15656

Устройство и работа мобильных телефонов

Контрольная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Устройство и работа мобильных телефонов Введение Все гениальное просто. Это выражение полностью подходит к устройству мобильного телефона. Вы думаете это шутка Не улыбайтесь Перед вами Букварь по устройству мобильных телефонов и их отдельных частей. Если под рукой...

Русский

2013-06-15

1.43 MB

89 чел.

Устройство и работа мобильных телефонов

Введение

Все гениальное просто. Это выражение полностью подходит к устройству мобильного телефона. Вы думаете, это шутка? Не улыбайтесь! Перед вами "Букварь" по устройству мобильных телефонов и их отдельных частей. Если под рукой находится эта книга, можно без труда изучить анатомию мобильных телефонов, чтобы при желании осознанно провести простейшую самостоятельную диагностику и даже ремонт. Пособие не претендует на подробное и исчерпывающее изложение. Понять суть сможет любой человек, имеющий хорошие знания школьного курса физики электричества и представляющий устройство компьютера. Любое сложное устройство, в том числе и мобильный телефон, состоит из простых частей, связанных между собой. Мобильный телефон - это маленький компьютер, который содержит определенные функциональные блоки: процессор, память, устройства ввода и вывода информации. Поэтому и описание дается на функциональном уровне. Что же касается устройства конкретных моделей, то разобраться в нем будет совсем не сложно, зная общее устройство. Необходимы только желание и творческий подход. Данное пособие не обязательно читать от начала до конца. Этот своеобразный справочник можно открывать от случая к случаю, выбирая необходимое. Пособие не претендует на долгую жизнь - ведь оно предназначено стать ступенькой в развитии человека, постигающего быстро меняющийся мир техники. Часть информации любезно предоставлена редакцией журнала "Мабила".

Глава 1. Принципы организации сотовой связи

История

В 1888 г. Генрих Герц придумал установку и с ее помощью доказал существование электромагнитных волн и возможность их обнаружения. 25 апреля 1895 года Александр Степанович Попов сделал доклад, посвящённый использованию электромагнитных волн для передачи сигналов и продемонстрировал устройство для регистрации электрических колебаний – когерер.
Одновременно, в этом же 1895 г. Гульельмо Маркони провел опыты с электромагнитными волнами, целью которых было создание устройства для передачи сообщений. В марте 1896 года Попов, используя прибор собственной конструкции, передал на 250 метров радиограмму с двумя словами «Генрих Герц». В 1897 г. Маркони получил патент на устройство, похожее на прибор Попова. В 1901 году Маркони установил радио на борт парового автомобиля "Торнисрофт" и провел первую «мобильную» связь. С этого времени началось довольно бурное развитие радиосвязи и, прежде всего на военном флоте.
До 1904 года более пятидесяти российских кораблей были оснащены радиостанциями. 1900 году между островами Гогланд и Куутсала в Финском заливе действовала военная радиолиния протяженностью около 45 км, построенная под руководством А. С. Попова и А. А. Реммерта для спасения броненосца "Генерал-адмирал Апраксин". "Получена Гогланда телеграмма без проводов телефоном камень передний удален" - это была первая в истории радиограмма, переданная на расстояние более 40 верст.
С 1920 года вошло в жизнь регулярное общественное радиовещание. При этом радиостанция могла прервать трансляцию, чтобы передать сообщение о криминальном происшествии. Радиофицированные полицейские автопатрули, прослушав сообщение, получали возможность оперативно отреагировать и принять меры по пресечению нарушения общественного порядка.
Так начинались эксперименты с мобильной связью. Потребности в средствах наземной подвижной связи для оперативного управления действиями полиции привели в 1921 году к созданию в США первой диспетчерской системы телеграфной подвижной связи. В 1934 году Конгресс Соединенных Штатов создал Федеральную Комиссию Связи (ФКС). Дополнительно к регулированию наземного телефонного бизнеса, она также начала управлять диапазоном радио. Комиссия решала, кто какие должен получать частоты.
Коренной перелом в истории современной сотовой связи произошел в США в 1946 г. Фирмой AT&T были впервые предоставлены услуги мобильной связи частным лицам. Сотовый телефон располагался в автомобиле, весил 12 кг и объединял в себе телефон и приемопередатчик, в котором прием и передача велись на разных частотах. Связь осуществлялась через ретранслятор или базовую станцию (БС). Канал БС – телефон назывался downlink (восходящая связь), а канал телефон – БС – uplink (нисходящая связь).
Передатчик базовой станции обслуживал широкую область. Поскольку мобильный передатчик не был таким же мощным, как центральный, то его ответный сигнал не всегда достигал приемника базовой станции. Для надежной связи требовались дополнительные распределенные приемники, перенаправляющие сигнал к базовой станции. Этот процесс сохранения связи, при переходе абонента из одной области в другую был назван handoff (handover), т.е. эстафетная передача. Таким образом возникло и понятие роуминга (букв. бродяжничества) из одного района в другой.
Чтобы совершить обычный телефонный звонок с такого "мобильного" достаточно было передать сигнал на телефонную станцию, которая осуществляла соединение с абонентом. Звонок на "мобильный" из обычной сети совершался сложнее: абоненту необходимо было позвонить на телефонную станцию и сказать телефонистке номер телефона, установленного в машине. Говорить и одновременно слушать было невозможно: связь происходила как в обычных радиостанциях того времени - для того, чтобы говорить, надо было нажать и удерживать кнопку, затем отпустить ее, чтобы услышать ответное сообщение. Возможности связи были ограничены: мешали помехи и малый радиус действия радиостанции.
В июле 1947 года сотрудники Bell Laboratories У. Шокли, Дж. Бардин и У. Браттайн изобрели транзистор. Это, казалось, должно было произвести революцию в телефонной промышленности и радиосвязи. Однако радиопромышленность больше полагалась на лампы, и до его внедрения прошли годы.
Еще одна проблема, тормозящая развитие мобильной телефонии - ограниченность частотного ресурса, т.е. невозможность значительного увеличения количества фиксированных частот и как следствие взаимные помехи радиотелефонов, с близкими по частоте рабочими каналами.
В 1947 году произошло событие, послужившее отправной точкой для создания сотовой связи. Д. Рингом, сотрудником Bell Laboratories, была выдвинута идея сотового принципа связи, который подразумевал следующее. Базовые станции своими зонами покрытия образуют соты, размер которых определяется территориальной плотностью абонентов сети. Частотные каналы, используемые для работы одной из базовых станций сети, могут использоваться другими базовыми станциями этой сети. Также подразумевается handoff. Абонент сети, перемещаясь из зоны действия одной базовой станции в другую, может поддерживать непрерывную связь, как с подвижным абонентом, так и с абонентом проводной сети. Сети охватывают обширные территории, и абонент, находясь в зоне действия любой из базовых станций, может выйти на связь или его может вызвать другой абонент независимо от своего местоположения (услуга роуминга).
Важнейшее различие между обычной мобильной телефонной связью и сотовой состояло в многократном использовании одной и той же частоты. Но, несмотря на перспективность, реализация идеи задержалась почти на два десятка лет.
1 марта 1948 года первая полностью автоматическая служба радиотелефонии начала действовать в Ричмонде, устраняя операторов для установки большинства вызовов. В 1951 г. в Стокгольме С. Лауреном была разработана и испытана автоматическая мобильная телефонная система. Устройство состояло из приемопередатчика и логического блока, установленных в багажник автомобиля, с номеронабирателем и телефонной трубкой, висящими на обратной стороне переднего сиденья. Все питалось от аккумуляторной батареи автомобиля.
В Советском Союзе в 1962 году была разработана радиально - зоновая сеть спецсвязи "Алтай" ( А. П. Биленко, М. А. Шкуд, Л. Н. Моргунов, Г. З. Рубин, Г. А. Гринев, В. М. Кузьмин), которой пользовалась государственная элита. Она обеспечивала подвижность в пределах сот внушительного размера. Поскольку абонентов у этой сети было немного, вопрос об экономии радиочастотного ресурса не стоял. Система изготавливалась на Воронежском заводе "Электросигнал".
В январе 1969 года AT&T начала эксплуатацию коммерческой сотовой системы, впервые применяя многократное использование частот. Сеть предоставляла услуги связи с использованием таксофонов пассажирам поездов, движущихся между Нью-Йорком и Вашингтоном. Система использовала 6 каналов в диапазоне 450 МГц. Номиналы частот периодически повторялись в 9 зонах. Длина линии 225 миль (362 км).
Мобильные радиотелефоны того времени располагались в багажниках автомобилей, в вагонах поездов, но не в руках абонента.
Первый прототип современных сетей, созданный сотрудниками фирмы Motorola, мог обслуживать не более 30 абонентов и соединял их с наземными линиями связи. Его базовая станция была смонтирована 3 апреля 1973 года на вершине 50-этажного Alliance Capital Building в Нью-Йорке (ранее здание называлось Burlington Consolidated Tower). Фирмой руководил Мартин Купер. Сотовый телефон назывался Dyna-ТАС. Это была трубка весом 1.15 кг. и размерами 22.5х12.5х3.75 см. Передняя панель имела 12 клавиш: 10 цифровых и две для отправки вызова и прекращения разговора. Никакого дисплея, никаких дополнительных функций - они увеличили бы вес аппарата. Аккумулятор позволял разговаривать 35 минут, а заряжать его приходилось более 10 часов.
Motorola начала стремительно развивать успех. Однако официальное признание пришло почти через 10 лет. Как же это удалось? И разве не удивительно, что ФКС утвердила использование частот для Motorola (Dyna-Tac использовался официально), ведь чиновники всегда медлительны и очень скептически относятся к новому?
Рассказывают такую историю…
В начале 80-х основатель Motorola, Пол Галвин связался с вице-президентом Джорджем Бушем и попросил его устроить для семилетней внучки экскурсию по Белому Дому. Буш согласился, и пригласил Пола и его внучку. Как только экскурсия подошла к концу, Пол, взяв в руки мобильный телефон, задал Бушу следующий вопрос: «Почему бы тебе не позвонить Барбаре?». Буш согласился и взял телефон из рук Пола. «Ты знаешь, что я сейчас делаю? – спросил, разговаривая с женой возбуждённый Буш. – Я говорю по мобильному телефону!». Затем Буш спросил Пола: «Рон видел это?». Галвин сразу понял, кого имел в виду его друг и ответил отрицательно. В тот же день президент США Рональд Рейган и Пол Галвин встретились. Рейган сделал звонок с мобильника и сразу же взял быка за рога: «Какой статус у этого устройства?». Пол ответил, что Motorola ждёт уже несколько лет одобрения от комиссии, но всё безрезультатно, и намекнул, что если будут тянуть и дальше, то, Япония может стать первой. Услышав ответ, Рейган не долго думая, связался с помощником и сообщил ему буквально следующее: «Скажи управляющему ФКС, что я хочу, чтобы устройство Motorola вышло официально».
В итоге, в 1982 ФКС признала, что сотовые телефоны безопасны, а в 1983 модель Dyna-Tас была одобрена официально.
В декабре 1983 года модель Motorola DynaTAC 8000X стала первым портативным сотовым телефоном, получившим сертификат Федеральной Комиссии Cвязи США.
Наследник первой трубки, телефон DynaTAC 8000X весил 800 граммов, имел габариты 33х4,5х9 см и был оснащен светодиодным дисплеем. Разговаривать можно было целый час, а в режиме ожидания он мог находиться до восьми часов. Всего Motorola затратила 15 лет и $ 100 миллионов на создание первой мобильной сети.
В мае 1978 года в Бахрейне, телефонная компания Bahrain Telephone Company (Batelco) впервые в мире начала эксплуатацию коммерческой системы сотовой телефонной связи. Две соты с 20 каналами в диапазоне 400 МГц обслуживали 250 абонентов. Использовалось оборудование японской компании Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. (известна по торговой марке Panasonic).
Это событие, отмечает момент, когда впервые в мире отдельные личности начали использовать то, что мы считаем традиционным сотовым телефоном.
В июле 1978 года в США начала работу Advanced Mobile Phone Service (Усовершенствованная Служба Мобильных Телефонов) или AMPS.
В декабре 1979 года в Токио начала работу первая сотовая сеть связи из 88 базовых станций.
Одноименная сеть была создана компанией NTT (Nippon Telegraph and Telephone). Телефонное обслуживание осуществлялось в 23 районах города. Через 5 лет (1984) сеть была расширена до масштабов всей страны.
В 1981 году в Дании, Швеции, Финляндии, и Норвегии в диапазоне 450 МГц была создана Nordic Mobile Telephone System (Северная Мобильная Телефонная Система) или NMT-450, принципы построения которой, были подобны системе AMPS. Заработала первая сеть NMT-450 в сентябре 1981 года, в Саудовской Аравии, где она была смонтирована и запущена Шведской компанией “Ericsson”, принимавшей активное участие в создании этих сетей в Скандинавии. В октябре этого же года NMT–450 заработала в Швеции.
Эта система положила начало отсчета истории мобильной связи первого поколения (1G).
В настоящее время понятие поколение трактуется как уровень услуг связи, поэтому практически все существовавшие тогда сети можно отнести к первому поколению. Данные в таких сетях могли передаваться лишь на низких скоростях до 2,4 кбит/сек, а спектр ограничен сверху частотой 900 МГц.
NMT-сеть по праву претендовала на звание самой передовой в мире. По ряду качественных параметров она превосходила существовавшие в США и Японии. Но главное - она являлась действительно массовой.
В 1985 году в Великобритании были введены в эксплуатацию сети национального стандарта TACS (Total Access Communications System), разработанного на основе американского стандарта AMPS.
В 1987 году в связи с резким увеличением в Лондоне числа абонентов сотовой связи была расширена рабочая полоса частот до 900 МГц. Новая версия этого стандарта сотовой связи получила название ETACS (Enhanced TACS).
С целью разработки единого европейского стандарта цифровой сотовой связи, для выделенного в этих целях диапазона 900 МГц, в 1982 году Европейская Конференция Администраций Почт и Электросвязи (СЕРТ) - организация, объединяющая администрации связи 26 стран, - создала специальную группу Groupe Special Mobile. Аббревиатура GSM и дала название новому стандарту (позднее, в связи с широким распространением этого стандарта во всем мире, GSM стали расшифровывать как Global System for Mobile Communications). Работа продолжалась в течение нескольких лет. Так возник стандарт GSM - второе поколение (2G).
Для его внедрения потребовалось еще несколько лет, и лишь в 1990 г. финская фирма Radtolinia запустила первую в мире GSM-сеть. Через год аналогичные сети появились в других скандинавских странах.
Главное отличие систем второго поколения заключается в том, что они "цифровые", т.е. голос передается в цифровом виде. Самый простой сотовый телефон для этой системы представляет собой микрокомпьютер, который управляет не только процессом вызова и переговоров абонентов, но и выполняет множество других, ранее не доступных обыкновенному телефону операций. Для разделения каналов используются две технологии: частотное разделение (FDMA) и временное (TDMA). Данные передаются со скоростями до 14,4 кбит/сек.
Популярность GSM сетей обусловлена несколькими факторами, такими как услуги SMS (которых нет в других мобильных стандартах, таких как CDMA, TDMA, iDEN, PDC или PHS), применение SIM карты (Subscriber Identity Module), а также роуминг и совместимость. В настоящее время всей стандартизацией, связанной с системой GSM, занимается Европейский институт стандартов по телекоммуникациям ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Документация по стандарту доступна на сайте ETSI:
http://www.etsi.org .
Поначалу услуги GSM-операторов и абонентские терминалы были очень дорогими. Однако скоро трубки подешевели и перестали быть редкостью. Только за первый год существования сетей GSM в Скандинавии к ним подключилось более 1 млн человек.
Телефоны быстро прогрессировали, все новые и новые усовершенствования приводили к уменьшению их размеров и веса, к расширению возможностей.
1996 г. - Nokia представила первый Communicator - раньше никто и не мечтал о том, чтобы с помощью миниатюрного аппарата посылать электронную почту, работать с факсом, звонить знакомым и бродить по Интернету.
1996 г. - Motorola выпустила легендарный телефон-книжку StarTac GSM весом всего 90г.
1997 г. - Philips продемонстрировал Philips Spark с продолжительностью работы в режиме ожидания 350 ч.
1998 г. - Sharp удивил всех мобильником с сенсорным дисплеем - Sharp PMC-1 Smartphone.
1999 г. - 3-диапазонный аппарат Motorola L7089 и Ericsson T28s, который позиционировался производителем "как лучшее достижение человечества после огня и колеса".
1999 г. - реализация технология WAP в модели Nokia 7110.
В 1990 году американская Промышленная Ассоциация в области связи ТIА (Telecommunications Industry Association) утвердила национальный стандарт IS-54 цифровой сотовой связи. Этот стандарт стал более известен под аббревиатурой DAMPS или ADC.
Одновременно американская компания Qualcomm начала активную разработку нового стандарта сотовой связи, основанного на технологии кодового разделения каналов с применением шумоподобных сигналов - CDMA (Code Division Multiple Access). Возможности новой цифровой сотовой системы связи были впервые продемонстрированы в ноябре 1989 г. в Сан-Диего. В последующий период с 1990 по 1992 г. были проведены показательные испытания оборудования в различных городах и регионах (Нью-Йорк, Вашингтон, и т.д.), которые подтвердили исключительно высокие характеристики системы, отличающие ее от систем других стандартов. Цифровая сотовая система связи CDMA обеспечивающая повышенную емкость, была стандартизована в 1993 г. Американской телекоммуникационной промышленной ассоциацией (TIA) в виде стандарта IS-95.
Дальнейшим развитием систем 2G являются надстройки над ними GPRS (General Packet Radio Service) и EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution). Подобные системы принято относить к поколению 2,5G. Они обеспечивают передачу данных на более высокой скорости (GPRS 115 кбит/сек, EDGE 500 кбит/сек). Благодаря этому стало возможным обмениваться не только текстовыми сообщениями, но и графикой невысокого разрешения (MMS). Верхние частоты спектра систем поколений 2-2,5G ограничиваются в районе1800 МГц.
В 1990 году в региональных организациях стандартизации (ETSI - Европа, ARIB - Япония и ANSI - США) начались работы по созданию единого общемирового стандарта оборудования систем сотовой связи третьего (3G) поколения IMT-2000 (International Mobile Telecommunication). Основная предпосылка для выполнения этих работ состояла в том, что в скором времени пользователям мобильных систем станет необходимо будет предоставить возможность обмена мультимедийными файлами, обеспечить участие в глобальной информационной инфраструктуре. Системы должны будут работать на следующих скоростях передачи данных: для абонентов с высокой мобильностью (до 120 км/ч) - не менее 144 кбит/с, для абонентов с низкой мобильностью (до 3 км/ч) - 384 кбит/с, для неподвижных объектов на коротких расстояниях - 2,048 Мбит/с. В дальнейшем планируется увеличить скорость до 10 Мбит/сек. Такие сети можно условно отнести к поколению 3,5G.
В процессе работ по созданию единого мирового стандарта на сети третьего поколения были рассмотрены десятки разных предложений, сделанных ведущими в мире компаниями – производителями телекоммуникационного оборудования. Достичь полного согласия в выборе единого стандарта не удалось. В результате родилось целое семейство стандартов третьего поколения.
В 1998 году после многочисленных перекрестных оценок и испытаний организации по стандартизации из Европы, США, Японии и Кореи объединились в союз «Программа партнерства третьего поколения» (3G Partnership Project, 3GPP) для продвижения Wideband CDMA (WCDMA) в качестве наиболее подходящей технологии, на которую следует переходить растущей индустрии GSM.
В Европе разрабатывается система которую стали называть Универсальной службой мобильной телефонии UMTS (Universal Mobile Telephony Service), относящаяся к семейству IMT-2000. В ряде европейских стран уже выданы лицензии на создание сотовых сетей подвижной связи стандарта UMTS. Почти все лицензии 3G, выданные в мире на сегодняшний день, относятся к технологии WCDMA.
Первая европейская сеть WCDMA открылась 3 марта 2003 г. в Великобритании сотовым оператором Hutchison под коротким названием "3".
В марте 2002 года вышла спецификация Release 99. Она включает все, что необходимо для внедрения коммерческих сетей 3G. Совместимые с ней сети лягут в основу будущей более глобальной структуры, которая будет добавлена релизами 4, 5 и 6, что в свою очередь позволит UMTS развиваться достаточно быстрыми темпами. Каждый релиз, совместимый с предыдущими, создает платформу для внедрения операторами еще более инновационных услуг.
И, наконец, 4G – это система, скорее всего, на основе технологии OFDM, которая будет использовать спектр 40/60ГГц и позволит передавать данные со скоростями 100Мбит/сек.

Теперь рассмотрим вкратце технологии, используемые сегодня в мобильных телефонах.

BLUETOOTH и SWAP

В далеком 908 году у ютландского короля Горма Старого и его супруги Тиры родился сын Харальд. Ему была уготована великая судьба. Харальд I Блаатанд (в поздней транскрипции - Bluetooth, Синезубый), сумев подчинить своей воле разрозненных викингов, объединил Данию с Южной Норвегией и Южной Швецией, создав единое Датское королевство. Он же способствовал распространению в Скандинавии христианства, что, бесспорно, послужило единению культур.
Прошло почти 11 веков. В феврале 1998 года компании Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia решили объединить свои усилия для создания технологии беспроводного соединения мобильных устройств, организовав специальную рабочую группу SIG (Special Interest Group). И прозвище короля Харальда I - Bluetooth - вновь стало символом объединения - были разработаны беспроводные технологии Bluetooth и HomeRF (SWAP) -простые и дешевые решения для потребительского рынка.
Спецификация Shared Wireless Access Protocol (SWAP), основной конкурент технологии Bluetooth, предложена группой HomeRF. В сети этой технологии все устройства взаимодействуют через компьютер.
Идеология Bluetooth иная - это универсальный радиоинтерфейс, непосредственно связывающий самые разные устройства друг с другом и не требующий взаимодействия с компьютером. Спецификация Bluetooth описывает пакетный способ передачи информации с временным мультиплексированием. Радиообмен происходит в полосе частот 2400 - 2483,5 МГц. Метод обеспечивает конфиденциальность и некоторую помехозащищенность передач. Помехозащищенность обеспечивается тем, что если передаваемый пакет не смог быть принят, то приемник сообщает об этом и передача пакета повторяется, уже на другой частоте.
В разных странах используются разные диапазоны частот.

