для набора номера вызываемого абонента, а также команд, определяющих режим работы сотового телефона.
Дисплей, служащий для отображения различной информации, предусмотренной устройством и режимом работы станции.
Блок шифрования и дешифрования сообщений, предназначенный для обеспечения конфиденциальности передачи информации.
Детектор речевой активности (voice activity detector), включающий передатчик на излучение только на те интервалы времени, когда абонент говорит. На время паузы в работе передатчика в тракт дополнительно вводится так называвемый комфортный шум. Это сделано в интересах экономного расходования энергии источника питания, а также снижения уровня помех для других станций.
Терминальные устройства, используемые для подключения через специальные адаптеры с использованием соответствующих интерфейсов, факс-аппаратов, модемов и др.
SIM-карта (SIM - subscriber identification module, буквально - модуль идентификации абонента) - пластиковая пластина с микросхемой, вставляемая в специальное гнездо абонентского аппарата. В SIM-карте хранятся:
Данные, присваиваемые каждому абоненту: международный идентификационный номер подвижного абонента (IMSI), ключ аутентификации абонента (Ki) и класс управления доступом;
Временные данные о сети: временные идентификационный номер подвижного абонента (TMSI), идентификатор области местоположения (LAI), ключ шифрования (Ке), данные о запрещенных для доступа подвижных сетях;
Данные, относящиеся к обслуживанию: предпочтительный язык общения, уведомления об оплате и перечень заявленных услуг.
Одна из основных задач SIM-карты состоит в обеспечении защиты от несанкционированного использования сотового телефона. На уровне абонентского интерфейса на SIM-карте записывается персональный идентификационный номер (PIN-номер) длиной от 4 до 8 разрядов, который микропроцессор SIM-карты после включения станции сверяет с номером, набираемым пользователем с помощью клавиатуры. Если три раза подряд набран ошибочный PIN-номер, использование SIM-карты блокируется до тех пор, пока абонент не введет 8-разрядный персональный ключ разблокирования (PUK).
Если ошибочный PUK вводится 10 раз подряд, использование SIM-карты полностью блокируется и абонент будет вынужден обратиться к оператору сети.
Кроме того, благодаря SIM-картам имеется возможность звонить не только со своего сотового телефона, но и с любого другого GSM-телефона, достаточно вставить SIM-карту в аппарат и набрать личный идентификационный PIN-номер.
5.3 Услуги сотовой связи. Конфиденциальность связи. Фрод в сотовой связи. Биологическая безопасность.
В системах второго поколения пользователю могут быть предоставлены основные и дополнительные услуги связи. Основные услуги связи: телефонная связь, экстренные вызовы, передача коротких сообщений, факсимильная связь. Услуга экстренного вызова позволяет устанавливать абонентской станции речевую связь с ближайшим центром экстренной службы. К дополнительным услугам связи относятся:
· услуги по распознаванию номера;
· переадресация и перенаправление вызова;
· услуги завершения связи (вызов на удержании, вызов с ожиданием и т.п.);
· конференц-связь;
· услуги по учету стоимости переговоров;
· услуги группового соединения;
· услуги по ограничению вызовов и др.
В условиях конкурентной борьбы за абонента операторы крупных сетей стараются внедрять новые услуги. В последнее время были введены такие услуги, как подключение абонента на условиях предоплаты, услуга WAP – доступ в сеть Интернет непосредственно с мобильного терминала, система глобального позиционирования GPS, видеосвязь и др.. Но такие возможности появились с появлением коммуникаторов (смартфонов).
Конфиденциальность связи обеспечивается защитой от несанкционированного доступа к каналам связи. Для этого используются различные методы шифрования. Например в стандарте GSM шифрование осуществляется путем помехоустойчивого кодирования и перемежения и заключается в поразрядном сложении по модулю 2 информационной битовой последовательности и псевдослучайной битовой последовательности, составляющей основу шифра. Повторное применение операции сложения по модулю 2 с той же псевдослучайной последовательностью к зашифрованной инфомационной последовательности восстанавливает исходную информационную битовую последовательность, то есть реалищует дешифрацию шифрованного сообщения (рис.).