Страна

Диапазон частот, МГц

Европа и США

2400 ... 2483,5

Япония

2471 ... 2497

Испания

2445 ... 2475

Франция

2446,5 ... 2483,5

Протокол Bluetooth поддерживает как соединения точка - точка, так и точка - многоточка. Два или более использующих один и тот же канал устройства образуют пикосеть (piconet).
Одно из устройств работает как основное (master), а остальные - как подчиненные (slaves). В одной пикосети может быть до семи активных подчиненных устройств, при этом остальные подчиненные устройства находятся в состоянии «парковки», оставаясь синхронизированными с основным устройством.
Взаимодействующие пикосети образуют распределенную сеть (scatternet). В каждой пикосети действует только одно основное устройство, однако подчиненные устройства могут входить в различные пикосети. Кроме того, основное устройство одной пикосети может являться подчиненным в другой.

GPRS и EDGE

Необходимость доступа из сотовой сети в интернет обсуждалась в течение многих лет. В конце концов проблема была решена.
Запуск основанного на GSM-сетях радиосервиса GPRS (General Packet Radio Service) дал возможность соединения в любое время и в любом месте. Пользователи занимают радиоресурсы только тогда, когда происходит реальная передача данных. Это, по сути, означает, что в одной точке доступа можно обслужить большее число пользователей, тогда как скорости передачи данных остаются высокими. Эта новая технология создает пользователям возможность производить телефонные звонки и передавать данные одновременно со скоростями от 9,6 до 115 Кбит/с. В целом GPRS является очередной ступенью 2.5G от GSM к сотовым сетям третьего поколения - 3G.
Как работает GPRS? GPRS является так называемой накладывающейся технологией, распространяемой в сетях GSM, CDMA и TDMA. Данные расщепляются на пакеты и пересылаются по назначению разными путями по сети, затем снова собираются на принимающей стороне. Пакетная коммутация GPRS допускает любой существующий трафик IP или X.25 для пересылки данных через радиосеть GPRS.
Радиополосы распределяются динамическим образом в зависимости от типа контента - одновременно несколько или даже больше, в зависимости от того, передается ли текстовое сообщение или живое видео. Когда пользователь включает устройство, поддерживающее GPRS, обычно оно автоматически ищет канал GPRS в данной местности. Если соответствующий канал найден, устройство будет пытаться соединиться с сетью.
Эта технология применяет новый метод эффективной передачи пакетных данных по радиосетям. Технология пакетной коммутации основана на методах IP и X.25, которые очень популярны и широко используются во многих сетях. GPRS использует радиополосу шириной в 200 кГц, и она делится на восемь каналов. Общая емкость каналов составляет 271 Кбит/с, но каждый из этих каналов способен передавать потоки данных в 14,4 Кбит/с. Теоретически возможна скорость в 115 Кбит/с, но в реальных условиях она используется крайне редко или вообще не используется. Средняя скорость в 48 Кбит/с является наиболее вероятной оценкой, поскольку точки доступа поделены между множественными пользователями, причем диапазон или расположение приемника будут также зависеть от имеющейся в наличии ширины полосы. Этот результат гораздо лучше, чем могут предложить существующие устройства мобильных коммуникаций, дающие всего 9,6 Кбит/с.
Другим важным аспектом интернет-связи через GPRS - и это первое такого рода внедрение для широкополосной сети - является то, что соединение с интернет непрерывно (всегда «он-лайн»), и в то же время ему не приходится подтягивать ресурсы из точек доступа в то время, когда оно не используется, потому что данные передаются только тогда, когда в этом есть необходимость. Приемник запрашивает информацию, и устройство подтягивает в этот момент радиоресурсы, а затем снова находится в нерабочем состоянии, пока не начинает принимать запрошенную информацию.
Если к соте GSM одновременно подключаются сразу много пользователей GPRS и сота GSM не способна поддерживать такой объем голосового трафика, станция GPRS воспользуется радиоресурсами соседних сот GSM.
Таким образом, в реальности пользователи GPRS обслуживаются многими сотами GSM одновременно, когда в этом возникает необходимость. GPRS более или менее хорошо подходит для приложений, основанных на Wireless Application Protocol (WAP).
WAP достиг широкого распространения в новом поколении мобильных телефонов, поддерживающих микробраузеры.
Прямым следствием эволюции услуг GSM/GPRS является создание UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Это следующий этап от GPRS в направлении реальной мобильной сети третьего поколения (3G). Это широкополосная технология, основанная на пакетной передаче при скоростях передачи данных до 2 Мбит/с в помещениях и 348 Кбит/с на открытых пространствах. Пользователи услуг мобильной связи будут иметь доступ как к беспроводной, так и к спутниковой передаче сигнала. Спектр EMR для UMTS был предварительно распределен на полосы по 1885 - 2025 МГц для будущих систем IMT-2000, 1980 - 2010 МГц и 2170 - 2200 МГц для спутникового подразделения систем UMTS.
Наиболее удобный пока кандидат для перехода к 3G - это WCDMA (Wide Band Code Division Multi Access). Попросту говоря, WCDMA является основой технологии беспроводной передачи, которая использует уникальный пользовательский код для кодирования каналов. Каналы не используют отдельные полосы каналов, но разделяют полосу в 5 МГц, что дает им невероятную ширину полосы.

EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) - расширенные каналы данных для глобальной эволюции. Читается как «эдж». Это не самостоятельный стандарт, а технология увеличения пропускной способности осннованная на GPRS. Метод использует более совершенные методы модуляции и канального кодирования, то есть улучшенная GPRS. На практике, скорость достигает 34-40 кбит/сек (2МБ в минуту), а предусмотренная максимальная скорость составляет 473,6 кбит/сек. Теоретически, эта технология должна позволить нам общаться по видеофону, когда мы видим лицо собеседника в режиме реального времени или просто загружать файлы из сети интернет с большой скоростью. EDGE поддерживается не очень большим количеством телефонов. Так же операторам связи понадобится некоторое время и финансовые вливания для того, чтобы реализовать эту технологию.

1.2. Архитектура сети GSM

Пусть вас в данном случае не пугает слово «архитектура». Оно означает искусство строительства - зодчество, иными словами, создание целого из набора составляющих.
Сеть GSM состоит из множества функциональных объектов, которые условно можно разделить на три типа.
Мобильные телефоны, которыми пользуются абоненты, подсистема базовых станций, осуществляющая и контролирующая радиосвязь с мобильными телефонами, и сетевая подсистема, главная часть которой - коммутирующий центр услуг мобильной связи (Mobile service Switching Center, MSC) - производит коммутирование звонков между своими абонентами и пользователями других сетей, а также выполняет многие другие функции, такие как авторизация (подтверждение подлинности) и т.п.
Мобильный телефон и базовая станция осуществляют взаимодействие посредством радиосвязи (Um-интерфейс). Базовая станция взаимодействует с MSC через A-интерфейс (кабельная связь). Рассмотрим их в отдельности.

Мобильные телефоны 

Мобильный телефон, как и многие другие современные бытовые приборы, представляет собой микрокомпьютер, одним из компонентов которого является SIM -карта (Subscriber Identity Module), содержащая уникальный код и получившая название опознавательного модуля абонента. Она дает абонентам возможность свободного перемещения и доступа к любым сервисам сети независимо от местонахождения мобильного телефона и того, каким именно мобильным телефоном он пользуется. Вставив SIM-карту в другой сотовый телефон GSM, пользователь имеет возможность принимать звонки на этот телефон, производить с него звонки, а также пользоваться всеми сервисами, на которые он подписан.
Сами мобильные телефоны идентифицируются уникальным образом посредством международного идентификатора мобильного оборудования (International Mobile Equipment Identity, IMEI).
SIM-карта содержит международный идентификатор пользователя мобильных услуг (International Mobile Subscriber Identity, IMSI), идентифицирующий абонента, секретный код для авторизации и другую пользовательскую информацию.
IMEI и IMSI независимы, что обеспечивает личную мобильность абонентов.
SIM-карта может быть защищена от несанкционированного использования при помощи пароля либо персонального идентификационного номера.
Из чего состоит IMEI смотри в приложении.

Базовые станции

Подсистема базовых станций является связующим звеном между мобильными телефонами и сетевой подсистемой и состоит из двух частей: приемопередатчика базовой станции (Base Transceiver Station, BTS) и контроллера базовой станции (Base Station Controller, BSC), которые и обеспечивают согласованную работу.
В густонаселенных районах базовых станций должно быть больше. Требования к ним - устойчивость сигнала, надежность, портативность и минимальная стоимость.
Контроллер управляет процессом радиосвязи и обслуживает одну или несколько базовых станций.

Сетевая подсистема

Основой всей системы GSM, конечно же, является сетевая подсистема. Это мозг, который управляет всеми функциями сложного организма сети мобильной связи.
Центральным компонентом сетевой подсистемы является MSC - коммутирующий центр услуг мобильной связи. Он выполняет функции, необходимые для работы с абонентами мобильной связи, такие как регистрация, авторизация, обновление данных о местоположении, хэндоверы, маршрутизация звонков для абонентов, пользующихся услугой роуминга и многое другое. Эту работу выполняют несколько функциональных объектов, которые в совокупности и образуют сетевую подсистему. MSC также обеспечивает связь с обычными телефонными сетями.
Маршрутизацию звонков и роуминговые возможности GSM (в том числе интернациональный роуминг) обеспечивают базы данных HLR (Home Location Register) и VLR (Visitor Location Register), которые функционально не входят в состав MSC.
База HLR содержит всю административную информацию по каждому абоненту, зарегистрированному в соответствующей сети GSM, вместе с текущим местоположением мобильного телефона.
Регистратор VLR содержит избранную административную информацию из HLR, необходимую для контроля звонков и предоставления сервисов, на которые подписаны абоненты, для каждого мобильного телефона, расположенного в данный момент в географической области, контролируемой данным регистратором VLR.
Имеются еще две базы данных, которые используются для целей авторизации и обеспечения безопасности. Первая из них - база данных EIR (Equipment Identity Register) - представляет собой базу данных, содержащую перечень всех действующих мобильных телефонов в сети, причем каждый мобильный телефон идентифицирован посредством IMEI. IMEI помечается как недействительный, если о данном телефоне было сообщено, как о похищенном, либо тип этого устройства не сертифицирован для работы в сети. Вторая - центр авторизации - представляет собой защищенную базу данных, в которой хранятся копии секретных кодов, сохраненных на SIM-карте каждого абонента, которые используются для авторизации и шифровки радиоканалов.

Аспекты радиосвязи

Для мобильных сетей в Европе выделены следующие диапазоны частот: 890 - 915 МГц (GSM), 1710 - 1785 МГц (DCS) - для установления связи в прямом направлении (от мобильного телефона к базовой станции - восходящий канал) и 935 - 960 МГц (GSM), 1805 - 1880 МГц (DCS) - для установления связи в обратном направлении (от базовой станции к мобильному телефону - нисходящий канал). В конечном счете, весь GSM размещается в пределах полосы шириной 2x25 МГц, а DCS - в пределах полосы 2х75 МГц.

Давайте теперь выясним, как же разделяется весь этот диапазон между пользователями - абонентами?
Поскольку диапазон частот является ограниченным ресурсом, разделяемым между всеми пользователями, было придумано несколько методов разделения его между большим числом абонентов. Метод, выбранный для GSM, является комбинацией методов параллельного доступа с разделением времени и с распределением частот (Time - and Frequency - Division Multiple Access, TDMA/FDMA). FDMA включает распределение частот полосы шириной 25 МГц на 124 частотных канала шириной по 200 кГц (124 восходящих и 124 нисходящих) для GSM и полосы шириной 75 МГц на 374 канала для DCS.
Разнос между восходящим и нисходящим каналом - 45 МГц для GSM и 95 МГц для DCS.
Вышеизложенное поясняет, почему у нас не работают телефоны американского стандарта 1900.
Каждым частотным каналом могут одновременно пользоваться 8 абонентов. Каждому из них по очереди отводится небольшой отрезок времени тайм-слот (подканал) - время, в течение которого мобильный телефон одного из абонентов передает либо принимает информацию.
Один тайм-слот используется для передачи сигнала и один - для приема. Они передаются на разных частотах, разделены по времени, так что мобильный телефон не занимается приемом и передачей одновременно.
Наглядное представление такой структуры дает рисунок. Вообразите, что каждому частотному каналу соответствует один телефонный аппарат, подключенный к проводной линии. А к каждому из аппаратов имеют доступ по 8 абонентов, которые могут разговаривать по очереди в течение тайм-слота.

В зоне покрытия одной базовой станции в системе GSM теоретически одновременно могут разговаривать 124х8=992 абонента, а в системе DCS - 374х8=2992.
Реально каждая базовая станция поддерживает от 1 до 16 частотных каналов. Поэтому вышеприведенные значения на практике оказываются существенно ниже. Отсюда вытекает и то, что позвонить человеку, который находится в месте большого скопления людей, например на футбольном матче, бывает очень затруднительно.
Необходимо знать, что радиоволны используемых в системе GSM частот могут распространяться только в пределах прямой видимости, а естественные и искусственные преграды могут препятствовать их распространению. Сигнал частотой 1800 мГц при распространении обладает более сильным затуханием (примерно в 4 раза) по сравнению с сигналом частотой 900 мГц той же мощности. Соответственно он имеет и меньшую дальность распространения. Сеть 1800 мГц, таким образом, идеально подходит для обслуживания в городских условиях. При этом используется большое количество базовых станций, обеспечивающих большую пропускную способность (количество одновременно разговаривающих абонентов) каналов связи. Сеть 900 мГц, напротив, предпочтительнее для обслуживания больших территорий (вдоль автодорог и т.п.) при использовании меньшего числа базовых станций.
Длины волн, соответствующие частотам 900 и 1800 мГц, составляют соответственно примерно 33 и 17 см. Это влияет на размеры и эффективность антенны, поскольку размеры антенны для эффективной работы должны быть соизмеримы с длиной волны, а также на способность передаваемых сигналов проникать через небольшие отверстия, что недоступно для радиоволн обычного вещательного диапазона частот.
Процесс цифровой передачи голосового сигнала в сетях GSM использует ряд методов - таких как прерывистая передача и прерывистый прием - для улучшения качества передачи голоса, снижения энергопотребления мобильного телефона, а также для увеличения общей емкости сети.

Структура каналов

Базовым понятием является тайм-слот. Это период времени, в котором осуществляется связь (передача или прием) мобильного телефона и базовой станции. Его величина составляет 577 мкс. Тайм-слоты содержат не только речевую информацию, но и служебную и бывают пяти типов: нормальные (для передачи речи), подстройки частоты, синхронизации, установочные и доступа. Иными словами, тайм-слот представляет собой последовательность импульсов – код речи либо служебного сигнала.
Каждому каналу (т.е. разговору одного абонента) соответствует один тайм-слот на одной определенной частоте. А поскольку одна частота вмещает 8 тайм-слотов, мобильный телефон передает базовой станции информацию в течение 577 мкс каждые 4615 мкс, что соответствует частоте 217 Гц. Именно непосредственным детектированием этих импульсных сигналов и объясняется характерное низкочастотное гудение, которое слышно, когда мобильный телефон рядом с какой-либо аудиоаппаратурой. Базовая станция передает мобильному телефону точно так же, но на три тайм-слота раньше, чем мобильный телефон ей и на частоте на 45 МГц выше.
Скорость передачи данных по стандартному алгоритму составляет до 9,6 Кбит/с.

Кодирование речи

GSM - цифровая система, где речь, которая является аналоговой по своей природе, преобразуется из аналогового вида в цифровой. Для этого служат специальные устройства: ADC (Analog Digital Converter) - аналогоцифровые преобразователи. Естественно необходимо и обратное преобразование. Оно осуществляется при помощи DAC (Digital Analog Converter) цифроаналоговых преобразователей. Эти устройства, как правило, находятся внутри больших микросхем мобильного телефона.
Но этого мало. Для обеспечения безопасности (чтобы враг не подслушал) кодированный сигнал дополнительно шифруется.
Группа GSM в свое время исследовала несколько алгоритмов кодирования и шифрования речи, сравнивая субъективно воспринимаемое качество передачи речи и сложность реализации и выбрала наиболее оптимальный.

Многоканальное выравнивание

В диапазоне частот мобильной телефонии радиоволны отражаются от всевозможных объектов - зданий, холмов, автомобилей, самолетов и т.д. Поэтому антенна кроме полезного сигнала принимает большое количество отраженных. Для выделения нужного сигнала из группы нежелательных отраженных сигналов используется выравнивание. В процессе выравнивания используется алгоритм, исследующий, каким образом известный передаваемый сигнал изменяется при радиопередаче, и создается обратный фильтр для того, чтобы принять только требуемый сигнал.

Частотный скачок

Одной из главных особенностей мобильных сетей является сохранение связи, например, при переходе абонента в зону соседней базовой станции. Этот процесс был назван handoff (handover), т.е. эстафетная передача. Поэтому мобильному телефону приходится быть частотно подвижным, т.е. он должен уметь быстро переключаться между частотами при передаче, приеме, мониторинге тайм-слотов. Стандарт GSM осуществляет эту частотную подвижность при помощи т.н. медленных частотных скачков несущих частот. Алгоритм частотного скачка (т.е. изменения несущих частот) передается в Broadcast Control Channel (BCCH).

Прерывистая передача и прием

Минимизация взаимного влияния каналов является целью любой системы сотовой связи, поскольку позволяет улучшить обслуживание соты данного размера или использовать соты меньшего размера, повышая тем самым общую емкость системы. Для этого используется прерывистая передача методом бланкирования (Discontinuous Transmission, DTX) - метод, использующий тот факт, что в обычном разговоре человек говорит менее 40% времени всего разговора. На периоды молчания абонента производится отключение передатчика.
Преимуществом DTX является и то, что при этом потребление энергии мобильными телефонами снижается. Для уменьшения потребления энергии используется также прерывистый прием. Канал, используемый базовой станцией для передачи служебного сигнала о входящем звонке, разбит на подканалы и устроен таким образом, что мобильный телефон проверяет только отдельный подканал. Все остальное время мобильный телефон переключен в «спящий» режим, практически не потребляющий энергии.
Важным компонентом DTX является детектор голоса (Voice Activity Detection, VAD). Он должен уметь отделять голос от шума во входящем сигнале - задача при ближайшем рассмотрении далеко не простая. Если голосовой сигнал неверно интерпретируется как шум, то передатчик отключается, и на принимающем конце возникает такой крайне неприятный эффект, как проглатывание звуков. Этот эффект довольно часто наблюдается, когда один из абонентов находится в условиях повышенного уровня шума, например, на улице, в общественном транспорте и т.п. С другой стороны, если шум будет ошибочно интерпретироваться как голосовой сигнал, то значительно снизится сама эффективность DTX.
Не менее важно и то, что, когда передатчик отключен, на другом конце стоит полная тишина. Чтобы принимающий абонент был уверен, что соединение не разорвалось, его приемник создает искусственный «комфортный шум», воспроизводящий характеристики фонового шума со стороны передатчика.

Контроль мощности

Для уменьшения энергопотребления и взаимовлияния каналов мобильный телефон и базовая станция работают на максимально низкой, но достаточной для обеспечения нормального качества сигнала мощности. Мобильный телефон измеряет мощность сигнала или его качество и передает эту информацию базовой станции, контроллер которой решает, нужно ли (и когда) изменить мощность. Контроль мощности производится очень точно.
Для системы GSM 900 выделяют 5 классов мощности мобильных телефонов в зависимости от пиков мощности их передатчиков: 20, 8, 5, 2 и 0,8 Вт.
Мощность передатчиков мобильных телефонов системы GSM 1800 в два раза меньше, что положительно влияет на энергопотребление.
Порядок величин для мощностей базовых станций привести сложнее, так как операторы мобильной связи держат эту информацию в секрете. Однако можно предположить, что мощность средней передающей станции, работающей в городских условиях и покрывающей зону радиусом приблизительно 2 км, составляет несколько десятков ватт на сектор (обычно секторов три, т.е. 1 сектор = 120 градусов).
Мощность в системах связи принято оценивать величиной дБмВт - децибел-милливатт - децибелы, отсчитываемые относительно уровня 1 мВт:

P(дБмВт) = 10 lg P(Вт)/1 мВт.

Например: 10 Вт = +40 дБмВт, 100 Вт = +50 дБмВт, а их отношение составляет 10 дБ.

На величину сигнала, принимаемого мобильным телефоном, влияет не только мощность передатчика базовой станции, но и расстояние до нее, а также наличие всевозможных препятствий на пути сигнала от базовой станции к мобильному телефону. Например, железобетонные строения способны ослаблять сигнал в 100 - 1000 раз (20 - 30 дБ). При отсутствии препятствий сигнал ослабляется пропорционально квадрату расстояния.

Сетевые аспекты

Гарантия качества передачи голоса или данных представляет собой только половину задач мобильной сети сотовой связи. Тот факт, что географическая область, покрываемая сетью, подразделяется на соты, неизбежно приводит к хэндоверу - смене частот связи, иными словами эстафетной передаче. Кроме того, мобильному телефону в сети GSM доступен национальный и международный роуминг, поэтому должны осуществляться функции регистрации, авторизации, маршрутизации звонков и обновления данных о местонахождении. Эта информация, о которой многие пользователи даже не подозревают, называется служебной, и для ее передачи используется сложный программно-аппаратный комплекс.

Хэндовер

Строго говоря, хэндовер (handover), или handoff, как его называют в Северной Америке это эстафетная передача и представляет собой автоматическое переключение текущего разговора на другую соту. Однако хэндовером называют также любое переключение на другой канал или тайм-слот одной и той же соты с целью повышения качества связи.
Хэндоверы могут быть инициированы или мобильным телефоном, или коммутирующим центром (MSC) для распределения общего трафика в сети.
Используемые алгоритмы тесно привязаны к контролю энергопотребления т.к. контроллер базовой станции не «знает», связано ли плохое качество сигнала с условиями радиопередачи или с тем, что мобильный телефон переместился в другую соту. Это особенно актуально в небольших сотах для густонаселенных районов.
Наиболее простой алгоритм отдает предпочтение управлению мощностью перед хэндовером, т.е. когда сигнал ухудшается, мощность передатчика мобильного телефона возрастает. Если дальнейшее увеличение мощности не улучшает качества сигнала, то производится хэндовер.
Второй отдает предпочтение хэндоверу, т.е. при ухудшении качества связи мощность передатчика мобильного телефона остается прежней, а качество восстанавливается благодаря хэндоверу. Это снижает межканальную интерференцию, но сам метод весьма сложный.

Обновление местоположения и маршрутизация звонков


Обновление данных о местонахождении инициируется мобильным телефоном, когда при мониторинге канала Broadcast Control Channel он обнаруживает, что район передачи сигнала изменился по сравнению с тем, что был сохранен в памяти мобильного телефона в прошлый раз. Обновленный запрос и IMSI или предварительный TMSI посылается на новый регистратор VLR через новый центр MSC. Определяется роуминговый номер мобильного телефона (MSRN) и посылается на регистратор HLR (который всегда хранит данные о наиболее частом местонахождении) через новый VLR. Номер MSRN - обычный телефонный номер, который маршрутизирует звонок на новый VLR и, следовательно, переводится в TMSI мобильного телефона. База данных HLR пересылает обратно необходимые параметры управления звонками, а также посылает сообщение о прекращении обращений на старый VLR так, чтобы предыдущий MSRN мог быть снят. Наконец определяется новый TMSI, который посылается на мобильный телефон для идентификации будущих запросов на инициацию звонков.

Авторизация и безопасность

Поскольку радиоэфир может быть доступен всем, авторизация абонентов (удостоверение в том, что они именно те, кем себя заявляют) является очень важным элементом мобильной сети. При авторизации происходит взаимодействие двух объектов: SIM-карты в мобильном телефоне и центра проверки подлинности AC. Каждый абонент обладает секретным ключом, одна копия которого хранится на SIM-карте, а другая - в AC. Во время процедуры авторизации AC генерирует случайное число, которое передается на мобильный телефон. И мобильный телефон, и центр авторизации используют затем это число вместе с секретным ключом абонента и алгоритмом шифрации A3 для генерации подписанного отклика, который направляется обратно в центр авторизации. Если число, которое отправил мобильный телефон, совпадает с числом, вычисленным AC, абонент считается успешно прошедшим проверку.
Вычисленное выше число также используются для другого шифрующего алгоритма, называемого A5, для кодирования данных, посылаемых в эфир, предохраняя их от подслушивания посторонними.
Другой уровень безопасности обеспечивается самим мобильным телефоном (в противоположность мобильному абоненту). Как ранее упоминалось, каждый терминал GSM идентифицируется уникальным номером IMEI. Список таких номеров в сети хранится в базе данных EIR (Equipment Identity Register). Статус, возвращаемый в базу данных EIR в ответ на запрос IMEI , теоретически может быть одним из следующих:
- white-listed: «белый» список - терминалу разрешается подключиться к сети;
- grey-listed: «серый» список - терминал находится под наблюдением со стороны сети из-за возможных проблем;
- black-listed: «черный» список - терминал идентифицируется или как украденный, или как принадлежащий к типу, не предназначенному для использования в сети. Такому терминалу не разрешается подключаться к сети.

Алгоритм обмена между мобильным телефоном и базовой станцией

Для понимания принципа работы всей системы необходимо знать, что существует служебный канал Broadcast Control Channel (BCCH), который постоянно передает информацию, включающую характеристики базовой станции, параметры каналов и пр.
Как же устроен алгоритм связи мобильного телефона? Рассмотрим его на «живом» примере. Агент разведки Штирлиц для передачи на родину секретной информации покупает мобильный телефон GSM и SIM-карту для сети «А-НЕТ», садится в свою машину и уезжает.

1. Он вставляет SIM-карту в мобильный телефон, включает его, но еще не звонит. Мобильный телефон находится в режиме idle mode и начинает процесс выбора соты, т.е. приспосабливается к работе с сетью следующим образом.
После включения мобильный телефон сначала проверяет наличие списка частот ВССН в самом аппарате или в SIM. Поскольку аппарат включается в первый раз, эта информация еще отсутствует. Приемник мобильного телефона последовательно, с интервалом несколько секунд, настраивается на все 124 канала GSM, составляет список доступных каналов и проводит соответствующие замеры уровней принимаемых сигналов. Затем он настраивается на частоту с наибольшим уровнем сигнала и проверяет, осуществляется ли там передача подходящей соты, на которую мобильный телефон может настроиться.
Чтобы сота считалась подходящей, должны быть соблюдены три критерия:
а) сота относится к соответствующей сети, т.е. в данном случае к сети «А-НЕТ»;
б) сота не блокирована;
в) выполнен критерий доступности канала.
Пункт а) выполнен, если мобильный код страны и код мобильной сети, излучаемые базовой станцией, соответствуют заложенной в память SIM-карты информации.
Пункт б) выполнен, если в информации канала ВССН есть необходимое значение.
Пункт в) выполнен, если принимаемый сигнал не ниже определенного уровня. Этот критерий очень важен, поскольку все соты, которые ему не соответствуют, мобильный телефон будет игнорировать.

2. Штирлиц проезжает по местности, где базовая станция сети «Б-НЕТ» принимается лучше, чем базовая станция сети «А-НЕТ».
Мобильный телефон настраивается на канал с наибольшим уровнем приема и подготавливается к приему ВССН. Сначала производится поиск служебного канала коррекции частоты FСН, который служит для точной коррекции частоты синтезатора, чтобы компенсировать различные погрешности частоты, например, возникающие из-за скорости автомобиля. Затем производится поиск служебного канала синхронизации SСН, который предназначен для синхронизации и передачи мобильному телефону информации для декодирования ВССН.
После приема базовой станции сети «Б-НЕТ» мобильный телефон обнаруживает, что это не своя сеть, отказывается от работы с этой сотой и начинает работать с каналом, имеющим следующий по величине уровень сигнала.
Мобильный телефон определяет, что это сота сети «А-НЕТ» и не блокирована. Однако сигнал слабый и критерий уровеня приема не выполняется. Мобильный телефон вновь отказывается от работы с сотой. Но, так как это сота сети «А-НЕТ», мобильный телефон использует информацию ее канала BCCH, а именно список всех частот соседних станций. Среди них он находит ту, на которой уровень сигнала максимальный.
Таким образом, мобильный телефон нашел подходящую соту и начинает первоначальную прописку в сети.

3. Штирлиц с удовлетворением отметил, что его аппарат прописался в сети. Он едет дальше, пока не собираясь звонить. При этом он въезжает в соседнюю зону покрытия.
Мобильный телефон вычисляет, что уровень сигнала соседней соты, частоту которой он взял из информации ВССН, превосходит уровень соты, в которой он был только что зарегистрирован и с которой поддерживал связь, несмотря на отсутствие разговора.
Если сота относится к той же зоне расположения, должен сразу же произойти перевыбор соты, т.е. телефон должен перенастроиться на работу со следующей сотой. При этом о переходе в другую соту нет необходимости передавать какую-либо дополнительную информацию.
Однако мобильный телефон определяет, что соседняя сота передает другой код зоны расположения и, поэтому, переход в другую соту требует сообщения об изменении зоны расположения. Зона расположения это территориальная единица, которая известна HLR или VLR. Вызов мобильного телефона передается всеми базовыми станциями одной зоны расположения.
Поскольку телефон уже однозначно находится в новом районе, условие для перепрописки выполнено, и он передает на новую соту требование о проведении перепрописки.

4. Штирлиц случайно выключает мобильный телефон. Затем он вспоминает, что пора передать информацию на родину и снова включает его. После включения мобильный телефон вновь проводит поиск соты. Однако список частот ВССН, принятый от последней базовой станции, с которой работал мобильный телефон, уже внесен в память. Поэтому телефон опрашивает уже не все 124 канала ВССН, а только те, которые были указаны в списке и быстро находит соту, в которой был перед этим прописан. Так как одновременно выполняются и все условия пригодности соты (см. выше), телефон проверяет, не изменился ли код зоны расположения. Этого не произошло, значит, мобильный телефон прописан правильно.

5. Штирлиц набирает номер и нажимает кнопку SEND.
До сих пор мобильный телефон находился в режиме idle mode. После передачи одного или нескольких сигналов запроса связи происходит переключение в режим connected mode.
Главные различия между этими режимами с точки зрения контроля радиосвязи:
• помимо соединения по каналу базовая станция – мобильный телефон осуществляется и соединение по каналу мобильный телефон – базовая станция;
• контроль радиосвязи осуществляется уже не мобильным телефоном, а базовой станцией.
Мобильный телефон по каналу сигнализации SACCH начинает передавать на базовую станцию данные измерений уровня принимаемых сигналов собственной соты, числа ошибок и частоты ВССН максимум шести сильнейших соседних сот.
Одновременно и базовая станция начинает измерять уровень и качество сигналов принимаемых от мобильного телефона. Эти данные передаются с базовой станции на ее контроллер, где сразу же начинается процесс контроля радиосвязи, который включает регулировку мощности передатчика и оценку качества связи.

6. Связь наладить удалось успешно и связной Штирлица взял трубку через несколько секунд. Качество связи оказалось хорошим, так как Штирлиц находится недалеко от базовой станции.
При первом обращении к сети мобильный телефон использовал максимальную мощность своего передатчика. Эта мощность вблизи от базовой станции излишне высока, что приводит к излишнему расходу энергии аккумулятора и повышению уровня помех излучения (каждый радиосигнал GSM является полезным только для его абонента, для других этот сигнал является помехой). Поэтому сразу же начинается процесс контроля, чтобы отрегулировать мощности мобильного телефона и базовой станции до величин, когда за счет достаточно высокой мощности обеспечивается надежная связь, и в то же время, за счет минимально возможной мощности обеспечивается экономия батареи питания телефона и минимум уровня помех в сети.
Согласно рекомендациям GSM, мобильные телефоны должны иметь диапазон мощности от максимальной до 13 дБмВт (20 мВт) с шагом по 2 дБ. Для базовых станций со стороны GSM не имеется конкретных определений. Рекомендованным является нормальный диапазон до 15 ступеней по 2 дБ.

7. Параллельно с контролем мощности постоянно проходит процесс управления для хэндоверов.
Для этого имеются 4 условия: слишком низкий уровень сигнала, слишком большое число ошибок, превышается максимально допустимое расстояние до базовой станции, есть соседняя сота с большим по величине сигналом.
В то время как первые три причины приводят к хэндоверу, чтобы сохранить связь во время разговора, четвертая дает возможность использовать минимальную мощность.

8. Штирлицу предстоит важное дело, он торопится и быстро едет дальше, постепенно покидая зону покрытия новой соты.
Изначально хороший уровень сигнала понижается, одновременно повышается число ошибок. Однако Штирлиц ничего этого не замечает, поскольку система исправляет пока практически все ошибки.
Уровень сигнала продолжает падать и наступает момент, когда процесс контроля мощности дает команду на использование максимального значения.
После этого начинается процесс внутрисотового хэндовера. Целью его является переход на другой канал той же соты в случае помех в поисках лучшего качества связи.

9. Качество связи стало столь плохим, что Штирлиц уже перестает верить рекламному лозунгу Цифровая связь - связь без помех. Однако как раз в тот самый момент, когда он уже хотел положить трубку, связь опять стала четкой и ясной.
Это алгоритм хэндовера определил потребность в его проведении, и была найдена новая сота. Происходит это следующим образом.
Для всех потенциально подходящих сот проверяется их соответствие по уровню сигнала, принимаемого мобильным телефоном, т.е. проводится соответствующая проверка величины мощности базовой станции. Затем генерируется требование на хэндовер и передается на MSC. Сообщение содержит информацию о причине хэндовера и список доступных соседних сот. Информация упорядочена по величине мощности базовой станции, т.е. кандидатура с наилучшим показателем стоит на первом месте. За запросом на хэндовер следует ответный сигнал, который передается на мобильный телефон и содержит информацию для связи с новой сотой. Как только мобильный телефон передает в новую соту команду "хэндовер завершен", связь со старой сотой в MSC прерывается и процесс хэндовера останавливается.

10. Штирлиц все еще звонит. Он теперь находится почти в центре соты, и качество связи очень хорошее. Процесс контроля мощности уже значительно понизил мощность передатчика. Однако Штирлицу необходимо проехать через туннель длиной в 200 метров, и он не удивляется, что качество связи становится очень плохим. Но еще до того, как он выехал из туннеля, качество связи вновь повысилось до приемлемого уровня.
Естественно, в туннеле радиосигнал значительно ослабел. Число ошибок связи постепенно стало выше определенного порога, и была дана команда на немедленное включение максимальной мощности, как на базовой станции, так и на мобильном телефоне. Таким образом, обходится угроза прерывания связи и так можно объяснить, что качество связи у Штирлица еще в туннеле опять повысилось.

11. Штирлиц покидает зону покрытия данной соты, а новая сота, которая могла бы принять эту связь, пока недоступна. Поэтому связь полностью прерывается.
Однако Штирлиц успел передать необходимую информацию и облегченно вздохнул.

Способы сохранения мобильного инкогнито

Помимо своих неоспоримых преимуществ, мобильная связь имеет один большой недостаток: с того момента, как ты включишь свой телефон, ты находишься фактически "под колпаком" у своего оператора. Последний знает о тебе все: начиная от того, в какое время и по каким номерам осуществлялись звонки и заканчивая точным месторасположением. Избежать этого нельзя никак, а вот сохранить при необходимости некоторую степень конфиденциальности тебе поможет ряд нехитрых способов.

Тайна номера

Главное, что поможет тебя вычислить, причем не только оператору, но и обычному пользователю – это твой собственный номер. Если желаешь сохранить тайну, он должен быть не слишком запоминающимся («блатные номера» с повторяющимися цифрами здесь не пройдут), а идеальным вариантом будет воспользоваться услугой АнтиАОН. В последнем случае на дисплее у абонента, которому ты звонишь, будет отображаться надпись «Номер неизвестен», и для того, чтобы тебя рассекретить, придется звонить оператору, предварительно придумав вескую причину, чтобы тот выдал собеседнику заветный номерок. Впрочем, не факт, что оператор поведется на уговоры. Большинство отечественных операторов предоставляют услугу АнтиАОН как контрактным, так и Prepaid-абонентам. Оплачивать это удовольствие придется в отдельном порядке.
Не стоит забывать, что при отправке SMS-сообщений, твой номер будет отображаться в любом случае. Кроме того, оператор гарантирует качественную работу услуги АнтиАОН только в своей сети. Напоследок расскажем способ определения номера даже в случае, если у звонящего стоит АнтиАОН. Для этого необходимо активировать услугу «Кто звонил» (доступно пока абонентам WellCOM, Mobi, privat:mobile и life:)) и отключить телефон тогда, когда ты ожидаешь нужный звонок или же настроить переадресацию всех входящих вызовов на номер услуги «Кто звонил». Вызов в этом случае принять не удастся, зато ты точно узнаешь, с какого номера он был осуществлен.

Тайна местонахождения

Вычислить приблизительное местоположение можно, т.к. оператор всегда "знает", когда и с кем разговаривал каждый абонент. Кроме того, через определенные промежутки времени, когда телефон обменивается информацией с базовой станцией (т.н. "Location Update"), сеть "видит", к какой базовой станции подключен абонент. В городе, где станции расположены довольно густо, можно определить месторасположение абонента с достаточно высокой точностью. Таким образом, даже если ты не разговариваешь, сеть "знает", в пределах какой "Location Area" находится телефон, так как при перемещении из одной "Location Area" в другую это перемещение фиксируется.
Можно и более точно выяснить местоположение. Мы знаем, что система GSM полностью цифровая, т.е. процесс связи управляется компьютером и представляет собой периодический обмен информацией между базовой станцией и мобильным телефоном. Зная время между запросом базовой станции и ответом мобильного телефона, а также скорость распространения радиоволн, теоретически несложно определить расстояние от базовой станции до мобильного телефона. Для базовой станции телефон будет находиться на окружности, радиусом которой будет вычисленное значение расстояния. Если же с телефоном могут связаться, таким образом, одновременно три базовые станции, то положение его определяется однозначно. На сегодняшний день достоверно не известно, занимается ли кто-то пеленгованием. Однако теоретическая возможность существует.
Единственная возможность скрыть свое местонахождение – просто выключить телефон. Но если тебя уже выследили и идут по пятам, то можно прибегнуть к обману: если ты выключишь телефон, просто выдернув аккумулятор, то в сети останется информация о том, в какой "Location Area" телефон последний раз регистрировался в сети для отправки сообщений, звонков или "Location Update". Только спустя некоторое время после такого "грубого" выключения телефона оператор узнает, что ты "вне зоны". Иными словами, у тебя есть минут 20, чтобы быстро сменить текущее местонахождение, тогда как преследователи будут искать тебя там. Если же телефон выключается "правильно", то есть клавишей "Выкл", то SIM-карта посылает базовой станции информацию о том, в каком месте был выключен телефон.

Тайна переговоров

Известно, что весь трафик, проходящий по GSM-каналам, будь то разговор или SMS-сообщения, надежно шифруется. Перехватить его в эфире можно даже при помощи некоторых моделей TV-тюнеров, не говоря уже о специально созданных устройств. А вот расшифровать полученный разговор тебе, скорее всего, не удастся, за исключением тех случаев, когда мобильный оператор по своей инициативе снимет криптозащиту. Само собой разумеется, что для этого необходимы серьезные основания, например, по требованию государственных спецслужб в районе деятельности террористов или других опасных преступников алгоритм шифрования GSM-трафика снимается, что позволяет милиции с легкостью прослушать разговоры нарушителей и расстроить их планы. Однако, ты ведь не террорист и не желаешь, чтобы по нелепой случайности твой разговор был прослушан через динамики телевизора в соседней квартире, только потому, что в данной зоне было отключено шифрование. Тогда советуем приобрести специальный телефон с функцией защиты информации (криптозащитой), который часто используется самими спецслужбами или высокопоставленными чиновниками. Стоит такой телефон намного дороже обычных – от 3 до 5000 $, причем, он напрочь лишен «наворотов» вроде цветного экрана или полифонии. Кроме того, для полноценной работы системы необходимо, чтобы такой телефон был у тебя и у собеседника, иначе – никакого эффекта. Стоит ли тратить такие деньги только для того, чтобы твои разговоры с родственниками не стали достоянием общественности – решать тебе. Кстати, узнать, что трафик не шифруется, можно по наличию в углу экрана в телефонах Nokia значка в виде открытого замочка, а в аппаратах Siemens – восклицательного знака. Однако даже это не может быть подтверждением того, что разговоры прослушиваются.

Что дает внешняя антенна мобильному телефону

Казалось бы, что в случаях неуверенного приема обязательно поможет внешняя дополнительная антенна. На самом деле проблема неуверенного приема имеет несколько аспектов.
Первый – неуверенный прием в городе. В городах для связи в сетях GSM используется диапазон частот 1800 МГц. Этот диапазон характерен невысокими мощностями излучения базовых станций и как следствие малыми площадями сот. Но поскольку при этом задействовано большое количество сот, обслуживается гораздо большее количество одновременно разговаривающих абонентов. Проблемы с недостаточным уровнем сигнала возникают в основном в гаражах, подвалах, подземных переходах и т.п. Они решаются применением внешних антенн, устанавливаемых извне и соединяемых с телефоном коаксиальным кабелем.
Второй – неуверенный прием вне города. Вне городов (сельская местность, автодороги) используется диапазон 900 МГц. В этом диапазоне более высокие мощности излучения базовых станций, больше размеры сот, но гораздо меньшее количество одновременно обслуживаемых абонентов. Недостаточный уровень сигнала может оказаться на низменных участках рельефа (сигналы в диапазонах стандарта GSM распространяются по законам света – прямолинейно). В этом случае может помочь качественная внешняя антенна. Конструкция таких антенн может быть различной. Для автомобиля это может быть антенна, устанавливаемая на его крышу.
Также неуверенный прием вне города может быть связан с нахождением абонента на границе соты. Дело в том, что даже при наличии нормального уровня сигнала, телефон не сможет работать с базовой станцией вследствие того, что стандарт GSM критичен к времени прохождения сигнала от мобильного телефона до базовой станции. Радиус соты ограничен до 35 км возрастающей временной задержкой распространения сигнала, каким бы сильным ни был сигнал. Базовая станция, посылая сигнал мобильному телефону, ожидает от него ответа в течение некоторого времени. И если ответ опаздывает, базовая станция его игнорирует и как бы не "видит" мобильный телефон. В этом случае никакая антенна не поможет.

Вредность и нормы излучения мобильного телефона

Непосредственным источником излучения в мобильном телефоне является его антенна. Все остальные настолько маломощны, что их можно не принимать во внимание.
СВЧ излучение непосредственно нагревает ткани организма (полная аналогия с СВЧ печью) . Ток крови осуществляет теплоотвод и уменьшает нагрев. Но, к примеру, хрусталик глаза не омывается кровью и при значительном нагреве мутнеет. Эти изменения, как правило, необратимы. Процесс сопровождается резью в глазах и шумом в голове. Воздействие излучения на мозг человека значительно меньше, поскольку мозг экранирован черепной коробкой и имеет развитую кровеносную систему.
Различные стандарты имеют различную нагревательную способность. Телефон стандарта GSM 900/1800 опаснее, чем телефон стандарта NMT 450, поскольку частота излучения выше. Однако, в NMT 450 используются большие мощности. К счастью СВЧ мощность излучаения телефона невелика и до перегрева хрусталика и мозга дело не доходит. Но телефон в отличие от СВЧ печи излучает сложный сигнал. Биологические информационые взаимодействия изучены недостаточно, достоверные результаты исследований в открытой печати не публикуются и нам неизвестны.
Подводя итог всему вышеизложенному надо отметить, что на сегодняшний день нельзя точно сказать, что использование сотового телефона вредно или безопасно. Исследования в данной области проводятся, но их результаты неоднозначны.
Мы же можем пока сделать общие выводы, лишь сравнивая стандарты и телефоны между собой:
Чем больше время разговора по телефону, тем большее воздействие он оказывает на человека.
Большая чувствительность приемника в телефоне позволяет уменьшить мощность передатчика базовой станции.
Для количественной оценки применяют SAR. SAR - Specific Absorbtion Rate - единица измерения, показывающая максимальную удельную мощность, поглощаемую человеческим телом (Вт/кг) при обычном разговоре по сотовому телефону. Максимальный безопасный уровень – 2,0, большинство современных телефонов имеет SAR от 0,5 до 1,0.
Возможно, что на здоровье оказывает влияние не только излучение сотовых телефонов, но совокупность факторов. Например, излучение и нездоровый образ жизни.
Наиболее безопасным на сегодняшний день считается стандарт CDMA 800 MHz IS-95. Это связано с тем, что мобильные терминалы CDMA могут поддерживать качественное соединение с базами на минимальной мощности - так мощность всех мобильных терминалов CDMA не превышает 0.2 Вт (по сравнению с GSM900, где трубки излучают «не более» 2 Вт) - правда это пиковое значение.