Существует еще возможность защиты от подслушивания – это скремлирование (scrambling – перемешивание, перетасовка), являющееся своебразным шифрование путем перестановки участков спектра или сегментов речи, осуществляемое во внешнем по
Рис.5.5. Принцип шифрования и дешифрации информации в стандарте GSM.
отношению к мобильному телефону устройстве с соответствующим дескремблированием на приемном конце.
Фрод (от англ. fraud - обман, мошенничество) - одна из серьезных проблем сотовой связи. Фрод можно определить как незаконную деятельность, направленную на использование услуг сотовой связи без надлежащей оплаты или за счет оплаты этих услуг людьми, такими услугами не пользующимися.
Время от времени мировую и нашу прессу потрясают сообщения о мошенничествах в области сотовой связи. Самое неприятное, когда зарегистрированный за кем-то сотовый телефон попадает в руки мошенников, способных обмануть поставщиков сотовой связи и бесконтрольно осуществлять переговоры в большом объеме. Порой для этого используются примитивные приемы (например, злостные неплатежи), а порой весьма тонкие методы, основанные на прекрасном знании документации по сотовым сетям связи. Практикуется переделка номеров сотовых аппаратов и всевозможная «химия» с шифрами и паролями.
Потери от фрода, даже после многих лет борьбы с ним, достигают нескольких процентов от общего объема услуг сотовой связи. К примеру, в 1996 г. в США они составили сумму чуть более 1 млрд долл. при общем доходе от сотовой связи 21 млрд долл. Данные о таких потерях большинство операторов старается не публиковать, и они становятся известными общественности спустя годы после крупных «проколов».
Если у вас появилось подозрение, что кто-то пользуется (явно или неявно) вашим аппаратом, то необходимо немедленно поставить в известность об этом поставщика услуг сотовой связи. Например, такое подозрение может базироваться на заметном увеличении объема оплаты услуг сотовой связи по сравнению с привычным для вас уровнем. Если не проконтролировать случившееся, то вы можете неожиданно получить счет на сотни, если не на тысячи долл.. И будете втянуты в долгую судебную тяжбу с неясным исходом.
Кроме фрода, огромный ущерб сотовой связи наносит продажа «серых» телефонов. Это могут быть приобретенные по дешевке забракованные аппараты, которые затем кустарно доводятся до рабочего состояния - нередко далеко не по всем функциональным возможностям. Такие аппараты доставляют массу хлопот не только их владельцам, позарившимся на дешевизну, но и операторам сотовой связи. Ибо, плохо выполняя (или вообще не выполняя) многие функции, они вызывают шквал звонков в службы сервиса.
Подслушивание разговоров по сотовым телефонам - тоже далеко не безобидная вещь. Особенно уязвимы в этом аналоговые сети. Но и в цифровых сетях, даже при наличии соответствующего оборудования для кодирования и декодирования разговоров, подслушивание их тоже вполне возможно. Об этом стоит помнить, ведя разговоры.
Приемы незаконного использования сотовых телефонов разнообразны, хотя и существует мнение о том, что об этом надо знать. Только вот в каком объеме? К примеру, всякому ясно, что сотовый телефон можно использовать в качестве очень простого радиовзрывателя. Однако описание пусть даже простой схемы такого применения едва ли можно приветствовать. Соответствующие органы мигом могут признать это пособием для террористов. Поэтому, предупредив пользователя о наличии брешей в законном применении сотовых телефонов, мы на этом окончим описание этих тонких моментов в применении мобильных телефонов.
Биологическая безопасность.
Время от времени появляются сенсационные новости о развитии раковых опухолейот использовании сотового телефона. Где-то в США вроде были даже судебные процессы по этому поводу. Встречаются и сообщения о взрывах автостоянокво время заправки автомобилей, о сбившихся с курса самолетах, об остановившихся по вине сотовых телефонов реакторах атомных электростанций и т.д. В подавляющем большинстве случаев документального подтверждения такие «новости» не находят.
В самом деле частоты сотовой связи относятся к тому виду электромагнитного излучения, которое легко поглощается тканями наших рук, головы и головного мозга. Исследования показали, что до 60 % энергии излучения сотового телефона поглощается тканями головы человека. Правда, только часть энергии СВЧ-излучения попадает вглубь головы. Большая часть поглощается кожей и костями черепа.