Мониторим сеть

Помимо стандартных возможностей, предоставляемых оператором, в стандарте GSM есть еще и множество секретных функций. Так, например, узнать максимум данных о сети и окрестных базовых станциях поможет функция Net-Monitor, которая имеется в каждом телефоне, но надежно спрятана.
Если, например, код, отвечающий за показ на дисплее серийного номера, - *#06# - известен большинству пользователей, то остальные коды и возможности телефона не очень-то афишируются производителем, поскольку преимущественно касаются специалистов. Одним из таких “секретов” является функция, именуемая сервисным меню, служебным меню, Developer menu или функцией Netmonitor. Сервисное меню мобильного телефона - это скрытая функция, отображающая различную техническую информацию в различных аппаратах. Обычно эта информация касается двух вещей: параметров GSM-сети (например, уровня сигнала, принимаемого телефоном; расстояния до базовой станции; режимов, включенных в GSM-сети и т. д.) и самого телефона (напряжение аккумулятора, дата производства телефона, версия “прошивки” и т. д). В целом же эта функция дает представление о показателе уровня приема в дБ, переключении каналов, о выборе БС, проверке наличия GPRS/EDGE-покрытия и т.п.
Традиционно считается, что самое подробное скрытое меню - Netmonitor - присутствует в телефонах Nokia, начиная с модели 51ХХ. Оно позволяет наблюдать более чем за 100 параметрами телефона и сети. Однако обладатели новых моделей Nokia самостоятельно активировать специальное меню не смогут - для этого понадобится специальная прошивка, установить которую можно в сервисном центре.
Netmonitor присутствует в телефонах Motorola. Здесь необходимо нажать и удержать кнопку #, после чего экран разобьется на несколько прямоугольников. Это значит, что твоя Motorola может входить в тестовый режим (для некоторых моделей данная функция требует предварительной активации). Такие производители, как Alcatel и Sony Ericsson также оснастили свои детища встроенным скрытым меню, позволяющим контролировать телефон и параметры сети. А что касается компании LG, так здесь и вовсе функция Netmonitor работает практически во всех моделях. Для телефонов Samsung, также поддерживающих Netmonitor, даже приведены коды вызова этой. Так, для Samsung SGH-X100 необходимо набрать на клавиатуре *#8999*324#, а для SGH-V200 - *#9324 Компания Siemens - единственный производитель, сделавший Netmonitor оригинальным. Чтобы такая опция появилась в меню, необходимо взять номер IMSI твоей SIM-карты и обработать его специальной программой, иначе говоря, патчем. Потом ввести полученный результат в последнюю ячейку записной книжки SIM-карты. Теперь при установке SIM-карты в любой старый Siemens C25, S25, С35 открывается дополнительный пункт меню - NETMONITOR. В новых моделях Siemens проблема решается простой установкой небольшого патча.
Самые полезные функции в данном меню это: контроль частот, измерение расстояния до базовой станции, параметры батареи, качество связи и др. Однако, к сожалению, большинство этих полезных элементов скрыты под незнакомыми аббревиатурами, так что разобраться часто бывает очень сложно. Рассмотрим, что же означают показатели Net-Monitor на примере телефонов Nokia:
Начнем с того, что в любом экране Net-Monitor есть система подсказок (чтобы вызвать, нужно нажать и удерживать «*»), все, что нужно знать пользователю – лишь основные моменты.

Экpан 11: Инфоpмация о текущей антенне

СС:255 NC06 опеpатоp. 255-06, т.е. life:)
LAC: 044 область. 044 - Киевская
CH : 97 канал
CID: 201 номеp антенны в области. 201
20-я антенна 1-й сектоp

Экpан 1: Уpовень сигнала и pасстояние

СH RxL TxPwr CH - номеp канала (как в экpане 11)
TS TA RQ RLT RxL - уpовень сигнала
C1 C2
CHT TA - тайм эдванс, то есть pасстояние. Умножь на 547 и получишь в метpах.

Можно пpинудительно указать телефону, на какой канал подключиться. Для этого нужно в SIM-карте в ячейку номеp 33 внести номеp канала, затем перейти напрямую на экран 17 (не листая!), затем пеpезапустить телефон. После этого телефон пеpестанет «видеть» любые соседние антенны и будет регистрироваться только на этом канале.

Инопланетный гость или все, что нужно знать о спутниковой связи

Мобильные технологии стремительно развиваются, а сезонные падения тарифов стали привычным явлением. Не осталась в стороне и такая "экзотика", как спутниковая связь, еще недавно считавшаяся чем-то запредельным. Однако теперь, все, кого не удовлетворяет стандартный GSM, могут использовать этот вид связи, который в последнее время стал относительно доступным.

Еще совсем недавно разворачивание спутниковой связи предприятиями Украины казалось фантастикой. Но сегодня бизнесмены, туристы и все желающие уже могут позволить себе подобную роскошь. Как же работает спутниковый телефон, и почему тарифы на связь здесь примерно втрое превышают те, что мы привыкли видеть у привычных мобильных операторов.
Принцип функционирования спутниковой связи почти такой же, как и у GSM оператора. Единственное отличие в том, что у GSM оператора ретранслятор стоит на Земле и покрывает определенную территорию, а у спутниковой связи ретранслятор вынесен в космос. Вся протокольная часть такая же, как и у GSM оператора (протоколы передачи информации у GSM – G 703; такой же голосовой протокол и у спутниковой связи). Все это означает, что для того, чтобы стать полноценным оператором, нужно как минимум вывести на орбиту несколько спутников и осуществлять их техническое обслуживание, что уже само по себе стоит немалых денег. Этим и обусловлены достаточно высокие тарифы на спутниковую связь.
Взаимодействие спутник-телефон происходит точно также, как и у GSM оператора. В момент набора номера ты нажимаешь кнопку “Вызов”, идет сигнал на спутник, со спутника опускается на коммутатор (шлюз) и с коммутатора передается сигнал на вызываемого абонента. Кстати, для покрытия всего земного шара вовсе ненужно устанавливать сотни тысяч базовых станций, как в случае с GSM-операторами, достаточно всего 48 спутников. Но поверь, это обойдется не дешевле. Так, например, стоимость вывода низкоорбитального спутника на орбиту (Иридиум, Глобалстар) составляет 10-15 млн.$. А вот, геостационарный спутник (Турая) стоит намного дороже - 100-150 млн.$.
Сегодня в мире существует множество различных систем спутниковой связи. У каждой из них есть свои достоинства и недостатки. Однако в Украине доступны только следующие системы: Турая Украина, Глобалстар (Glоbalstar), Иридиум (Iridium).
Спутниковый телефон в нашей стране не купишь на радиорынке или в салоне мобильной связи - слишком экзотический товар. Но каждый оператор при подключении снабдит тебя таким терминалом. Правда, о телефонах за 1 гривну здесь лучше забыть. Раз уж решил подключаться, придется раскошеливаться.

Транковые системы связи

В обстановке постоянно нарастающей стесненности в радиочастотных ресурсах и растущих требований как к качеству и уровню пользовательского сервиса систем подвижной радиосвязи, так и к их пропускной способности, одним из наиболее эффективных путей развития систем подвижной радиосвязи является использование транкинга. Данная концепция используется в проводной телефонной связи уже на протяжении нескольких десятилетий и подразумевает автоматическое динамическое распределение имеющихся в наличии каналов связи для обслуживания большого количества пользователей.
При этом делаются следующие допущения:
- Вероятность того, что все пользователи одновременно попытаются получить доступ к системе, ничтожно мала;
- Допускается некоторый небольшой процент вызовов, в обслуживании которых будет отказано по причине занятости всех каналов связи в данный момент времени.
В отличие от проводной телефонии, где каждый пользователь имеет свою собственную линию к коммутационному оборудованию (АТС), а транкинг используется для межстанционных соединений, для систем подвижной радиосвязи используется транкинг соединений с коммутационным оборудованием (т.е. радиоканалов). Эта особенность приводит к необходимости выбора некоторого способа взаимодействия абонентской аппаратуры и базового оборудования системы для передачи информации о входящих и исходящих вызовах, а также управляющей информации. В настоящее время наиболее широко используются следующие способы управления мобильным оборудованием:
Системы без канала управления (например SmarTrunk II) - какой либо специальный канал управления отсутствует и все взаимодействие происходит через голосовые каналы системы. Для исходящего вызова абонентская радиостанция сама находит свободный канал системы и посылает запрос на соединение. При входящем вызове базовое оборудование системы посылает вызов в свободном канале, а станция находит этот канал путем сканирования.
Системы с распределенным каналом управления (например LTR) - обмен управляющей информацией происходит в голосовом канале одновременно с голосовым радиообменом. При этом, для обмена управляющей информацией используется низкочастотная поднесущая, лежащая ниже нижней границы диапазона звуковых частот, используемого для голосового радиообмена.
Системы с выделенным управляющим радиоканалом (например MPT-1327, SmartNet) - для управления системой используется специальный радиоканал. Аналогичный принцип используется также в системах протокола TETRA, где один из виртуальных каналов на одном из радиоканалов в зоне выделяется для управления системой.
По принципу выделения канала для радиообмена наиболее широко используются следующие методы:
- Транкинг передач (Transmission Trunking) - выделение голосового канала производится на время одного включения на передачу. Сразу после отпускания абонентом клавиши передачи радиоканал освобождается и становится доступен для других пользователей системы. Данный метод обеспечивает наивысшую степень эффективности использования радиочастотных ресурсов, но не может быть использован для телефонных вызовов, а также для связи между полнодуплексными абонентами.
- Транкинг сообщений (Message Trunking) - радиоканал выделяется на все время радиообмена.

Стандарт связи CDMA

СDMA - система множественного доступа с кодовым разделением - стала, возможно, самой многообещающей системой, появившейся на мировом рынке. Десятилетия назад эта технология использовалась в военной связи (США), а сегодня известна всем как глобальный цифровой стандарт для коммерческих систем коммуникаций. За последние пять лет технология использования CDMA была протестирована, стандартизирована, лицензирована и запущена в производство большинством поставщиков беспроводного оборудования и уже применяется во всем мире. В отличие от других методов доступа абонентов к сети, где энергия сигнала концентрируется на выбранных частотах или временных интервалах, сигналы CDMA распределены в непрерывном частотно-временном пространстве. Фактически метод манипулирует и частотой, и временем, и энергией.
Что выгодно отличает CDMA от других цифровых технологий?
В технологии CDMA возможно обеспечение высокого качества речи при одновременном снижении излучаемой мощности и уровне шумов. Результатом является постоянное высокое качество передачи речи и данных с минимальной средней выходной мощностью. В сотни раз меньшее значение выходной мощности в отличие от других, используемых в настоящее время стандартов - отличительное качество технологии CDMA при рассмотрении двух немаловажных факторов:
- воздействия на организм человека;
- продолжительности работы без подзарядки аккумулятора.
Емкость CDMA от десяти до двадцати раз выше, чем у аналоговых систем, и в три- шесть раз превышает емкость других цифровых систем. Сети, построенные на ее основе, эффективно используют радиочастотный ресурс, благодаря возможности многократного использования одних тех же частот в сети.
По характеристикам качества передачи речи параметры CDMA сопоставимы с качеством проводных каналов. Поскольку по каналам CDMA передается не только голос, но и любая другая информация, особую ценность имеет отсутствие помех. Если рядовой пользователь, по большому счету, безразличен к тому, звучит его голос при телефонном разговоре с безупречной чистотой или с небольшими помехами, то ошибки, допущенные при передаче файлов, могут нарушить целостность, например, корпоративной базы данных. Применяемый "код" служит не только для идентификации разговора того или иного пользователя, но и является одновременно своеобразным фильтром, устраняющим искажения и фоновые помехи. Встроенный алгоритм кодирования обеспечивает высокую степень конфиденциальности, обеспечивая защиту от несанкционированного доступа и прослушивания.
Система CDMA обеспечивает меньшую задержку в передаче голосового сообщения, чем другие системы подвижной связи. При использовании CDMA не приходится применять изощренные средства для подавления эхо-сигнала. Совершенный метод коррекции ошибок позволяет эффективно бороться с многолучевым распространением сигнала. Это свойство дает дополнительные преимущества CDMA в условиях городов с высотными застройками.
Абонент не хочет оставаться без связи при пересылке факса, когда телефон длительное время занят. CDMA предоставляет дополнительный сервис, обеспечивающий одновременную передачу голоса и факса по одному каналу. В технологии CDMA реализованы оригинальные алгоритмы упаковки данных для большей скорости их передачи.

Глава 2. Устройство мобильного телефона

Общие сведения.

Наконец-то, скажут многие, мы добрались до главного. Как же устроен этот сложный мобильный телефон? Для того чтобы понять, что в его устройстве нет ничего сложного, условно разделим его на части и рассмотрим каждую в отдельности.

Основой мобильного телефона, образно говоря, его сердцем является микропроцессор (UPP - Universal Phone Processor), который при помощи набора очень простых команд (операций) выполняет сложные действия, алгоритмы которых запрограммированы в памяти. Такая структура дает преимущества, поскольку память можно перепрограммировать. Именно в программе заложены практически все функциональные возможности аппарата, начиная с управления включением. Непосредственно к процессору подключается память, клавиатура и дисплей.
Приемопередатчик выполняет функции передачи и приема сигналов под управлением микропроцессора. Так как прием и передача в системе GSM разделены во времени, приемник и передатчик используют общую антенну. Основой приемопередатчика является цифровой сигнальный процессор - DSP (Digital Signal Processor), который осуществляет как формирование сигналов для передачи в эфир, так и декодирование принимаемых сигналов.
Контроллер питания представляет собой одну или несколько микросхем, которые выдают набор питающих напряжений для всего телефона, и каждое из которых формируется отдельно в те промежутки времени, когда это напряжение необходимо для работы. Такое устройство питания позволяет существенно экономить емкость аккумуляторной батареи. Кроме того, контроллер питания управляет зарядкой аккумулятора. Непосредственно к аккумулятору всегда подключены: контроллер питания, усилитель мощности приемопередатчика и схема формирования напряжения подсветки клавиатуры и дисплея. Она необходима, поскольку напряжение аккумулятора в процессе работы уменьшается, в то время как яркость подсветки должна оставаться постоянной. Контроллер заряда находится в телефоне и использует постоянное выпрямленное нестабилизированное напряжение внешнего зарядного устройства - "зарядки".
Несколько контроллеров, которые могут входить в состав одной микросхемы или нескольких, формируют:
- речевой сигнал (микрофон и динамик), сигналы гарнитуры формируются отдельными усилителями;
- вызывной сигнал (вибромотор и полифонический звонок);
- считывание и запись информации в SIM (Subscriber Identity Module)-карту;
- сигналы для оптического (ИК) порта, Bluetooth и другие - на схеме не показаны.
Обмен с компьютером осуществляется через системный коннектор.
Кроме вышеперечисленного все телефоны имеют системный тактовый генератор, который располагается в DSP, часы реального времени с кварцевым резонатором 32768 Гц, аналого – цифровые ADC (Analog-Digital Converter) и цифро – аналоговые DAC (Digital-Analog Converter) преобразователи.

Глава 3. Устройство отдельных частей мобильного телефона

Аккумуляторы

Приобретая мобильный телефон, человек, как правило, меньше всего задумывается над сроком его безотказной работы. А если и задумывается, то связывает его прежде всего с ненадежностью микросхем, радиоэлементов и механическими повреждениями. Исследования показывают, что первое место по отказам занимают элементы питания. В настоящее время в мобильных телефонах используют никель-кадмиевые (NiCd), никель-металл-гидридные (NiMH), литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (Li-Polymer) аккумуляторные батареи. Рассмотрим характеристики аккумуляторов.

Емкость аккумулятора

Емкость аккумулятора – максимальное количество электричества, которое можно получить от одной полной зарядки. Обозначается латинской буквой С и выражается в ампер-часах (А-ч) или миллиампер-часах (мА-ч). Так, например, аккумулятор емкостью 720 мА-ч способен отдавать в нагрузку ток 720 мА в течение оного часа или 360 мА в течение двух часов. При этом, конечно, разрядный ток не должен превышать некоторой максимальной силы для конкретного типа аккумулятора, иначе его пластины быстро выйдут из строя.

Внутреннее сопротивление аккумулятора

Чем оно меньше, тем больший ток способен отдать аккумулятор в нагрузку. Это очень важная характеристика. В режиме приема мобильный телефон потребляет небольшой ток. Однако во время разговора ток резко возрастает. В этом случае аккумуляторы с различным внутренним сопротивлением ведут себя по-разному. Никель-кадмиевые, обладающие наименьшим внутренним сопротивлением, легко отдают требуемый ток. Никель-металл-гидридные обладают самым высоким сопротивлением, поэтому дают просадку напряжения, которая может привести к сбоям либо ваш телефон выдаст сигнал, что аккумулятор разряжен. Так как мобильные телефоны в процессе работы потребляют более или менее стабильный ток, то для их питания применяют литий-ионные либо литий-полимерные аккумуляторы. Никель-металл-гидридные применяют при питании устройств, потребляющих стабильный ток.

Плотность энергии (Energy Density) заряженной батареи

Измеряется в ватт-часах, отнесенных к килограмму массы аккумулятора (встречается и к литру объема). Здесь лидируют литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы (110... 160 Вт/кг), заметно уступают им аккумуляторы 100… 130 Вт/кг. Никель-металл-гидридные аккумуляторы имеют этот показатель 60… 120, никель-кадмиевые - 45… 80 Вт х ч/кг. Из сказанного следует, что наименьшими размерами и весом при одинаковой емкости обладают литий-полимерные и литий-ионные аккумуляторы, несколько большими - никель-металл-гидридные. А литий-полимерным аккумуляторам можно придать практически любую форму.

Время заряда аккумулятора

Это довольно важная характеристика, поскольку при интенсивной эксплуатации аккумуляторы мобильных телефонов приходится заряжать почти ежедневно. Варьируется от 1 часа у никель-кадмиевых (при необходимости их можно зарядить за 15 минут) и 2… 4 часов у никель-металл-гидридных, литий-ионных и литий-полимерных.

Номинальное напряжение одного элемента

У никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов номинальное напряжение составляет 1,25 В, у литий-ионных и литий-полимерных - 3,6 В. Причем у первых двух типов напряжение в процессе разряда практически стабильно, в то время как у литий-ионных аккумуляторов в процессе разряда оно линейно снижается от 4,2 до 2,8 В.

Саморазряд аккумулятора

Саморазряд - уменьшение заряда заряженного, но не подключенного к потребителю энергии аккумулятора в процессе его хранения. Для никель-кадмиевых аккумуляторов это одно из слабых мест. У них потеря заряда достигает 10% в первые сутки после зарядки, а затем по 10% в месяц. Примерно такой же показатель и у никель-металл-гидридных аккумуляторов. Вне конкуренции по этому показателю литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы. У них саморазряд не превышает 2 – 5% в месяц, который происходит в основном из-за наличия схем контроля внутри аккумуляторов. Однако ограниченное время «жизни» этих аккумуляторов не дает полностью использовать это положительное качество.

Срок службы

Это одна из важнейших характеристик аккумуляторов, о которой пользователь задумывается почему-то в последнюю очередь. Для аккумуляторов с различной химией он определяется по-разному. Для одних аккумуляторов критичным является общее число рабочих циклов «заряд - разряд», в то время как для других - общее время их эксплуатации.
Никель-кадмиевые аккумуляторы выдерживают более 1500 циклов «заряд - разряд», и как показывает опыт, после восстановления могут проработать еще столько же. При правильном периодическом обслуживании никель-кадмиевые аккумуляторы служат от 5 до 10 и более лет, вплоть до механического износа их корпуса и внутренних контактов.
Никель-металл-гидридные аккумуляторы выдерживают около 500 циклов «заряд - разряд» и срок их службы редко превышает два года даже при весьма аккуратном их обслуживании.
Литий-ионные аккумуляторы можно заряжать-разряжать от 500 до 1000 раз. Но это число циклов полностью выбрать затруднительно из-за короткого срока службы - не более двух лет (по заявлениям производителей). Практически же литий-ионные аккумуляторы теряют свои эксплуатационные качества уже через год.
У литий-полимерных аккумуляторов число циклов «заряд - разряд» колеблется от 300 до 500, и они также редко служат более года. Кроме того, срок службы зависит и от степени разряда - при частичных разрядах он больше, чем при полных.
Никель-кадмиевые аккумуляторы имеют наименьшее время заряда, допускают наибольший ток нагрузки и обладают наименьшим соотношением цена - срок службы, но в то же время они наиболее критичны к точному соблюдению требований по правильной эксплуатации.

Характеристика/тип

NiCd

NiMH

Li-Ion

Li-Polymer

Внутреннее сопротивление

низкое

высокое

среднее

среднее

Число циклов «заряд - разряд» до снижения емкости на 80%/срок службы

>1500

500

500-1000/1,5 года

300-500/1,5 года

Время быстрого заряда, ч

1

2 - 4

2 - 4

2 – 4

Токи нагрузки относительно емкости (С) - пиковый

20С

>2С

>2С

Токи нагрузки относительно емкости (С) - наиболее приемлемый

до 0,5С

до 1С

до 1С

Плотность энергии, Вт/кг

45-80

60-120

110-160

100-130

Саморазряд за месяц при комнатной температуре, /%

20

30

10

10

Обслуживание через

30-60 дней

60-90 дней

Не регл.

Не регл.

Напряжение на элементе, В

1.25

1.25

3.6

3.6

Диапазон рабочих температур, ° С

–40…+60

–20…+60

–20…+60

0…+60

Год выхода на рынок

1950

1990

1991

1999

Сравнительная характеристика аккумуляторов 

Эффект памяти

Это общеизвестная проблема для никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов. Эффект памяти состоит в частичной (временной) потере емкости аккумулятора, если он будет поставлен на зарядку до полного разряда. Аккумулятор как бы помнит точку начала очередного цикла подзарядки и при разрядке активно отдает только полученную во время последней подзарядки емкость. Иными словами, не полностью разряженный аккумулятор помнит свою предыдущую емкость и, будучи снова полностью заряженным, при разряде отдает только такой заряд, какой он отдал в предыдущем цикле разряда. Проявляется в том, что напряжение в цепи нагруженного и, казалось бы, нормально заряженного аккумулятора внезапно, раньше времени, падает. Эффект памяти реально проявляется в том, что в повседневной жизни пользователи редко дожидаются полной разрядки аккумуляторов перед тем, как поставить их на зарядку.
Физическая суть эффекта памяти заключается в том, что при неполном разряде аккумулятора происходит укрупнение частиц рабочего вещества аккумулятора, соответственно общая площадь соприкосновения рабочего вещества с электролитом уменьшается. Вследствие этого всего за несколько месяцев емкость никель-кадмиевого или никель-металл-гидридного аккумулятора может сократиться в несколько раз.
Поэтому весьма важными для этих типов батарей являются периодические обслуживания, которые состоят в полной разрядке, а затем в полной зарядке аккумулятора. Этот процесс принято называть тренировкой аккумулятора. Никель-кадмиевые аккумуляторы требуют ежемесячной тренировки, никель-металл-гидридные - раз в два-три месяца.
При заметном уменьшении емкости никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов их подвергают процедуре восстановления. Она заключается в очень глубоком разряде аккумулятора, дробящем крупные частицы рабочего вещества на более мелкие. Для этого имеется специальное оборудование, к примеру, анализатор аккумуляторных батарей С7000 канадской фирмы CADEX. Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы не обладают эффектом памяти.

Устройство

Каждый аккумулятор имеет два электрода - положительный и отрицательный. Между электродами помещается разделительный слой, препятствующий разноименным электродам внутри аккумулятора соприкасаться друг с другом. Пространство между электродами заполнено электролитом (кислотным либо щелочным). Электроды могут быть выполнены как чередующиеся пластины.
Вначале аккумуляторы имели пробки, позволявшие стравливать выделяющиеся при заряде газы и сменять электролит. Позднее разработчики придумали изготавливать разные по размерам электроды, что позволило весь выделяющийся газ поглощать непрореагировавшей частью внутри аккумулятора. А это дало возможность производить аккумуляторы в герметичном корпусе.
В корпусах многих моделей аккумуляторов имеется встроенная электроника, не допускающая глубокого разряда, чрезмерного заряда или высокой температуры.

Заряд аккумуляторов

На сегодняшний день применяют три основных метода заряда аккумуляторов:
- нормальный или медленный заряд;
- быстрый заряд;
- скоростной заряд.

Отключение аккумулятора по окончании заряда производится с использованием:
- контроля температуры;
- контроля напряжения заряда;
- контроля спада напряжения заряда;
- контроля тока в конце заряда;
- таймера.

Нормальный или медленный заряд. Этот метод хотя и редко, но применяют для заряда никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов. Он дешевый, но приводит к кристаллизации элементов аккумулятора, что снижает емкость и срок службы. Для заряда литий-ионных и литий полимерных аккумуляторов данный метод применять нельзя, так как происходят необратимые изменения внутренней структуры аккумуляторов.
Зарядное устройство представляет собой источник постоянного напряжения, в выходную цепь которого последовательно включен задающий ток резистор. Зарядный ток аккумуляторов принято численно выражать в частях емкости аккумулятора С. Ток нормального заряда составляет приблизительно 0,1С. Таким образом при емкости аккумулятора 720 мА/час величина 0,1С будет составлять 72 мА.

Быстрый заряд. Используется только для заряда никель-кадмиевых аккумуляторов током 0,5С. Окончание заряда определяется достижением напряжения на аккумуляторе определенной величины.

Скоростной заряд. Характеризуется зарядным током 1С и включает в себя все способы отключения аккумулятора по окончании заряда.
Для заряда никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов применяют метод контроля окончания заряда по резкому незначительному снижению напряжения на аккумуляторе. Его называют отрицательным дельта V-зарядом. Его величина составляет 10…30 мВ на элемент.
Метод контроля температуры использует то, что в конце заряда проходит более интенсивный нагрев аккумулятора, и окончание заряда можно контролировать по скорости изменения температуры. При заряде никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов окончание заряда определяется в том случае, если изменение температуры достигнет 1°С/мин. Абсолютным порогом перегрева считается 60 °С.
Губительное действие на аккумулятор оказывает перезаряд, особенно если по окончании заряда его принудительно отключают, а затем снова подключают к зарядному устройству. При каждой такой операции инициируется цикл скоростного заряда при его высоком начальном токе. Частые подключения устройств, имеющих никель-кадмиевые и никель-металл-гидридные аккумуляторы, к внешним источникам питания значительно сокращают срок службы аккумуляторов.
Зарядные устройства литий-ионных аккумуляторов умеют определять степень заряда аккумулятора.
Особенностью заряда литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов является ограничение напряжения заряда. В настоящее время эти аккумуляторы можно заряжать до 4,20 В. Допустимое отклонение составляет 0,05 В.
При заряде литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов током 1С время заряда составляет 2-3 часа. В процессе заряда они не нагреваются. Аккумулятор достигает состояния полного заряда, когда напряжение на нем достигает 4,20 В + 0,05 В, а ток при этом значительно снижается и составляет примерно 3% от начального тока заряда.

Иногда приходится заряжать полностью разряженные аккумуляторы. В телефоне такой заряд осуществляется автоматически. А если отсутствует зарядное устройство?

При отсутствии специального зарядного устройства заряд аккумуляторов можно осуществить при помощи источника питания с регулируемым на выходе напряжением и максимальным рабочим током 2А и приборами контроля тока и напряжения следующим образом.

Для литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов.

1. Подключаем к источнику питания аккумулятор и устанавливаем такое напряжение на выходе источника питания, при котором ток равен 20 - 30 мА. По мере заряда зарядный ток постепенно уменьшается. Наша задача состоит в том, чтобы периодически поддерживать этот зарядный ток увеличением выходного напряжения источника питания до тех пор, пока выходное напряжение не достигнет 2,8 В (момент времени t1).

2. После этого увеличиваем таким же образом зарядный ток до величины 50 мА и поддерживаем его до тех пор, когда выходное напряжение достигнет 3,2 В (момент времени t2).

3. Производим дальнейшее увеличение зарядного тока до величины 1С и поддерживаем его до тех пор, когда выходное напряжение достигнет 4,2 В (момент времени t3).

4. Прекращаем увеличение выходного напряжения и начинаем контролировать зарядный ток, который должен постепенно уменьшаться.

5. При достижении зарядным током значения 20 - 30 мА зарядку прекращаем.

Для NiCd и NiMH аккумуляторов.

Повторяем предыдущие пп. 1 и 2, т.к. они одинаковы для всех аккумуляторов. Следующим шагом увеличиваем зарядный ток до величины 1С и поддерживаем его в течение 1 часа, после чего зарядку прекращаем (момент времени t3).

Необходимо отметить, что процесс зарядки можно остановить в любой момент последнего этапа зарядки. В этом случае аккумулятор окажется неполностью заряженным. Если вы захотите впоследствии дозарядить его, то литий-ионный и литий-полимерный аккумуляторы нормально воспримут дозаряд, а NiCd и NiMH перед дозарядом необходимо разрядить до напряжения 0,8 - 0,9 В на элемент, иначе возникнет эффект "памяти".

Для разряда и устранения эффекта "памяти" можно воспользоваться схемой.

В схеме использованы мощные выпрямительные диоды (10А), которые подбираются так, чтобы прямое падение напряжения на них составляло 0,8 - 0,9 В на элемент аккумулятора. Автомобильная "12 - вольтовая" лампочка служит для ограничения начального разрядного тока. Подключив аккумулятор по такой схеме, можно не беспокоиться о степени разряда - ниже напряжения прямого падения аккумулятор не разрядится.

Еще раз напоминаем, что для литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов категорически неприемлем метод заряда малыми токами. При этом внутри аккумулятора происходят необратимые процессы, и срок службы аккумуляторов сокращается. Губителен для них и перезаряд, в т.ч. повышение напряжения при заряде.

Очень нежелательно также заряжать их при температуре ниже 5 °С. При разгерметизации таких аккумуляторов следует опасаться попадания внутреннего их содержимого на кожу и в глаза.

Проверку большинства неисправных телефонов необходимо начинать с проверки аккумулятора.

Схемы питания и заряда

Схемы питания

Как уже было сказано, напряжения питания телефона формируется отдельно в те промежутки времени, когда это необходимо для работы. Контроллер питания представляет собой одну или несколько микросхем, которые выдают весь набор напряжений. Такое устройство питания позволяет существенно экономить емкость аккумуляторной батареи.
Существует два основных схемотехнических решения этого принципа. Весь комплекс напряжений питания формируется либо отдельными микросхемами стабилизаторов, либо микросхемой, в которую стабилизаторы входят как компоненты.
Практически во всех телефонах непосредственно (без стабилизаторов) к аккумуляторной батарее подключены микросхемы контроллера питания и усилителя мошности передатчика. В неактивном состоянии они потребляют незначительный ток. При включении телефона они активизируются и потребляют энергию аккумулятора в соответствии с алгоритмом работы телефона.
Включение телефона производится либо отдельной кнопкой, вырабатывающей сигнал для контроллера питания, который в свою очередь активизирует процессор и остальные компоненты схемы, либо кнопкой, которая входит в состав клавиатуры. Во втором случае сигнал включения вырабатывает сам процессор. Казалось бы, как можно послать сигнал микросхеме (процессору), на которую еще не поступило питание. Все дело в том, что выключенный телефон, на самом деле не выключен. До тех пор, пока из него не вынут аккумулятор, процессор телефона работает в т.н. "спящем" режиме на частоте кварцевого генератора внутренних часов и "ожидает" нажатия кнопки включения питания.

Схема заряда.

Заряд аккумуляторов производится методами, описанными выше, и реализуется программно. Для анализа показателей, по которым определяется состояние аккумулятора, величина зарядного тока и момент окончания заряда используются АЦП - аналого-цифровые преобразователи (ADC - Analog Digital Converter). Датчиком температуры, осуществляющим контроль, является терморезистор, находящийся внутри аккумулятора. Приведем обобщенную структурную схему, которая реализует тот или иной алгоритм заряда аккумулятора мобильного телефона.

Зарядное устройство телефона – прибор, который вставляется в сетевую розетку – представляет собой простой нестабилизированный источник питания низкого напряжения (6 – 9 В). На пути тока из гнезда зарядки в схему телефона стоят защитный предохранитель и стабилитрон, которые срабатывают при значительном, опасном для схемы телефона, повышении напряжения зарядного устройства. Появление нормального напряжения зарядного устройства является командой начала заряда аккумулятора. Напряжение с выхода регулятора через измерительный резистор поступает на положительную клемму аккумулятора. Измеренные с помощью АЦП значения напряжений на выводах измерительного резистора, поступают в процессор, который в соответствии с тем или иным алгоритмом, вырабатывает управляющий сигнал для формирования соответствующего зарядного тока. При этом заряд индицируется дисплеем телефона.
Отсутствие заряда может быть вызвано неисправностью зарядного устройства, отсутствием контакта в гнезде зарядки, неисправностью схемы заряда в телефоне, а также неисправностью аккумулятора.

Как заставить телефон работать дольше?

1 минута работы подсветки = 1 час в режиме Standby.
10 секунд работы с менюшками = 15 минут в режиме Standby.
1 минута приёма сетевой информации = 30 минут Standby.
Одна регистрация на следующей БС = 1 час в режиме Standby.
Включение телефона с поиском и регистрацией в сети = 2 часа в Standby.

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).

Далее обратим внимание на сменную память – карточки.

Гид покупателя - выбираем память

Тестируем карты памяти для всех моделей телефонов

Близятся времена, когда мобильный телефон без съемных карт памяти восприниматься, как компьютер без винчестера. Как определится с выбором объема карты памяти, производителя и формата? Есть ли разница в скорости записи данных на карту и их энергопотреблении? На эти и другие вопросы ответит наше независимое тестирование (Информация на начало 2006 года).

Типы памяти

Если раньше "карточная память" была исключительной прерогативой цифровых фотоаппаратов, то теперь трудно представить себе современных бизнес-телефон без поддержки сменной памяти. Обзавелись соответствующим слотом и все смартфоны, и даже некоторые молодежные мультимедийные аппараты оснащаются MP3-плеером слотом для карт памяти до неприличия высокой емкости. И все бы ничего, вот только карт последнее время появилось великое множество, равно как и производителей, их выпускающих.
В целом из общего обилия наименований можно выделить четыре основных стандарта (CompactFlash, Secure Digital, MultiMedia Card и Memory Stick). Со временем у каждого из форматов появились обновленные версии. Вместо обычных SD-карт производители стали использовать формат miniSD, Multimedia Card в результате обрезания превратилась в RS-MMC, а производители Memory Stick добавили к названию еще два слова, в результате чего появился формат Memory Stick Pro Duo. Помимо этого появились карты памяти, разработанные специально для использования в мобильных телефонах: это Trans-Flash (которыми оснащают свои телефоны компании LG и Samsung. Для новых смартфонов Nokia был создан формат MMC Mobile, отличающийся от RS-MMC пониженным напряжением, что экономит заряд аккумулятора.

Что нужно знать

Итак, что нужно знать, приобретая карту памяти. Во-первых, у каждой карточки, даже в пределах одного формата, имеются свои, подчас совершенно разные, характеристики, начиная с гарантийного срока и заканчивая скоростью записи/чтения и напряжением. Последний параметр отвечает за скорость разряда аккумулятора, а от скорости записи/чтения зависит, насколько быстро будет происходить передача данных в с/на телефон. Впрочем, высокая скорость передачи данных гораздо важнее для цифровых камер, но встроенные в телефон камеры здесь тоже не исключение. Вспомни, сколько раз отсняв кадр или их серию, приходится ждать, пока происходит их сохранение на карту. Так ведь можно упустить не один удачный кадр. Вот здесь как раз и нужна высокая скорость записи. Кроме того, есть и менее важные для пользователя параметры, такие, как температура эксплуатации (ты ведь не собираешься слушать плеер в Антаркдиде), жизненный цикл (он как правило составляет около 1 000 000 часов) и ударопрочность (по этому параметру большинство современных карт памяти находится на примерно одинаковом уровне).

Как мы тестировали

Тест-драйв карты памяти заключается в передаче информации на карту и считывание с нее при помощи кард-ридера с интерфейсом USB 2.0. Тестирование проводилось при помощи утилиты Drive Speed Test, которая оценивает среднюю скорость записи и чтения малых файлов, и на основе этих данных выводит среднюю скорость записи/чтения. Тестирование проводилось при помощи кард-ридера SanDisk ImageMate 12-in-1, а также Transcend Multi-Card Reader.
В качестве материала для теста мы взяли такие распространенные типы карт, как RS-MMC (Transcend, Apacer, Sandisk), MiniSD (Kingston, Delkin Devices, Apacer, Transcend), TransFlash (Sandisk), а также Memory Stick Pro Duo (SanDisk). За основу был взят объем 256Мб, как наиболее распространенный сегодня. Целью было сравнить как скорость работы различных типов карт памяти, так и одного продукта от разных производителей. Напоследок мы решили узнать, насколько изменятся средние скорости записи и чтения при изменении объема карты (на примере карты MMC Mobile от Apacer объемом 256 и 512Мб). Итак, вот, что у нас получилось:

RS-MMC

Данный тип карт памяти является производным форматом от MMC и используется в большинстве телефонов и смартфонов европейских производителей. Обрезанная версия MMC-карт имеет размеры 1,4х1,8х24мм при весе 0,8 г. В нашем распоряжении было два типа данных карт – RS-MMC и MMC Mobile. Последние используются в новых смартфонах компании Nokia (Nokia 6630, 6680, 6681), которые работают при пониженном напряжении. Однако данный тип карт памяти совместим со всеми остальными аппаратами, которые работают с обычными RS-MMC (Siemens M/CX75, Nokia 6230, Samsung SGH P730). Тест показал, что производительность карт MMC-Mobile немного превосходит в отельных показателях обычные RS-MMC, впрочем, пользователь это скорее всего не заметит. Дело в том, что специфика работы мобильного телефона и даже смартфона не требует от карты памяти работы на пределе возможностей. Тут гораздо более важным показателем является процессор телефона, который не пока позволяет раскрыть на все сто потенциал производительности карты памяти. Советуем воздержаться от приобретения карты формата MMC-Mobile, если твой аппарат поддерживает работу с обычной RS-MMC. Последняя стоит значительно дешевле, тогда как особой разницы в работе замечено не было. Но есть и обратная сторона медали: скорее всего в будущем большинство телефонов перейдет на формат MMC-Mobile, поэтому приобретение такой карточки будет «покупкой на вырост».

MMC-Mobile Transcend 256Мб

RS-MMC SanDisk 256Мб

MMC-Mobile APACER 256 MB

MMC-Mobile APACER 512 Мб

Фактический объем

245 Мб

243 Мб

245 Мб

490 Мб

Средняя скорость записи

1522 кб/с

974 кб/с

896 кб/с

1195 Кб/с

Средняя скорость чтения

6251 кб/с

7511 кб/с

6870 Кб/с

6618 Кб/с

Скорость удаления файлов

20Мб за 0,2 секунды

20Мб за 0,6 секунды

20Мб за 0,2 секунды

20Мб за 1,5 секунды

Спектр рабочих температур

-25 + 85

-25 + 85

-25 + 85

-25 + 85

Рабочее напряжение

1,8-3,3V

2,7-3,6V

1,8-3,3V

1,8-3,3V

Гарантия

5 лет

5 лет

3 года

3 года

Цена

175 грн

170 грн

200 грн

300 грн

MiniSD

Карты SD отличаются повышенным уровнем защиты данных. Сбоку здесь имеется специальный рычажок, переключением которого диск защищается от перезаписи. В уменьшенной версии – miniSD, такой возможности, естественно, нет. Как и во всех аналогичных случаях, miniSD комплектуется адаптером, который превращает ее в обычную карту SD.

MiniSD Apacer 256Мб

MiniSD Kingston 256Мб

MiniSD Transcend 256Мб

MiniSD Delkin Devices 256Мб

Фактический объем

243 Мб

243 Мб

244 Мб

244 Мб

Средняя скорость записи

2642 кб/с

1753 кб/с

2189 кб/с

1163Кб/с

Средняя скорость чтения

5958кб/с

3628кб/с

5666кб/с

6695кб/с

Скорость удаления файлов

20Мб за 0,099 секунды

20Мб за 0,1 секунды

20Мб за 0,2 секунды

20Мб за 0,08 секунды

Спектр рабочих температур

-25 + 85

-25 + 85

-25 + 85

-25 + 85

Рабочее напряжение

2,7-3,6V

2,7-3,6V

2,7-3,6V

2,7-3,6V

Гарантия

3 года

5 лет

5 лет

Пожизненная

Цена

210 грн

230 грн

235 грн

225 грн

Memory Stick PRO Duo и TransFlash

Данные типы карт мы решили объединить в один раздел, так как они являются нишевыми разработками конкретных производителей. Так Memory Stick PRO Duo является разработкой компании Sony и используется в телефонах и смартфонах Sony-Ericsson. Карты памяти отличаются размерами 1,6x31x20 мм при весе 2 гр. В комплекте к данным картам идет адаптер, который позволяет использовать карту в качестве обычной MMC. Что касается карт памяти TransFlash, то данной технологии предрекали большое будущее именно на мобильной платформе, благодаря более, чем скромным размерам. Еще бы, ведь эти карты являются на сегодняшний день самыми маленькими и компактными. Размеры составляют 1x11x15мм при весе

Memory Stick PRO Duo 256 Мб SanDisk

TransFlash 256Мб Sandisk

Фактический объем

238 Мб

241 Мб

Средняя скорость записи

2381 кб/с

2642 кб/с

Средняя скорость чтения

5486 кб/с

5958 кб/с

Скорость удаления файлов

20Мб за 0,11 секунды

20Мб за 0,099 секунды

Спектр рабочих температур

0 + 60

-25 + 85

Рабочее напряжение

2,7-3,6V

2,7-3,6V

Гарантия

5 лет

5 лет

Цена

216 грн

235 грн

Что выбрать?

Итак, в ходе теста была выявлен ряд интересных закономерностей. Во-первых, производительность карт памяти различается в зависимости от типа карт и производителя. Однако, выявить четкого лидера нам так и не удалось, что впрочем, закономерно. Дело в том, что в тесте принимала участие продукция наиболее известных брендов, которая по определению не может быть некачественной. Единственный совет: не стоит гнаться за дешевизной, приобретая unnamed-продукцию в сомнительных точках. В остальном выбор зависит исключительно от того, какой тип памяти поддерживает твой телефон, а выбор производителя – от стоимости продукции. Так, например карты памяти SD и их производные miniSD считаются недорогими, но при этом весьма надежные. Что же касается карт памяти TransFlash и MMС-Mobile, то они появились на рынке сравнительно недавно, чем обусловлена их относительно высокая стоимость. Если оценивать производителей, то среди них можно выделить таких, в арсенале которых имеется широкий ассортимент модулей памяти (SanDisc) и тех, кто специализируется на выпуске лишь одного типа карт (Sony).

Благодарим за предоставленную продукцию компанию «ИТКОМ» (Memory Stick PRO Duo 256 Мб SanDisk, TransFlash 256Мб Sandisk, RS-MMC SanDisk 256Мб, Sandisk ImageMate 12-in-1 Reader/Writer).

А также компанию «ЮГ-Контракт» (APACER MMC-Mobile 256Мб, APACER MiniSD 256Мб, Delkin MiniSD 256Мб, Kingston miniSD 256Мб, Transcend miniSD 256Мб, MMC-Mobile Transcend 256Мб, Transcend Multi-card Adapter).

Для твоего телефона:

RS-MMC – Nokia 6230 (c адаптером под ММС), Nokia 6600, Nokia 7610, Nokia 6670, Nokia 3230, Siemens SX1, Siemens CX/M75, Samsung SGH P730)

MMC-Mobile – Nokia 6630, Nokia 6680/6681, Nokia N-Series)

MiniSD – T-Mobile SDA, T-Mobile SDA Music, Motorola MPX200, Motorola MPX220, I-mate Jam.

TransFlash – Samsung D600, LG M4410, Motorola V635, Motorola E398.

Memory Stick PRO Duo – Sony-Ericsson K750i, Sony-Ericsson W800i, Sony-Ericsson P990i.

Приемопередающий тракт

Основная задача любого телефона состоит в том, чтобы передать звук. Как же передается звук при помощи радиоволн? Рассмотрим принцип этого процесса.

Микрофон преобразует звук в электрический сигнал низкой частоты. Диапазон звуковых частот в телефонии ограничен и составляет 300 … 3400 Гц. Для образования электромагнитных волн, которые передаются в пространство, необходимы гораздо более высокие частоты. Для того чтобы осуществить передачу низкочастотных сигналов, необходимо использовать высокие частоты, уподобив низкочастотный сигнал пассажиру, который садится в поезд высокой частоты. Он садится на станции отправления (передатчик) и выходит на станции назначения (приемник). Таким образом, высокая частота играет вспомогательную роль средства передвижения для сигнала низкой частоты. Такая посадка "пассажира" в "поезд" называется модуляцией. Если бы информация передавалась в ее естественной полосе радиоволнами низких частот, то любые два сигнала стали бы перекрываться и служить помехой друг другу, а используя высокие частоты мы получаем одновременно много каналов связи на разных частотах.