Между тем никаких официальных данных о каком-либо влиянии излучения сотовых телефонов на организм человека нет. И не потому, что соответствующие исследования не проводились. А потому, что нормы на мощность излучения намного меньше тех норм, которые были установлены для людей соответствующими инстанциями.
Степень поглощения энергии электромагнитного излучения организмом человека является величина SAR (Specific Absorption Rates). Она выражается в энергии поглощенного излучения на единицу массы (г или кг) биоткани. При этом за 20 минут воздействия ткань нагревается на 1 °С.
Нетрудно понять, что такой чисто «термодинамический» подход отнюдь не способствует успокоению людей. Ибо не надо обладать обширными медицинскими познаниями, чтобы считать, что действие излучения сводится отнюдь не только к нагреву тканей организма. Нельзя не учитывать, что на генетическом уровне куда менее мощное излучение способно вызвать нарушение клеточной структуры тела или повреждение генов. Поэтому, в Европе, к примеру, установлена норма SAR в 2 мВт /г.
Между прочим, есть простой способ кардинально ослабить степень воздействия радиоизлучения мобильных телефонов на организм человека, и прежде всего на его голову. Это применение специальной гарнитуры hands free (свободные руки). Эта гарнитура представляет собой закрепляемый на голове наушник и микрофон, а также пульт управления радиотелефоном. Сам телефон может быть установлен в отдалении. Возможно подключение к нему и внешней антенны, которая может быть установлена за окном или даже на крыше автомобиля.
Кстати, из всех видов опасности, связанной с сотовыми телефонами, на первом месте стоит отвлечение пользователя от своей основной работы. Например, весьма часты автомобильные аварии, связанные с тем, что водитель во время езды берет телефон в руки, и особенно когда он набирает номер. Во многих странах, включая и Россию, это запрещено и преследуется штрафами. Гарнитура hands free и голосовое управление телефоном - вот основные средства против этого фактора.
Контрольные вопросы
1. Назовите типовые блоки абонентской мобильной станции?
2. Раскажите устройство и основное назначение узлов аналогового мобильного телефона?
3. Раскажите устройство и основное назначение узлов цифрового мобильного телефона?
4. Дайте определение «фрод» и чем он опасен?
5. Перечислите основные меры, направленные на снижения влияния излучения сотовой связи на организм человека?
6. Основные симптомы проявления болезни обусловленной радиоизлучением?
7. Перечислите основные услуги предоставляемой сотовой связью?
8. Как обеспечивается конфиденциальность связи в мобильных сетях?
Часть текста, а также схемы и диаграмма напряжений АТС-абонент взяты из книги Евсеева А.Н. «Радиолюбительские устройства телефонной связи» (М.: Радио и связь, Малип, 1999г) Параграф «Устройство телефонного аппарата и основы телефонной связи»
Основные компоненты телефонного аппарата использующего проводную связь.
В состав телефонных аппаратов, предназначаемых для работы в телефонных сетях, входят обязательные элементы: объединенные в микротелефонную трубку микрофон и телефон, вызывное устройство, трансформатор, разделительный конденсатор, номеронабиратель, рычажный переключатель.
Микрофон служит для преобразования звуковых колебаний речи и электрический сигнал звуковой частоты. Микрофоны могут быть угольными, конденсаторными, электродинамическими, электромагнитными, пьезоэлектрическими. Их можно классифицировать на активные и пассивные. Активные микрофоны непосредственно преобразуют звуковую энергию в электрическую. В пассивных же микрофонах звуковая энергия преобразуется в изменение какого-либо параметра (чаще всего - емкости и сопротивления). Для работы пассивного микрофона обязательно требуется вспомогательный источник питания. На принципиальных схемах микрофон обозначают латинскими буквами ВМ .
Устройство телефона
электромагнитного типа
Телефоном называют прибор, предназначенный для преобразования электрических сигналов в звуковые и рассчитанный для работы в условиях нагрузки на ухо человека. (Более расширенное определение на странице Телефон. Понятие и история)
В зависимости от конструкции телефоны подразделяют на электромагнитные, электродинамические, с дифференциальной магнитной системой и пьезоэлектрические. В старых телефонных аппаратах использовали телефоны электромагнитного типа. В них телефонах катушки закреплены неподвижно. Под действием протекающего в катушках тока возникает переменное магнитное поле, приводящее в движение подвижную мембрану, которая и излучает звуковые колебания.