Как же практически осуществляется модуляция? Учитывая тот факт, что система GSM цифровая, низкочастотный полезный сигнал имеет вид импульсов. Принцип модуляции состоит в сложении сигналов, а в простейшем случае - попеременном включении и выключении генератора высокой частоты (несущей) передатчика импульсами низкой частоты (частоты модуляции).

С точки зрения теории частота такого результирующего сигнала представляет собой сумму частот сигналов:

fрез= f нес + f мод.

Упрощенная структурная схема передатчика изображена на рисунке.

Выделение приемником полезного сигнала осуществляется на принципе преобразования частоты. Этот метод основан на явлении биений, физическая сущность которого состоит в том, что когда два периодических колебания накладывают одно на другое, результирующее колебание содержит частотную составляющую, равную разности частот обоих колебаний:

f = f1 – f2

Таким образом, для выделения полезного низкочастотного сигнала fмод из принятого высокочастотного сигнала fпр достаточно сложить его с высокочастотным сигналом, частота которого равна частоте несущей:

fмод = fпр – fнес.

Это называется прямым преобразованием частоты. Упрощенная структурная схема приемника изображена на рисунке.

Объединив схемы приемника и передатчика, мы получаем упрощенную схему трансивера (приемопередатчика).

Реальный процесс происходит сложнее, хотя принцип остается неизменным. В настоящее время благодаря достижениям производителей элементной базы мобильных телефонов созданы специальные мультистандартные процессоры для обработки принимаемых сигналов и быстроперестраиваемые трансиверные модули. Причем из соображений снижения себестоимости в одном корпусе микросхемы стараются поместить несколько функциональных узлов. По принципу прямого преобразования приемопередающий тракт начали строить приблизительно с 2000 г.

Детали приемопередающего тракта

Все части приемопередающего тракта располагаются на плате телефона, как правило, в непосредственной близости от антенны. Рассмотрим их подробнее.

Основой приемопередатчика телефона является цифровой сигнальный процессор, который формирует сигналы для последующего усиления и передачи их в эфир, а также декодирует и дешифрирует принимаемые сигналы и управляет генератором несущих частот.

Передатчик – он же усилитель мощности (РА). Это микросхема, представляющая собой мощный транзисторный усилитель, собранный на керамическом основании, и имеющий компоненты для регулировки усиления и цепи для измерения уровня сигнала на его выходе. Вследствие применения керамики, он боится механических нагрузок, в т.ч. ударов, сотрясений и пр.

Антенный переключатель (ASW). Микрохема, собранная из дискретных компонентов - диодов, резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности. На схеме показаны только резисторы, а в реальной конструкции используются также катушки индуктивности и конденсаторы, которые служат для фильтрации высокочастотных сигналов (для непроникновения их в цепи управления).

В исходном состоянии на всех управляющих входах схемы низкий уровень сигнала - логический ноль. При этом все диоды находятся в закрытом состоянии, т.е. не проводят электрический ток и имеют высокое сопротивление. Как только на один из управляющих входов поступает сигнал логической единицы - высокий уровень, соответствующий диод открывается, и постоянный ток управляющего сигнала протекает через диод и катушку индуктивности в цепи антенны. При этом высокочастотный сигнал свободно проходит через открытый (имеющий уже низкое сопротивление) диод либо из антенны на прием, либо из усилителя мощности в антенну. Катушка индуктивности в цепи антенны для высокочастотного сигнала имеет высокое сопротивление.

Входные цепи приемника. Во входных цепях используются малошумящие транзисторные усилители (не всегда) и полосовые ПАВ фильтры - приборы, основаные на возбуждении, передаче и приеме поверхностных акустических волн, которые распространяются в материале (ниобат лития и др.). Меняя геометрические размеры возбуждающей и приемной антенн, можно получить разный коэффициент передачи прибора.

Работа телефона зимой

Работа телефона при низкой температуре обусловлена влиянием таковой на каждую микросхему и компонент телефона. Например, фирма Nokia гарантирует работу некоторых своих телефонов в диапазоне температур от -10оС до +50 оС. Это значит, что даже самое слабое звено схемы телефона должно вписываться в этот температурный диапазон. Однако, известно, что далеко не все телефоны, продающиеся под маркой фирмы, произведены на заводах фирмы. А нелегальные производители экономят на всем, в т.ч. и на комплектующих, используя и те, которые не прошли строгий температурный контроль. Выводы сделать несложно.

SIM-карта

Прочтя предыдущую часть, вы поняли, что мобильный телефон - это микрокомпьютер. Но самое интересное в том, что в нем находится еще один микрокомпьютер. Да, это SIM-карта.

Возникновение SIM-карт

SIM-карты являются неотъемлемыми частями сотовых телефонов GSM, хотя телефоны других стандартов вполне обходятся без них. Зачем же потребовались SIM-карты?

Для того чтобы мобильный телефон мог обслуживаться в сотовой сети, он должен быть для нее «своим», т.е. иметь индивидуальное «имя», по которому сеть будет к нему обращаться. «Своими» в сотовой сети телефоны становились после регистрации. А «именами», начиная с самых первых систем сотовой связи, служили уникальные заводские номера аппаратов и их электронные аналоги - Electronic Serial Number (ESN). Этот номер мобильный телефон сообщал сотовой сети для выполнения звонка. Вызов передавался также с использованием его ESN.

Компания Ericsson, создавшая первую сотовую сеть стандарта NMT-450 в Саудовской Аравии, поставляла все оборудование - от коммутатора до мобильных телефонов, номера которых были известны еще при производстве. Все операции по их «прописке» в сети выполнялись на заводе. В дальнейшем ситуация усложнилась. Число производителей сотовых телефонов возросло, и каждый из них стал использовать свои собственные заводские номера аппаратов. Это затруднило их регистрацию, и, кроме того, при «прописке» телефона и при любой замене его всегда надо было привозить к сотовому оператору. А в процессе регистрации участвовали люди, ошибки которых, в свою очередь, влияли на процесс регистрации.

Эта проблема была решена разработчиками GSM. Они придумали разделить функции идентификации телефонов и абонентов.

Для идентификации телефонов в стандарте GSM используется специальный 15-значный уникальный номер Международного идентификатора мобильного оборудования - International Mobile Equipment Identifier (IMEI), присваиваемый каждому аппарату при производстве (он также пишется на упаковочной коробке и на самом телефоне - под аккумулятором). Подробнее о нем можно прочитать в приложении 1.

Параметры же абонента были вынесены в специальный сменный модуль - Subscriber Identity Module (SIM), вставляемый в телефон. Цоколевку и расположение контактов можно посмотреть в приложении 2.

По замыслу разработчиков GSM, код оборудования IMEI используется лишь для проверки «легальности» телефонов - сотовая сеть отказывает в обслуживании «незаконным» (например, украденным) аппаратам, чьи номера значатся в специальном «стоп-листе» (существуют три списка - «черный», «серый» и «белый»). Поскольку обмен номерами всех «подозрительных» телефонов может производиться непосредственно между сотовыми сетями, то для разрешения обслуживания легальных телефонов нет необходимости в какой-либо их регистрации в сети, и абонент может самостоятельно менять телефоны по своему усмотрению. Надо отметить, что и сама проверка кода IMEI в сетях GSM не является обязательной и поддерживается далеко не всеми операторами. Именно поэтому и существует подпольный рынок торговли ворованными телефонами GSM. Размах такой торговли приводит к тому, что, возможно, вскоре обмен кодами IMEI «потерянных» сотовых телефонов между сетями будет полностью отлажен и проверки легальности телефонов станут выполняться повсеместно.

Что касается SIM-карт, то они содержат все данные, необходимые для однозначной идентификации самого абонента. При этом SIM-карты программируются заранее и продаются в виде готового товара. Любой может самостоятельно вставить ее в свой сотовый телефон или переставить в другой. Визит в сотовую компанию для проведения каких-либо технических манипуляций с телефоном или SIM-картой - совершенно не нужен.

Типы и возможности SIM-карт

В SIM-карте реализованы все функции, связанные как с идентификацией абонента, так и с проверкой подлинности карты (аутентификацией) и шифрацией переговоров. Все чисто «связные» операции (прием и передача сигналов, их модуляция и детектирование, воспроизведение звуков и отображение символов на дисплее и т. п.) выполняются в телефоне, а все, что касается персональных данных - в SIM-карте. Телефон GSM без SIM-карты обеспечивает только возможность выполнения звонков «SOS» по международному коду 112 в аварийные службы: полиция, пожарная, медицинская помощь и т. п. - это требование было заложено в стандарт.

Выполнение в SIM-карте обработки информации привело к тому, что в карте разместился микрокомпьютер со своей операционной системой, 8-разрядным процессором, узлами ввода и вывода информации, ROM, RAM и EEPROM. Именно в EEPROM (в настоящее время до 64 Кбайт) размещается вся прикладная информация - как пользовательская, так и служебная. Это записные книжки, списки последних сделанных и принятых вызовов и т. п.

Не очень давно создана технология SIM Application Toolkit (STK). Она базируется на использовании для обмена информацией SMS-сообщений и представляет собой программные приложения, записываемые на SIM-карте в виде наборов исполняемых процедур и команд. Такие программы позволяют телефону автоматически выполнять различные последовательности действий. Это может быть звонок по определенному номеру, отправка короткого сообщения по определенному номеру и с определенным содержанием, отправка электронной почты или факса и т. п. Все эти процедуры, естественно, могут выполняться и вручную, но автоматизация процесса существенно упрощает и ускоряет пользование такими услугами. В их число могут входить: доступ к информационно-справочным службам (прогноз погоды, курс обмена валют, последние новости, обстановка на дорогах и т. п.), управление подключением и отключением используемых услуг сотовой сети, доступ в Интернет, оплата различных услуг с мобильного телефона, игры и т. д.

С позиций пользователя новая технология проявляется в том, что на дисплее телефона с установленной STK-картой, помимо стандартного для данного аппарата набора пунктов меню, появляется еще один пункт - SIM-меню (или SIM Service), содержащий перечень дополнительных возможностей. Их набор определяется оператором мобильной сети GSM и может изменяться (даже оперативно!) без необходимости замены телефона или SIM-карты. Процесс пользования такими услугами проходит приблизительно в следующем порядке. В зависимости от выбираемых абонентом видов дополнительного сервиса с помощью SIM-карты, поддерживающей технологию STK, автоматически формируются и отправляются соответствующие SMS-запросы. Вся необходимая информация о результатах проведенных операций возвращается на телефон абонента также в виде SMS. STK-карты емкостью 32-64 Кбит, например, оснащаются даже специальным SIM-браузером, обеспечивающим доступ в Интернет с мобильного телефона без необходимости устанавливать дорогостоящее диал-ап соединение. Информация при этом также передается посредством SMS, что позволяет просматривать не только WAP-страницы, но и не очень сложные страницы HTML. Другими словами, современная SIM-карта - это многофункциональное и высокотехнологичное устройство.

Надежность SIM-карт, неисправности и их причины.

Технически SIM-карты представляют собой адаптированную под нужды мобильной связи разновидность чиповых смарт-карт, параметры которых задаются группой международных стандартов ISO 7816. Цоколевка и назначение сигналов приведены в приложении. Такие карты ориентировались на использование в платежных системах, и поэтому еще на этапе разработки особое внимание было уделено надежности их работы в самых разных условиях, достаточной механической прочности и высокой стойкости к электрическим напряжениям, магнитным полям и другим воздействиям. В связи с этим SIM-карты редко выходят из строя, и если вдруг телефон отказывается работать с картой, то надо, прежде всего, выяснить, что же телефону «не нравится».

Причины здесь могут быть разные, и о них телефон всегда выдает соответствующее сообщение на дисплее. Так, если SIM-карта заблокирована специальным кодом персонального идентификатора абонента - Personal Identification Number - PIN (защищает телефон от несанкционированного использования посторонними людьми), то на экране телефона и появится сообщение типа «Введите PIN-код». При изготовлении данный код (4-8 знаков) для каждой SIM-карты устанавливается индивидуально и выдается пользователю вместе с картой (хотя иногда он задается производителями и одинаковым сразу для целых групп карт и при этом даже предельно простым: «0000»). PIN-код вводится прямо с клавиатуры телефона, при этом если вы ошиблись в наборе кода, то его можно повторить, но не более трех раз. В случае если все три раза PIN-код был введен неправильно, SIM-карта переходит в состояние временной блокировки и теперь уже требует ввести 8-значный код персонального ключа разблокировки - Personal Unblocking Key (PUK), который также выдается пользователю при продаже карты. Вводить его надо внимательно, так как после десяти ошибочных попыток ввода PUK-кода SIM-карта блокируется полностью и требуется ее замена, о чем и появляется сообщение на экране телефона с рекомендацией обратиться к сотовому оператору. Если же снятие блокировок прошло успешно, то значение PIN-кода может быть в любой момент изменено самим пользователем. Ключ же PUK, напротив, изменению не подлежит. Кроме кодов PIN и PUK существует также аналогичная пара кодов PIN2 и PUK2 (тоже содержится в документации на SIM-карту, получаемую пользователем), служащих для управления доступом к некоторым функциям (запрет входящих и исходящих вызовов, обнуление счетчика длительности и стоимости разговоров и др.). Неправильно набранный три раза код PIN2 блокирует управление этими функциями и для их разблокировки требуется ввести PUK2-код. Коды PIN и PIN2, а также PUK и PUK2 не следует путать - они имеют разные значения и выполняют разные функции.

Совсем по другой причине при включении телефона может появиться надпись «Вставьте SIM-карту». Если ее в телефоне нет, то тут ясно, что надо делать, а вот если карта установлена, то такое сообщение означает, что телефон ее «не видит». Чаще всего причиной этого может быть тривиальный плохой контакт между картой и телефоном. Действия здесь могут быть следующими. Прежде всего, надо попробовать вынуть SIM-карту и поставить ее на место еще раз. Если после этого телефон не начал работать, то можно попытаться промыть контакты на SIM-карте и в разъеме телефона этиловым спиртом или специальной чистящей жидкостью и легонько протереть салфеткой из мягкой не ворсистой ткани. Применять какие-либо более "сильные" средства вроде чернильной резинки или наждачной бумаги не следует. Дело в том, что контакты на SIM-карте и в телефоне позолочены, что исключает их окисление. Повреждение же этого тонкого золотого покрытия неминуемо приведет к последующему ухудшению контактов. Также не следует стараться прикладывать большие усилия к SIM-карте, пытаясь поплотнее прижать ее к контактам, поскольку в итоге можно повредить ее - ведь, по сути, она представляет собой бескорпусную микросхему на пластиковой или керамической подложке. Если же сомнения в плотности соприкосновения контактов действительно имеются, то вполне удовлетворительный результат может дать просто небольшой листок бумаги, сложенный в несколько раз и положенный сверху SIM-карты так, чтобы он поджимал ее при подсоединении аккумулятора.

Если все описанные действия не дали результатов, то остается попытаться проверить работу телефона с другой SIM-картой, а эту карту - с другим телефоном. Возможно, таким способом удастся выявить «виновного».

Однако известны и случаи «несовместимости» некоторых типов SIM-карт с отдельными моделями телефонов. При этом в других сочетаниях и карты, и телефоны работают нормально. Причиной этого может быть некоторый (допустимый стандартом!) разброс параметров сигналов, которыми обмениваются телефон и карта в процессе совместной работы. Проявляться такой эффект может, например, только при определенных условиях: по мере разряда аккумулятора, в жару или на морозе и т. п. Другой причиной подобной проблемы может быть несоответствие рабочих напряжений. Все ранние версии SIM-карт были рассчитаны на рабочее напряжение (поступающее с телефона) величиной 5,5 В, а современные карты обычно работают с напряжением 3,3 В. Несоответствие рабочих напряжений не приводит к выходу из строя телефона или карты, но может быть причиной их неудовлетворительного взаимодействия.

С организационных и юридических позиций наиболее успешное решение этой технической проблемы возможно только в случае, если телефон приобретался вместе с SIM-картой. В этом случае можно говорить о неработоспособности комплекта. В других случаях - задача сложнее, так как каждое из устройств, в принципе, работает. Единственным выходом здесь может быть проверка телефона прямо в процессе его приобретения с той картой, с которой его планируется использовать. Особый вопрос составляют так называемые «лоченые» телефоны, в которых установлена блокировка SP lock (SIM-lock), разрешающая работу телефона только в конкретной сотовой сети. Ее целью является «привязывание» абонента, т. е. создание ситуации, при которой человек, купивший телефон у определенного оператора, не имел бы возможности перейти с этим телефоном в другую GSM сеть.

Технически данный метод защиты реализуется программно и может быть осуществлен различными способами, но суть его заключается в следующем. Оператор заказывает у производителя партию телефонов, на которые в процессе изготовления устанавливается специальная версия программного обеспечения, содержащая защиту на основе уникальной совокупности кодов оператора (NCC) и страны расположения сети (MCC). Так как эти же коды содержит и SIM-карта, то при каждом включении телефон сверяет эти коды. Если они совпали, то телефон работает нормально, если нет - на экране появляется соответствующая надпись.

В случае необходимости данный вид защиты может быть снят путем ввода прямо с клавиатуры телефонов специальных кодов разблокирования SIM-lock, обычно поставляемых производителем вместе с партией телефонов. Другим способом отключения блокировки (поскольку никаких аппаратных изменений в телефоне для ее ввода не производилось) является замена программного обеспечения. Операция не очень сложная и вполне может быть выполнена кустарными методами. Строго говоря, если вновь установленное программное обеспечение вполне корректно, то и телефон будет работать без ошибок. Если же это требование не соблюдено, то в работе телефона могут наблюдаться самые различные отклонения: периодически такой аппарат будет пытаться снова зарегистрироваться в сети, будут блокироваться исходящие вызовы, окажутся недоступными некоторые разделы меню и т. п.

Особый вопрос составляет стойкость SIM-карт против взлома. Именно для противодействия подобным попыткам вся служебная часть перепрограммируемой памяти SIM-карты, где хранятся специальный международный идентификационный номер абонента мобильной связи (International Mobile Subscriber Identity - IMSI), его индивидуальный шифровальный ключ (Ki) и программа криптографического алгоритма (A3), построена так, что информация из нее доступна только внутреннему процессору SIM-карты и никаким способом не может быть считана извне. Благодаря таким мерам «взлом» SIM-карты возможен только методом прямого подбора необходимых номеров, что достижимо лишь в случаях, когда карта на длительное время попадает в руки злоумышленников. Но даже против таких действий во всех новых картах имеется специальная защита, основанная на ограничении общего числа допустимых обращений к карте, после достижения которого она блокируется и перестает работать. Это число задается достаточно большим, чтобы не проявляться при нормальном использовании SIM-карты в телефоне в течение всего реального времени «жизни» этих изделий. Однако установленное ограничение существенно меньше числа обращений, обычно требующихся для подбора номеров при взломе карты. Другими словами, SIM-карта достаточно надежно защищает абонента от различных попыток незаконного пользования связью за его счет.

Однако изворотливость злоумышленников не знает пределов, и довольно оригинальный метод быстрого взлома SIM-карт тоже был найден. Предельно кратко его суть заключается в том, что при обращении к SIM-карте активность внутреннего процессора, а, следовательно, и ток, потребляемый им через соответствующие контакты карты от внешнего источника питания, оказываются различными в случаях, когда задаваемый код полностью не соответствует требуемому или частично совпадает с ним. Таким образом, контролируя ток, потребляемый SIM-картой в процессе работы, ее взлом методом подбора номеров оказывается возможным выполнить значительно быстрее. Другими словами, общим советом всем владельцам SIM-карт может быть только рекомендация не давать их посторонним людям, например, вместе с телефоном при его ремонте, техническом обслуживании или во временное пользование. Данный совет, наверное, следует считать справедливым и для других типов смарт-карт с процессором - банковских, управления доступом и т. п.

Перспективы развития SIM-карт

Первоначально SIM-карты выпускались «большого» формата - в размерах стандартной пластиковой карточки. Делалось это с целью обеспечить возможность универсального использования SIM-карт как в сотовых телефонах, так и в обычных стационарных таксофонах, что и было реализовано в некоторых европейских странах. Однако жизнь показала нецелесообразность такой универсальности SIM-карт, тем более что само развитие сотовой связи в некоторых местах стало приводить даже к отмиранию таксофонных сетей. По этой причине во всех современных моделях сотовых телефонов используются SIM-карты только «мини-формата».

Среди других систем карты, подобные SIM-картам стандарта GSM, используются в телефонах мобильной спутниковой связи и в терминалах сетей высокоскоростного беспроводного доступа по технологии Wi-Fi. Разработки аналогичных карт имеются и для стандартов cdmaOne (IS-95) и CDMA2000 - R-UIM-карты (Removable User Identity Module - съемный модуль идентификации пользователя). И это не удивительно - идея выделения всех персональных настроек и данных абонента из сотового телефона на отдельную сменную карту с микрокомпьютером уже уверенно доказала свою целесообразность. Скорее всего, универсальные карты наподобие современных SIM в будущем станут принадлежностью самых разных мобильных устройств связи, и не только.

Модули интерфейса пользователя

Клавиатура

Клавиатура всех мобильных телефонов матричная и подключается непосредственно к UPP - процессору (рис. 14). Нажатие клавиши обнаруживается программной процедурой сканирования.

Когда какой-либо из контактов замыкается, процессор вырабатывает сигнал прерывания и начинает процедуру просмотра состояния клавиатуры. Таким образом и определяется пара замкнутых контактов, а значит, нажатая клавиша.

Дисплей

В настоящее время широко применяются жидкокристаллические дисплеи TFT, CSTN, MSTN, и отдельный класс OLED.
TFT – Thin Film Transistor – технология активных жидкокристаллических матриц с тонкопленочными транзисторами.
CSTN – Color Super Twist Nematic – пассивная жидкокристаллическая цветная матрица. MSTN – Monochrome Super Twist Nematic – пассивная жидкокристаллическая монохромная матрица.
OLED – Organic Light Emitting Diode - органический светоизлучающий диод. Рассмотрим их подробнее.

Дисплеи LCD

Принцип работы жидкокристаллических дисплеев (LCD – Liquid Crystal Display) основан на явлении поляризации света. Классическая конструкция жидкокристаллического дисплея приведена на рис. 15. Этот рисунок, "путешествующий" по страницам многих web-сайтов, достаточно наглядно, хотя и крайне упрощенно, иллюстрирует устройство и принцип работы жидкокристаллических дисплеев почти всех типов

Сущность явления поляризации состоит в том, что естественный свет, являясь волной, выражаясь примитивно, объемной, проходя через определенные прозрачные материалы, приобретает свойства плоской волны. Устройства, с помощью которых естественный свет можно преобразовать в поляризованный, называют поляризаторами. Поляризаторы, имеющие малую толщину при большой площади, называют поляроидами. Обычно поляроиды создают на базе искусственных пленок. Через поляризационную пленку (поляроид) проходит только та составляющая световой волны, в которой вектор напряженности электрического поля лежит в плоскости, параллельной оптической оси поляроида и сильно поглощает световые лучи, в которых вектор напряженности электрического поля перпендикулярен его оптической оси

Работа жидкокристаллических дисплеев основана также еще на одном физическом явлении. При прохождении поляризованного света через некоторые вещества происходит поворот плоскости поляризации световой волны. Это явление называется вращением плоскости поляризации. Вещества, которые способны поворачивать плоскость поляризации падающих на них световых волн, называются оптически активными. Ими могут быть газы, кристаллы и жидкие вещества.

Между двумя стеклянными пластинами расположено аморфное вещество (так называемые жидкие кристаллы, ориентация молекул которых чувствительна к электростатическому и электромагнитному полям). При прохождении света через жидкокристаллическое вещество происходит поворот плоскости поляризация света. Благодаря жидким кристаллам можно поворачивать (вращать) плоскость поляризации, что приводит к тому, что свет либо беспрепятственно проходит через поляризационный фильтр, либо поглощается последним. Образно говоря, создаваемое внешнее электростатическое поле заставляет жидкие кристаллы работать аналогично затвору фотокамеры (разрешая или препятствуя прохождению световых лучей через поляризационный фильтр, в последнем случае свет поглощается фильтром).

Первые жидкокристаллические устройства отображения были созданы на базе технологии TN (Twist Nematic). Молекулы жидкокристаллического материала обладают дипольным моментом. В результате взаимодействия электрических полей диполей образуется спиралевидная структура (твист-эффект) из молекул жидкокристаллического вещества. Угол поворота спирали составляет 90°. Однако использование TN-технологии не позволяет обеспечить приемлемый уровень контрастности изображения. Использование технологии STN (Super Twist Nematic), при которой угол поворота спирали может составлять 180 и даже 270° , позволило улучшить и этот параметр и увеличить размеры экрана дисплея. В настоящее время наиболее распространены жидкокристаллические устройства отображения, созданные на базе STN-технологии. В технологии DSTN (Double Super Twist Nematic) STN-ячейки используются попарно. DSTN-дисплеи имеют двухслойную конструкцию экрана. Один из слоев предназначен для компенсации интерференционных искажений. В настоящее время для коррекции цвета и получения удовлетворительной контрастности монохромного (черно-белого) изображения в некоторых STN-дисплеях используются специальные полимерные пленки (компенсационные фильтры-корректоры - FSTN). В некоторых случаях для улучшения цветопередачи цветных и обеспечения хорошего качества передачи монохромных дисплеев используется технология TSTN (Triple Super Twist Nematic). Существуют и другие модификации TN- и STN-технологий. В них используются различные способы формирования жидкокристаллических ячеек и режимы их работы. Часто встречаемые в документации производителей аббревиатуры, отражают особенности реализации жидкокристаллических ячеек: FLC (Ferroelectric LC), GH (Guest-Host), DS (Dynamic Stattering), PDLC (Polymer Dispersed LC), VA (Vertical Alignment), IPS (In-Plane Switching).

Если расположить большое число электродов, с помощью которых создается электрическое поле, на отдельных участках экрана дисплея, появится возможность при соответствующем управлении электрическими потенциалами на этих электродах формировать на экране дисплея простейшие элементы изображения. Электроды, как правило, размещаются на прозрачном материале и имеют разную форму. Изображение на экране графических жидкокристаллических дисплеев формируется с помощью матрицы пикселей, как и в обычных CRT-мониторах. Отличие же состоит в конструкции ячеек, с помощью которых создаются простейшие элементы изображения (пиксели), и в способе формирования светового излучения. Каждый элемент матрицы, по сути, жидкокристаллический элемент, является оптически активным и позволяет поворачивать плоскость поляризации проходящего света. Еще одно важное свойство жидких кристаллов заключается в их способности изменять угол поворота плоскости поляризации в зависимости от величины приложенного внешнего электрического поля, что дает возможность изменять уровень интенсивности проходящего светового излучения. На пути распространения света устанавливаются поляроиды с разными свойствами. С помощью поляризационной пленки осуществляется поляризация проходящей световой волны. Свет попадает на жидкокристаллическое вещество, с помощью которого плоскость поляризации поворачивается на определенный угол. Далее свет проходит через поляризационный фильтр. Если направление вектора поляризации световой волны совпадает с оптической осью поляризационного фильтра, то для света он окажется прозрачным, а если между ними будет угол 90°, то световая волна полностью поглотится фильтром. Таким образом, воздействуя внешним электрическим полем, можно изменять интенсивность светового излучения. При помощи описанной конструкции можно получить лишь монохромное изображение.

Для создания цветного дисплея необходимо наличие матрицы из пикселей трех основных цветов -красного (R), зеленого (G) и синего (B). Цветное изображение получается в результате использования трех светофильтров, которые выделяют из спектра светового излучения источника эти три основных спектральных составляющих. Изменяя интенсивность излучения основных цветов для каждой точки изображения, состоящей из трех пикселей, можно создать цветное изображение. Проблема заключается в том, что при прохождении света через светофильтр происходит его поглощение, что приводит к уменьшению уровня яркости и контрастности изображения и, как следствие, ухудшению качества цветопередачи. В последнее время начал применяться альтернативный подход, основанный на еще одном свойстве жидких кристаллов. Для разных длин волн углы поворота плоскости поляризации света при одном и том же электростатическом внешнем поле отличаются. Реализовать этот способ сложнее, однако его использование позволяет достичь большей яркости, лучшей контрастности и в целом улучшить цветопередачу.

Традиционный графический жидкокристаллический дисплей содержит пассивную матрицу пикселей. При адресации к пассивной матрице применяется временное мультиплексирование при выборе строк и столбцов матрицы без использования коммутирующих элементов. Недостатки такого способа адресации: низкий коэффициент контрастности изображения, сложная система формирования управляющих напряжений, заметное проявление кросс-эффекта (взаимовлияния соседних пикселей), большая длительность переключения. В активной матрице для управления каждым пикселем изображения сформирован коммутирующий элемент (транзистор или диод). Функциональные возможности LCD-дисплеев с активной матрицей такие же, как дисплеев с пассивной матрицей. Отличие заключается в наличии коммутирующих элементов (транзисторов), с помощью которых осуществляется управление отдельными пикселями матрицы изображения (жидкокристаллическими ячейками). В пассивной матрице электроды получают электрический потенциал в процессе последовательного построчного сканирования матрицы, что обеспечивает постоянное обновление изображения, однако в результате разряда емкости электродов изображение со временем исчезает, так как жидкие кристаллы возвращаются к своей первоначальной конфигурации. В активной матрице к каждому электроду подключен транзистор и накопительный конденсатор, что позволяет на более длительное время сохранять электрический потенциал на электроде, в результате изображение не изменяется до тех пор, пока не начнется процесс очередного сканирования.

OLED

OLED - Organic Light Emitting Diode - органический светоизлучающий диод - тонкопленочное устройство на базе органических материалов, обладающих электролюминисцентными качествами.

Впервые был предложен фирмой Eastman Kodak. Схема состоит из двух слоев органики между электродами. Выглядит она так. Анодным электродом является прозрачное напыление на стекле тончайшего слоя indium-tin-oxid. К нему прилегает первый органический слой, порядка 750 ангстрем (75 нм) ароматического диамина, затем идет светоизлучающая пленка. Последним слоем является катод, состоящий из смеси магния с серебром с атомным соотношением 10:1. Вся эта система имеет толщину менее 500 нм.

При прохождении тока напряжением от 2.5 В, базовый слой начинает излучать фотоны. Интенсивнось увеличивается по мере увеличения силы тока практически линейно, позволяя при напряжении менее 10 В получить яркость более 1000 Кд на квадратный метр, что минимум в два раза превышает соответствующий показатель сегодняшних LCD экранов (максимум же - свыше 100 000 Кд на квадратный метр). Пик интенсивности спектра приходится на 550 нм длину волны, что соответствует зеленому цвету.

Как в традиционных CRT экранах, OLED экран представляет собой матрицу, состоящую из комбинаций ячеек трех основных цветов - красного, синего, зеленого. В соответствии с тем, какой цвет требуется - регулируется уровень напряжения на каждой из ячеек матрицы.
OLED экраны с пассивными матрицами применяются в дешевых сотовых телефонах.

Такая матрица представляет собой массив пикселей в виде пересекающихся строк и колонок. Каждое такое пересечение является OLED диодом. Чтобы засветить его, подается напряжение на соответствующие строку и колонку. Чем оно больше, тем ярче светимость пикселя. Напряжение требуется достаточно высокое, что является недостатком.

Принципы работы активной матрицы у LCD и OLED похожи между собой. Каждое из пересечений колонок и линий представляет собой не только светоизлучающий элемент, жидкокристаллическую ячейку или OLED диод, но и управляющий им транзистор, который запоминает уровень светимости ячейки до поступления нового сигнала. Напряжение при этом требуется низкое, и ячейка работает быстрее. В этой технологии используются тонкопленочные транзисторы – TFT.

Подсветка дисплея и клавиатуры

Для нормльной работы дисплея необходима подсветка, т.к. информация отчетливо видна только "на просвет". Слабоконтрастное изображение можно наблюдать и в отраженном естественном освещении без подсветки. Поскольку напряжение аккумуляторной батареи уменьшается при ее постепенном разряде, необходимы дополнительные устройства для стабилизации яркости подсветки. В подсветке дисплея и клавиатуры используются белые светодиоды. Однако для клавиатуры можно ипользовать светодиоды других цветов и даже, при определенных навыках, делать замену самостоятельно. Необходимо только учитывать, что светодиоды различных цветов, при одинаковой яркости свечения, потребляют различные токи. Эти токи устанавливаются резистором, который находится на плате телефона, и для корректной замены светодиодов его тоже нужно заменять.

FM-Радио

FM-радиоприемник в телефоне представляет собой функционально законченный чип, имеющий электронную настройку с блоком выбора станций и демодулятором. Его можно настроить программно на европейский, США и японский FM-диапазоны.
Настройкой каналов управляет UPP по шине данных. Диод (варикап), выполняющий функции конденсатора переменной емкости, две катушки и несколько резисторов и конденсаторов - вот все внешние компоненты для FM-радио.
Звуковой сигнал поступает в наушники телефона. Антенной радио служит один из проводов наушников.

Полифонический звонок

Используется для воспроизведения служебных сигналов и мелодий при вызове, дублирования звуком нажатия клавиш и выдачи предупреждений для пользователя. Управляется PWM (широтно - импульсно модулированным) сигналом, который вырабатывает специальный чип. Излучателем чаще всего является обыкновенный динамик, но встречаются также пьезоизлучатели.

Виброзвонок

Виброзвонок производится вибромотором по сигналу поступающего вызова. Управляется PWM сигналом. Вибромотор это микроэлектродвигатель с эксцентриком на валу.

ИК модуль (оптическая связь в инфракрасном диапазоне)

ИК интерфейс расположен в UPP и использует приемопередатчик с сигналами ввода- вывода уровня 1,8V. ИК связь поддерживает скорости от 9600 бит/с до 1,152 Mбит/с на расстоянии до 80 см. Связь по ИК каналу полудуплексная. Длина переданного ИК импульса зависит от скорости передачи. Когда скорость передачи 230,4 Кбит/с или меньше, используется длина импульса - максимум 1,63 мкс. Если скорость передачи установлена в 1,152 Mбит/с, длина импульса 154 нс.

SIM-интерфейс

Мы уже говорили, что SIM-карта это микрокомпьютер. Обмен информацией происходит через SIM интерфейс, расположенный в одной из микросхем. Он содержит выключатель питания, порт ввода-вывода, обнаружитель карты, приемник данных и логику переключателя уровней. SIM интерфейс - электрический интерфейс между SIM-картой и мобильным телефоном. Он может быть запрограммирован для поддержки SIM-карт с 3В и 1,8В уровнями сигналов. Напряжение, питающее SIM, выбирается процессором телефона.
Связь данных между картой и телефоном асинхронная полудуплексная. Тактовая частота карты в системе GSM 1,083 МГц или 3,25 МГц.

ACI-точка

ACI-точка - двунаправленная последовательная шина. Предназначена для обнаружения подключения, удаления, идентификации и подтвеждения подлинности подключенного к системе дополнительного устройства. В качестве идентификатора устройства обычно используются резисторы различных номиналов, устанавливаемые со стороны устройства в коннектор, который соединяет устройство с телефоном.

Микрофон

Микрофон мобильного телефона, по сути, является электрическим конденсатором, у которого мембрана, воспринимающая звук, играет роль его обкладки (одной из пластин). Колебания мембраны преобразуются схемой телефона в переменное напряжение, которое усиливается и т.д. Цепи микрофона имеют электростатическую защиту (ESD). Микрофон довольно трудно вывести из строя. Основными причинами неисправности являются попадание на него грязи и, естественно, удары и прочие механические нагрузки.

Динамик

Динамик телефона - это динамический наушник с сопротивлением 32 ом. Конструкция его аналогична большим динамикам, только в микроисполнении. Представляет собой катушку из очень тонкого провода, жестко связанную с подвижным диффузором из тонкой пленки на магните. Типичными неисправностями являются:
- обрыв обмотки катушки, вследствие работы на больших громкостях звука - катушка именно обрывается, а не перегорает (это касается и полифонических головок);
- хрипение вследствие попадания на диффузор в районе магнита мелких железных опилок.

Режимы работы мобильного телефона

Любое состояние мобильного телефона вписывается в один из шести функциональных режимов:
- нет питания;
- резервное питание;
- выключенное состояние;
- активный режим;
- ждущий режим;
- зарядка.

Нет питания. При отсоединении аккумулятора или низкого уровня его напряжения телефон переходит в режим «нет питания». В этом режиме и при наличии резервной батареи (маленького литиевого аккумулятора на плате телефона) работают только внутренние часы.
Телефон выходит из этого состояния, когда обнаруживает достаточный уровень напряжения батареи. Это происходит при подключении новой батареи или при подключении зарядки.

Резервное питание. В этом режиме могут работать только телефоны у которых есть резервная батарея. Резервная батарея служит для поддержки работы часов в то время, когда из телефона вынут аккумулятор.

Выключенное состояние с подключенной зарядкой. Если зарядка подключена, а телефон выключен, он входит в режим, называемый «Acting Dead». На дисплее периодически появляется изображение батарейки, чтобы показать режим зарядки.

Активный режим. В активном режиме телефон нормально функционирует, сканирует каналы, принимает сигналы базовой станции, передавая и обрабатывая информацию. Существует несколько подрежимов в активном режиме в зависимости от того, находится ли телефон на приеме, передаче, работает ли DSP и т.д.

Ждущий режим (режим сна). Это режим работы выключенного телефона. На самом деле телефон полностью не выключается. Процессор работает на низком уровне потребления энергии на низкой частоте тактового генератора часов (32768 кГц). Все остальные функциональные узлы телефона не работают. Из режима сна телефон выводится либо по таймеру, либо внешним прерыванием, например нажатием кнопки включения, включением зарядки.

Режим зарядки. Режим зарядки активируется подключением зарядного устройства через внешний разъем системы и может быть активирован в любом из режимов.

Глава 4. Неисправности и их диагностика

Диагностика неисправностей является, своего рода, искусством, основанном, прежде всего, на глубоком понимании принципов работы устройства. Без этого освоить в совершенстве искусство ремонта невозможно. Ниже мы приводим общий подход в процедуре ремонта, а ваши терпение, аккуратность и внимательность позволят приобрести опыт и отшлифовать мастерство.

Неисправности мобильных телефонов можно условно разделить на три вида:
- механические повреждения;
- выход из строя электронных компонентов;
- неправильная работа программного обеспечения телефона.

Механические повреждения

Механические повреждения обнаруживаются визуальным осмотром, в том числе с помощью оптических приборов - лупы и микроскопа. Необходимо отметить, что даже небольшие внешние повреждения, появившиеся после удара или падения телефона, в результате могут привести к образованию микротрещины в какой-нибудь контактной дорожке, что, в свою очередь, приводит к полной неработоспособности телефона. Чаще всего от ударов страдают микросхемы передатчиков и антенных переключателей, собранных на керамическом основании.

К механическим повреждениям можно отнести также попадание влаги внутрь телефона, хотя в результате этого выходят из строя электронные компоненты. Опасность влаги состоит в том, что она содержит растворенные соли и щелочи, а многие компоненты находятся под напряжением подключенного аккумулятора питания, хотя телефон может быть выключен. При попадании влаги в мобильный телефон, начинается электролиз. Так называется процесс прохождения электрического тока через раствор электролита, которым является практически любая жидкость, за исключением дистиллированной воды, хотя и такая быстро им становится, растворяя грязь на плате. Этот процесс происходит даже в выключенном телефоне, т.к. достаточно большое количество проводящих дорожек на плате просто находится под напряжением аккумулятора телефона. Электролиз сопровождается не только выделением газов, но и растворением электродов. Долго длящийся (иногда даже несколько десятков минут) процесс вызывает значительное сокращение толщины проводящих проводников, что резко сокращает надежность аппарата. При этом иногда достаточно даже небольшого механического воздействия, чтобы проводник лопнул. Внешне такие дефекты никак не проявляются. И заодно совет. Если в Ваш телефон попала влага, немедленно выньте из него аккумулятор, а уже затем можете просушить его, даже в теплом месте. Сушка с аккумулятором дает наихудший эффект, т.к. повышение температуры ускоряет процесс электролиза. А лучше всего, вынув аккумулятор, обратиться к специалисту.

Выход из строя электронных компонентов

Универсальный тест

Выход из строя электронных компонентов, как правило, сопровождается изменением тока, потребляемого телефоном. Существуют так называемые быстрые тесты, которые основаны на измерении потребляемого тока. Некоторые производители, например Nokia, в технических руководствах дают алгоритмы таких тестов. Однако в результате теста можно говорить лишь о вероятности неисправности того или иного элемента, хотя эта вероятность может быть довольно высокой. Для тестирования необходимо вынуть аккумулятор и подключить к аккумуляторным контактам телефона внешний источник питания с напряжением 4,2 В (источник питания должен быть подключен к сети и включен, а подключение к телефону осуществлять одним из выводов - это связано с тем, что в момент влючения источника питания возникает переходный процесс, в результате которого возникает кратковременный "бросок" напряжения, т.е. напряжение на выходе может превысить допустимое) и измерить ток, потребляемый телефоном до и после нажатия кнопки включения.
Приведем наиболее характерные показатели.

Телефон выключен. Ток, потребляемый выключенным телефоном, равен 0. В телефонах напрямую к аккумулятору подключены две микросхемы - усилитель мощности (передатчик) и контроллер питания. Неисправный контроллер питания потребляет приблизительно 300 - 400 мА, а неисправный усилитель мощности может дать полное КЗ (короткое замыкание).
Если в телефон попала влага, ток будет равен приблизительно 50 мА, и его значение будет плавать.
В некоторых телефонах обязательно необходимо задействовать третий (датчик температуры) и четвертый (если есть) контакт аккумулятора, который соединяется с общим проводом. Если этого не сделать, то телефон в дальнейшем не включится.

Начальный ток равен 0. Нажимаем кнопку включения. Если ток по-прежнему равен 0, то неисправны либо выключатель, либо цепь включения, либо контроллер питания.
Сразу после включения ток не должен превышать 200 мА. такой ток обусловлен потреблением подсветки клавиатуры и дисплея. Если он больше, то может быть неисправна любая из микросхем, которыми управляет контроллер питания.
Если при нажатии кнопки ток составляет приблизительно 50 мА и пропадает до отпускания кнопки, то неисправна программа в FLASH-памяти. Если он держится приблизительно 2 с после отпускания кнопки - неисправна программа в EEPROM-памяти. Телефон необходимо перепрограммировать.
Для точной диагностики неисправности, конечно же, нужны электрические схемы. Практически все производители стараются держать свои схемные решения в тайне, однако многие схемы можно найти в Интернете.

Неисправности приемопередающего тракта

Телефон при включении автоматически передает базовой станции данные SIM-карты. И только после идентификации пользователя базовая станция посылает обратно информацию, разрешающую аппарату перейти в рабочий режим. Обычно неисправность приемопередающего тракта вызывает появление сообщения "Нет сети". Из этого следует, что неисправны могут быть, как передатчик, так и приемник.

Приемник.

Локализовать место неисправности можно следующим образом. Запускаем из меню "Настройки" > "Выбор сети" > "Произвольно". Если выдается сообщение "Доступные сети не обнаружены", то неисправность антенного переключателя или канала приемника. В этом случае необходимо в первую очередь проверить контакт антенны. Если телефон падал или был ударен, возможно нарушение пайки интегральных схем и разъемов. Дополнительно нужно проверить наличие тактовой частоты 13 (26) МГц, поскольку она является опорной для формирования частот рабочих каналов. Даже незначительное отклонение вызывает существенную ошибку, в результате чего приемник пытается принять сигнал несуществующего канала. Отклонение частоты 13 (26) МГц не должно превышать 100 Гц.
Затем выпаиваем полосовой фильтр приемника в зависимости от диапазона работы Вашего оператора 1800 МГц или 900 МГц, в непосредственной близости от микросхемы обработки радиосигналов. К выходам контактов фильтра на плате телефона (входам микросхемы), припаиваем в качестве антенны два тонких провода длиной 5 - 10 см. Собираем и включаем телефон. Выбираем в его меню "Настройки" > "Выбор сети" > "Произвольно". Если при этом сеть найдена, то не работает цепь до микросхемы обработки радиосигналов. Чаще всего выходит из строя антенный переключатель. Если сети по-прежнему нет, то непропаяна или неисправна сама микросхема.

Передатчик.