Трубка от
старого
телефонного
аппарата
Полоса рабочих частот для микрофонов и телефонов, используемых в телефонных аппаратах, составляет примерно 300...3500 Гц. На принципиальных схемах телефон обозначают латинскими буквами BF .
Для удобства пользования микрофон и телефон объединены в микротелефонной трубке.
Вызывное устройство служит для преобразования вызывного сигнала переменного тока в звуковой сигнал. Применяют электромагнитные или электронные вызывные устройства.
В аппаратах старого типа вызывное устройство представляло собой одно- или двухкатушечный звонок. Звуковой сигнал образовывался в результате удара бойка о звонковые чашки. Протекающий в катушках ток частотой 16...50 Гц создавал переменное магнитное поле, которое приводило в движение якорь с бойком. В телефонных звонках использовали постоянные магниты, создававшие определенную полярность магнитопровода, поэтому такие звонки называли поляризованными. Сопротивление обмоток звонка постоянному току 1,5...3 кОм, рабочее напряжение 30...50 В. На принципиальных схемах звонок обозначают латинскими буквами НА .
Практически во всех современных телефонных аппаратах сейчас используется электронное вызывное устройство. Оно преобразует вызывной сигнал в звуковой тональный сигнал, который может имитировать, например, пение птицы. В качестве акустического излучателя при этом используют телефон, компактный динамик или пьезоэлектрический вызывной прибор. Схемы электронных вызывных устройств выполняют на транзисторах или интегральных микросхемах.
Трансформатор телефонного аппарата предназначен для связи отдельных элементов разговорной части и для согласования их сопротивлений с входным сопротивлением абонентской линии. Он, кроме того, позволяет устранять так называемый .
Разделительный конденсатор служит элементом подключения вызывного устройства к абонентской линии в режиме ожидания и приема вызова. При этом обеспечивается практически бесконечно большое сопротивление телефонного аппарата постоянному току и малое сопротивление - переменному. В телефонных аппаратах применяют разделительные конденсаторы емкостью 0,25...1 мкф и на номинальное напряжение 160...250 В.
Номеронабиратель
дисковый
Номеронабиратель при импульсном наборе обеспечивает подачу импульсов набора номера в абонентскую линию с целью установления требуемого соединения. То есть линия номеронабирателем периодически замыкается и размыкается. В телефонных аппаратах применяют механические и электронные номеронабиратели.Причём дисковый механический номеронабиратель (имеет диск с десятью отверстиями) в современных аппаратах уже не устанавливается, Но для понимания принципа работы системы АТС-абонент именно его работа более наглядна.
При вращении диска по часовой стрелке заводится пружина механизма номеронабирателя. После отпускания диска он вращается в обратную сторону под действием пружины, при этом происходит периодическое размыкание контактов, замыкающих абонентскую линию. Необходимая скорость и равномерность вращения диска достигаются наличием центробежного регулятора или фрикционного механизма. Формирование импульсов при свободном движении диска обеспечивает их стабильную частоту и необходимый интервал между импульсными посылками, соответствующими двум соседним цифрам набираемого номера. Необходимый интервал обеспечивается благодаря тому, что число размыканий импульсных контактов всегда выбирается на одно два больше, чем требуется подать импульсов в линию. Этим обеспечивается гарантированная пауза между пачками импульсов (0,2...0,8 с). При этом указанные лишние импульсы в линию не поступают, поскольку в это время импульсные контакты шунтируются одной из групп контактов номеронабирателя. Имеются также контакты, замыкающие телефон при наборе номера, чтобы исключить громкие щелчки в телефоне. Частота импульсов, формируемых номеронабирателем, должна составлять (10±1) имп./с. Число проводов, соединяющих номеронабиратель с другими элементами телефонного аппарата, может быть 3 - 5.
Электронные номеронабиратели , которыми комплектуются современные телефонные аппараты, выполнены на интегральных микросхемах и транзисторах. Набор номера осуществляют нажатием кнопок клавиатуры - так называемой тастатуры. Поскольку скорость нажатия кнопок может быть сколь угодно большой, в среднем на наборе одной цифры номера экономится 0,5 с. Кроме того, тастатурные номеронабиратели предоставляют пользователям различные удобства, экономящие время: запоминание последнего набранного номера, возможность запоминания нескольких десятков номеров и др. Питание электронных номеронабирателей осуществляется как от абонентской линии, так и от сети напряжением 220 В через блок питания.
В настоящее время всё большее распространение получает тональный набор номера . В этом случае в линию аппаратом абонента посылаются не пачки импульсов а кратковременные сигналы определённых частот, каждое значение которых соответствует определённой цифре. Тональный набор номера более быстрый, так как не требуется дожидаться прохождения пачек импульсов от цифр с большим значением и нуля. Но естественно для использования тонального набора должна использоваться современная АТС с поддержкой возможности такого набора.
Тональный набор , он же DTMF или тональный сигнал (англ. Dual-Tone Multi-Frequency) - двухтональный многочастотный аналоговый сигнал, используемый для набора телефонного номера. В DTMF передаваемая цифра кодируется сигналом полученным суммированием двух синусоидальных напряжений определенной частоты. Используется две группы по четыре частоты звукового диапазона в каждой.
Таблица частот тонального набора номера DTMF
| 1 | 2 | 3 | A | 697 Гц |
| 4 | 5 | 6 | B | 770 Гц |
| 7 | 8 | 9 | C | 852 Гц |
| * | 0 | # | D | 941 Гц |
| 1209 Гц | 1336 Гц | 1477 Гц | 1633 Гц |
В современных проводных телефонных аппаратах часто реализуется возможность выбора стандарта набора номера. Это либо переключатель «PULSE/TONE » либо возможность программно изменить вид набора. Кстати возможность этого переключения часто создаёт проблемы у несведущих пользователей. Случайно переключив переключатель «PULSE/TONE» в неправильное положение люди несут аппараты в ремонтные мастерские с проблемой «не набирается номер».
Рычажный переключатель обеспечивает подключение к абонентской линии вызывного устройства телефонного аппарата в дежурном состоянии (трубка лежит) и разговорных цепей или номеронабирателя в рабочем состоянии (трубка снята). Рычажный переключатель представляет собой группы из нескольких переключающих контактов в старых аппаратах, срабатывающих при снятии телефонной трубки; или одного контакта (иногда геркона) в аппаратах современных.
Местный эффект в телефонах и способ его ослабления.
При работе телефонного аппарата в разговорном режиме возникает местный эффект , т.е. прослушивание собственной речи в телефоне аппарата. Местный эффект объясняется тем, что ток, протекающий через микрофон, поступает не только в абонентскую линию, но и в собственный телефон. Для устранения этого нежелательного явления в современных телефонных аппаратах используют противоместные устройства.
Существуют различные типы подобных устройств. Одно из них представлено на рис. 1.
Рис.1. Функциональная схема телефонного аппарата с противоместным эффектом
Микрофон ВМ1, телефон BF1, балансный контур Zб и линия Zл связаны между собой обмотками трансформатора Т1: линейной I, балансной II и телефонной III. Во время разговора, когда сопротивление микрофона изменяется, разговорные токи звуковой частоты протекают по двум цепям: линейной и балансной. Из схемы видно, что токи, протекающие через обмотки I и II, суммируются с противоположными знаками, поэтому ток в обмотке 111 будет отсутствовать в том случае, если токи в линейной и балансной обмотках равны по величине. Это достигается соответствующим выбором элементов балансного контура Zб, параметры которого зависят от параметров линии Zл. Сопротивление линии содержит активную и емкостную составляющие, поэтому балансный контур выполняют из резисторов и конденсаторов.
Полное устранение местного эффекта достигается только на одной определенной частоте и определенных параметрах линии, что в реальности невыполнимо, так как речевой сигнал содержит широкий спектр частот, а параметры линии изменяются в широких пределах (зависят от удаленности абонента от АТС, переходных сопротивлений и емкостей в кабелях и др.). Практически же местный эффект полностью не пропадает, а только ослабляется подобными схемами.