Подключаем к телефону внешний источник питания (как это сделать, описано выше), включаем телефон, набираем 112 (или любой бесплатный номер), делаем звонок и отмечаем ток, потребляемый телефоном.
Нажимаем кнопку «Вызов» и следим за током. Если ток не меняется - неисправен усилитель мощности.
Проверяем, есть ли излучение в эфир антенны телефона. В этом может помочь простой прибор, который несложно собрать самостоятельно.

В качестве диодов можно использовать любые маломощные высокочастотные. Хороший результат дают диоды Шоттки. Антенной является диполь с длиной вибраторов приблизительно 8 см. Ее можно и желательно выполнить печатным монтажом на плате с остальными компонентами. Фольгу по линиям на рис. б) необходимо удалить. Конденсаторы 0.01 – 0.1 мкФ – неполярные любого типа. Устройство, подключенное к цифровому мультиметру, индицирует излучение мобильного телефона на расстоянии нескольких сантиметров от антенны. Показания прибора лежат в пределах от нескольких милливольт до нескольких сот милливольт. Более наглядным является использование компьютерной программы "осциллограф" (несколько бесплатных разновидностей можно найти в Интернете), которая использует звуковую карту. В этом случае устройство подключается к гнезду микрофона.
Если излучения нет, возможна, как неисправность микросхемы усилителя мощности, так и антенного переключателя. Для локализации неисправности разрываем связь усилителя мощности и антенного переключателя (выпаиваем либо согласующий трансформатор, либо конденсатор, либо антенный переключатель) и со стороны усилителя припаиваем проводок в качестве антенны. Собираем телефон и вновь замеряем излучение. Если излучения нет – неисправен усилитель мощности. Если есть – антенный переключатель.

Неисправности дисплея, клавиатуры и других компонентов интерфейса пользователя

Неисправность дисплея - наиболее легко диагностируемая неисправность. Если модуль дисплея вышел из строя или плохой контакт в разъеме между дисплеем и процессором телефона, на экране будет беспорядочное и искаженное изображение, полосы, "мусор". Бывают случаи, когда некорректная настройка телефона может быть принята за неисправность. Например, можно случайно понизить контраст изображения, затем сохранить эту настройку, после чего изображение пропадает, создавая иллюзию неисправного дисплея. Эта ситуация исправляется только перепрограммированием при помощи специальной программы, которая восстанавливает контраст дисплея.

Существуют три вида соединений дисплея с платой телефона:
- разъем с зажимом;
- подпружиненные контакты;
- пайка.

Самый сложный ремонт, естественно, там, где соединение паяное. Паять приходится под микроскопом или под лупой.

Неисправности клавиатуры возникают чаще всего вследствие загрязнения контактов. Ремонт состоит в разборке и чистке (желательно спиртом). Реже встречается непропай процессора. Ремонтируется путем выпаивания микросхемы процессора, за исключением моделей, в которых микрохемы зафиксированы компаундом (приклеены), формирования новых контактов (шариков) и повторного впаивания на прежнее место. Иногда помогает прогрев.

Микросхемы на компаунде прогревать нельзя, так как разогретые газы в замкнутом пространстве под микросхемой, расширяясь, необратимо сдвигают расплавленные шарики контактов. Таким образом, дальнейший ремонт уже не имеет смысла.

Неисправности динамиков происходят либо вследствие попадания металлической пыли в область диффузора, либо вследствие обрыва катушки динамика, либо вследствие нарушения контактов в подводящих сигнал дорожках. Обрыв катушки происходит возле места пайки контактов и чаще всего из-за увеличения громкости. Иногда это называют перегоранием, хотя это некорректно.

Неисправности вибромоторов происходят чаще всего из-за попадания внутрь их грязи, вследствие чего загустевает смазка и мотор перестает вращаться. Для проверки на мотор подается напряжение 1,5 - 2 В в любой полярности.

Неисправности микрофонов происходят чаще всего из-за попадания на микрофон грязи, сладких и липких продуктов питания и т.п. Реже встречаются отказы самих микрофонов и неисправности их цепей. Иногда помогает прогрев (пропай) микросхемы обработки звука.

Неисправности схем зарядки могут быть вызваны как неисправностью схемы, плохим контактом в гнезде зарядки, неисправностью зарядного устройства, так и неисправностью самого аккумулятора.

Неправильная работа программного обеспечения телефона

Сложность диагностики заключается в том, что многие неисправности мобильных телефонов, связанные с программным обеспечением, внешне проявляются, как аппаратные и наоборот.

Неправильная работа программного обеспечения телефона имеет двоякое происхождение. Оно может быть вызвано, как неправильным перепрограммированием его - разблокированием, русификацией, записью мелодий и пр., так и ошибками разработчиков. Реже выходят из строя микросхемы памяти. Поскольку мобильный телефон - это микрокомпьютер, то практически любое неправильное его программирование может привести к полной потере работоспособности.

Перепрограммирование мобильных телефонов - отдельная область в ремонте, которая требует соответствующих знаний тонкостей работы микропроцессоров и программного обеспечения.

Существуют фирмы, которые торгуют оборудованием для перепрограммирования, и где можно найти соответствующие программы. Много подобной информации в Интернете, но пользоваться ею можно только на свой страх и риск.

Неисправности, связанные с SIM-картой

Когда мобильный телефон включается, первое, что он делает - считывает определенную информацию из SIM-карты. Только после того как будет проверено, что SIM-карта вставлена в приемное устройство и содержит правильную информацию, аппарат начинает поиск сигнала управляющего канала ВССH, чтобы получить информацию от базовой станции и передать ей зашифрованную информацию с SIM-карты пользователя. И только после того как станция даст подтверждение, аппарат сможет переключиться в режим обслуживания.

Неисправности цепей считывания SIM-карты (при её наличии) вызывают сообщения:
- «SIМ card not acceptable» («SIМ-карта не принята»);
- «Check Sim card» («Проверьте Sim-карту»);
- «Insert Sim card» («Вставьте Sim-карту»).

Перед поиском причин необходимо проверить качество и чистоту контактов в картоприемнике.

Сообщение «SIМ card not acceptable» («SIМ-карта не принята») иногда свидетельствует о неисправности передатчика, т.к. он не может передать базовой станции необходимую информацию.

Не стоит забывать и о том, что телефон может быть просто заблокирован различными операторскими или пользовательскими кодами, что в свою очередь также вызывает подобные сообщения, которые можно принять за неисправность.

Неисправности общего плана

Чаще всего это автоматическое отключение, перезагрузка или блокировка аппарата.

Существует много вариантов, из-за чего мобильный телефон автоматически выключается, перезагружается или блокируется. Самые главные из них:
1. Неисправность цепей питания.
2. Результат некорректного вмешательства в программное обеспечение телефона.
3. Неисправность в цепях синхронизации телефона (тактовые частоты).

Проблемы с питанием встречаются редко.

Проблемы с программой встречаются чаще, поскольку ошибки в программе очень часто вызваны "некорректным " вмешательством.

Появление третьей причины вызвано падением телефона, ударами и пр.

Сервис-центр на дому или сэкономь на ремонте

Визит в мастерскую сравним с походом к стоматологу, с тем исключением, что последняя процедура длится недолго, тогда как ремонт «мобильника» может затянуться не на одну неделю. В результате – потраченные нервы и неоправданные расходы. Увы, этого не избежать, за исключением тех несложных случаев, когда восстановить работоспособность телефона можно в домашних условиях подручными средствами.

Не заряжается

Причина неполадки может крыться в неисправном (например, по вине короткого замыкания) или "неродном" зарядном устройстве. И эмоциональные аргументы вроде "Раньше нормально заряжал!" ничего не изменят. Протестируй данное зарядное устройство с другим телефоном с аналогичным разъемом. Если результат тот же, можно смело отправляться в магазин за новым зарядным устройством (обойдется в 15-45 гривен) и радоваться, что дешево отделался.
Если же проблема в самом телефоне, то, скорее всего, отошел или отпаялся один из контактов, соединяющий плату и разъем зарядного устройства телефона. Если аппарат не на гарантии, смело раскручиваем шурупы специальной шестигранной отверткой (стоит около 15 гривен) и ищем отвалившийся контакт. Зачастую трещину в пайке можно увидеть только "вооруженным глазом" при помощи увеличительного стекла. Затем в дело идет паяльник и как результат – телефон снова заряжается. Если же отошедших контактов не обнаружено, прими наши поздравления – видимо, в телефоне перегорела микросхема, так называемый контроллер заряда, ремонт которой может влететь в копеечку. Тут уж без сервисного центра не обойтись.

Упал в лужу

Это таки случилось, причем, в самый неподходящий момент. Забудь обо всех предстоящих делах, как бы ты не торопился. Первым делом необходимо извлечь аккумулятор, независимо от того, остался ли телефон включенным или нет. Теперь если у тебя есть шестигранная отвертка нужного диаметра (по такому случаю можно и купить), разбираем телефон полностью и извлекаем плату (большая пластинка, на которой закреплены микросхемы). Если она залита водой "по самое не могу", то помещаем в чистый спирт (водку лучше приберечь для иных целей) на 15 – 20 минут, отсоединив дисплей, динамик и микрофон. А тем временем просушиваем обычным феном все остальные детали. В случае если другие детали припаяны к плате наглухо, лучше воздержаться от купания в спирте и прибегнуть к помощи того же фена. Только не вздумай протирать плату тряпочкой, зубной щеткой или шваброй.
Когда все будет основательно просушено, снова собираем аппарат и пытаемся включить. Если не включается, берем другой аккумулятор и пробуем снова. При повторной неудаче, тебя ждут в сервисном центре.

Адресная книга «по-китайски»

Предположим, ты приобрел новый "навороченный" телефон и вот уже хочешь позвонить друзьям, чтобы похвастаться, как вдруг обнаруживаешь, что в адресной книге вместо привычных имен отображаются иероглифы. Диагноз очевиден: не стоит хранить телефонную книгу на SIM-карте, а если уж хранишь, то будь добр, записывай имена в транслите. В противном случае, новый телефон может просто не поддерживать кодировку, в которой делались предыдущие записи. Кроме того, количество символов в ячейке SIM-карты строго ограничено, и на полное имя и фамилию места не хватит. Максимум, чем ты можешь располагать – это 5-6 символов. Чтобы восстановить "пропавший" телефонный справочник, вставь SIM-карту в телефон аналогичной торговой марки и не очень старой модели. А в дальнейшем советуем держать копию телефонной книги в бумажном виде. Как вариант для технически продвинутых пользователей – синхронизация с Microsoft Outlook, где твои контакты тоже будут в безопасности, по крайней мере, до следующей переустановки Windows.

Нагло перезагружается

Случается, что, доставая трубку из кармана, ты обнаруживаешь, что та вдруг начинает перезагружаться сама по себе. Если это происходит в холодную зимнюю погоду, то можно обойтись приобретением сумочки, которая крепится на поясе, или клади телефон в карман, поближе к телу: "мобильники" – существа теплолюбивые. А если ты привык носить телефон в сумочке, забудь об этом, по крайней мере, зимой.
Как же быть, если аппарат перезагружается сам по себе везде, где только можно: на столе в офисе, дома или чего доброго во время разговора? Если известно, что перезагрузка свойственна данной модели телефона, то выход можно найти путём перепрограммирования. Скорее всего, к тебе попал телефон из ранних поставок с нестабильной версией ПО, отсюда и глюки. Обновить прошивку многих телефонов без проблем можно на дому. Единственное, что для этого понадобится, – загрузить последнюю версию ПО с официального сайта производителя или с соответствующих форумов и купить кабель для соединения телефона с ПК (о маркировке таких кабелей читай на тех же форумах). При перепрошивке не рекомендуем выполнять какие-либо другие операции на ПК, желательно, чтобы в это время (около получаса) не было никаких сбоев с электричеством.
В других случаях перезагрузка телефона обычно вызывается нестабильной работой процессора, связанной с некачественной пайкой или браком детали.
Одна из немногих компаний, телефоны которой не поддаются перепрошивке в домашних условиях (без дорогого оборудования), является Nokia. Обновить ПО для такого телефона можно за 60-80 гривен или же бесплатно по гарантии.

Не реагирует на нажатия клавиш

Случается, что телефон, отслуживший тебе верой и правдой несколько лет, вдруг перестает повиноваться. И с какой бы силой и возмущением ты не давил на клавиши – результат нулевой. Ну-ка вспомни, сколько раз за все эти годы ты разбирал своего ненаглядного? Ни разу? Тогда настало время это сделать. Дело в том, что каким бы мощным не был корпус телефона, контактные площадки могут со временем окислиться, между ними набивается пыль, а графитовые стерженьки на пластиковой подложке к клавиатуре имеют манеру обсыпаться. И это не зависит ни от производителя, ни от модели телефона. Итак, берем шестигранную отвертку по размеру винтиков в телефоне и разбираем его, пока не получим доступ к клавиатуре. Тут повезло обладателям трубок со сменными панелями: им, скорее всего, даже не придется прибегать к помощи отвертки. Теперь мягкой тряпочкой без волокон (желательно протиркой для очков) смахиваем пыль и легонько полируем контактные площадки, и смотрим на состояние самой клавиатуры – быть может, ее стоит заменить? Стоит такое удовольствие от 20 до 40 гривен в зависимости от модели. Предупреждаем: если все перечисленное не помогает, вовремя остановись. Нужно же хоть что-нибудь оставить мастерам из сервисного центра.

"SIM ERROR"

Обладатели телефонов Siemens предыдущих серий, как впрочем, и моделей других производителей порою вынуждены наблюдать на экране своих аппаратов загадочную надпись "Sim Error!". Мы и сами были свидетелем этого события, когда Siemens Me45 после неудачного падения на асфальт повел себя столь же гнусным образом. Впрочем, падение просто ускорило процесс, а вовсе не являлось его причиной. Любопытно, но после перезагрузки аппарата с передергиванием SIM-карты никаких проблем не наблюдалось. Как позднее выяснилось (когда телефон все-таки попал в сервисный центр), у некоторых телефонов Siemens 45 и 55 серий существует врожденная проблема с чиподержателем, который имеет манеру выходить из строя в неподходящие моменты. Чтобы этого не произошло, старайся пореже менять SIM-карту, а если ты уже стал жертвой такой поломки, то на ранних этапах "болезнь" можно лечить перезагрузкой аппарата с передергиванием "симки" или без. Если это не для тебя – то прямая дорога в сервисный центр, где чиподержатель заменят за 200-250 гривен или же бесплатно по гарантии.

Отключается при регистрации в сети

Итак, при попытке совершения звонка телефон просто-напросто вырубается, а потом внаглую заявляет, будто бы у него сел аккумулятор. И это при том, что до этого ты битых три часа заряжал его гада казенной электроэнергией. Тут видимо, проблема не в телефоне, а в аккумуляторе, который, наверняка, либо пришел в полную негодность, либо слишком долго находился в выключенном телефоне (несколько месяцев). В любом случае, стоит попросить рабочий аккумулятор для своей модели у коллег/друзей/соседей и проверить, как на него отреагирует твой телефон. Если твоей батарее уже больше года, лучше ее заменить, в качестве альтернативы можно сделать несколько полных циклов заряда/разряда, так называемую "тренировку" аккумулятора. И запомни: никогда не храни выключенный телефон месяцами со вставленным аккумулятором, для последнего это может окончиться очень печально.
Не исключена и неправильная работа радиочастотного тракта. Нужно же хоть что-нибудь оставить мастерам из сервисного центра.

"Сгорел" динамик

Признавайся, экспериментировал с настройками звука в Инженерном меню? Или может быть ставил патч на увеличение громкости звонка? Вот и доигрался, теперь динамик телефона издает еле слышное шипение или же погрузился в спячку. Все это тебе доходчиво объяснят мастера по ремонту, стоит тебе только заявиться к ним с подобной проблемой. Так что, если телефон уже не на гарантии, то можно осуществить замену динамика самому, предварительно купив на ближайшем радиорынке новый под свою модель телефона. Все, что нужно сделать – это вставить динамик в паз, отведенный для него, и при необходимости припаять проводки. Вот собственно и все, но на будущее предостерегаем: любое увеличение звука в телефоне средствами "народных умельцев" может привести к "сгоранию" динамика. Кроме того, остерегайся использовать динамики от других моделей. Так, Nokia 3310 с динамиком от Samsung вряд ли начнет проигрывать MP3, зато разница в сопротивлении может вывести телефон из строя, или же сам динамик просто не заработает.

Внимание! Неписаные законы "мастеров-кустарей":

- За слово "глючит" штраф 10 гривен (теперь понял, на чем зарабатывают мастерские?)
- Вопрос "не по существу", а именно, о сроках выполнения работ, карается в размере 10 процентов стоимости ремонта
- Оплата вперед вне зависимости от результатов ремонта
- Забытые в телефоне SIM-карты ищи на радиорынке

Глава 5. Элементы и технология поверхностного монтажа

Что такое поверхностный монтаж?

SMT - Surface Mount Technology - технология поверхностного монтажа. Является дальнейшим естественным развитием традиционной технологии монтажа элементов в отверстия - вместо отверстий стали использовать контактную площадку на поверхности печатной платы. При этом появилась возможность значительно сократить размеры элементов, автоматизировать процесс монтажа, более точно размещать интегральные схемы, резисторы и конденсаторы и снизить себестоимость производства. Технология поверхностного монтажа требует меньшего количества дорожек и позволяет увеличить расстояния между ними. Так как емкостное взаимодействие уменьшается при удалении соседних контуров, дополнительно сокращаются перекрестные помехи. Компоненты могут легко размещаться с обеих сторон платы, что увеличивает плотность размещения. SMT-пайка более производительна. При наличии требуемого оборудования процесс перепайки и замены элементов на SMT проще, чем на платах прежней технологии. SMT интегральные схемы могут удаляться и заменяться неоднократно на одной плате без повреждения интегральной схемы или платы, что нельзя сделать с 40-выводными DIP интегральными схемами.

Необходимо отметить и недостатки. Платы с SMT-компонентами предполагают специальную разработку и автоматизированное проектирование (CAD), высокие требования к допускам и качеству. Экономически оправданным методом применения SMD компонентов при сборке печатных плат является наличие оборудования автоматизации сборки. Ручная сборка в некоторых случаях недопустима. При применении SMT появляются дополнительные издержки на программирование процесса автоматизации сборки и изготовление трафаретов.

Компоненты поверхностного монтажа

Маркировка

Компоненты для поверхностного монтажа (SMD) слишком малы, чтобы на их корпусе была нанесена стандартная маркировка. Поэтому существует специальная система маркировки таких компонентов: на корпус прибора нанесен код, состоящий из двух или трех символов. На очень малых компонентах маркировка отсутствует.

Корпуса и типоразмеры

Любой элемент для поверхностного монтажа имеет металлизированные площадки, которые соединяются расплавленным припоем с соответствующими контактами печатной платы. Кроме своего прямого назначения контакты еще выполняют функцию отвода тепла. Вследствие малых размеров и веса компонентов при пайке горячим воздухом или в инфракрасной печи ярко проявляются эффект поверхностного натяжения расплавленного припоя и закон Архимеда о выталкивающей силе. Первый проявляется в том, что расплавленный припой не растекается, а стягивается в сферическую форму в области пайки. Второй - в том, что компоненты плавают на поверхности расплавленного припоя, поскольку плотность их материала ниже плотности припоя.
Пассивные компоненты просты, а на большие микросхемы стоит обратить внимание. С точки зрения монтажа их отличает расположение выводов. В мобильных телефонах чаще всего применяются микросхемы BGA - Ball Grid Array, имеющие контактные площадки, сформированные из припоя в виде шариков, расположенных квадратно-гнездовым способом на нижней поверхности микросхемы. Для правильного позиционирования микросхем BGA на плату наносят специальные маркеры. Реже применяют микросхемы с планарными выводами, т.е. выводами по бокам микросхемы.
Все компоненты поверхностного монтажа стандартизованы.

Материалы и технология пайки

Припои и пасты

Пайку используют для монтажа и демонтажа компонентов на печатную плату. Наиболее часто при пайке оплавлением применяют припои на основе сплава олово-свинец 63/37 или составы с небольшим содержанием серебра 62/36/2. Такие сплавы имеют температуру плавления около 186oC. Идеальный профиль для пайки оплавлением с использованием этих припоев имеет пиковую температуру 215 - 219oC с выдержкой 45 - 60 секунд выше точки плавления.
Главные составляющие наиболее популярного припойного сплава - олово (Sn) 63% и свинец (Pb) 37%.
Иногда используется другой сплав: Sn 62%, Pb 36%, Ag 2%. Этот припой в основном используется при пайке посеребренных деталей. Серебро, содержащееся в припое, препятствует растворению в припое серебра с поверхности некоторых компонентов.
Паяльная паста представляет собой пастообразную массу, состоящую из сферических частиц припоя и флюса связки. Свойства паяльной пасты зависят от процентного содержания металлической составляющей, типа сплава, размеров частиц припоя и типа флюса.
В соответствии с пожеланиями потребителей паяльная паста может поставляться с размерами частиц припоя от 20 - 45 мкм или от 20 - 38 мкм. Размер выбирается исходя из требований к пайке определенных компонентов.
Кроме того, в паяльных пастах обычно содержатся:
- природная канифоль/искусственная канифоль;
- растворитель для уменьшения вязкости паяльной пасты;
- активатор для очистки загрязнений поверхности металла;
- загуститель для увеличения вязкости паяльной пасты;
- добавки для уменьшения эффекта расползания пасты после печати.
Для нормальной работы с паяльной пастой желательно, чтобы температура в помещении была 22 - 28oС, а влажность не превышала 30 - 60%.

Решением европейской комиссии по законодательству использование свинца в производстве электроники запрещено с 01.01.2006 г.

Какие же сплавы предлагают производители технологических материалов для замены припоев, содержащих свинец? Наиболее близким по своим свойствам к традиционному сплаву Sn62/Pb36/Ag2 является эвтектический (однородный и легкоплавкий) сплав Sn95,5/Ag3,8/Cu0,7, который используется в паяльных пастах и трубчатых припоях. Эвтектические сплавы предпочтительны, поскольку их кристаллизация происходит в узком температурном диапазоне, при этом отсутствует смещение компонентов, в результате чего достигается более высокая надежность паяных соединений.
На сегодняшний день среди мировых производителей электроники сложилось единое мнение, что наилучшей бессвинцовой альтернативой для эвтектики Sn62/Pb36/Ag2 в аппаратуре общего и специального назначения является сплав Sn95,5/Ag3,8/Cu0,7с температурой плавления 217°C.
Некоторые производители технологических материалов предлагают паяльные пасты с температурами плавления 195°C, но они не получили широкого распространения. Припой Sn89/Zn8/Bi3, содержащийся в этих пастах, имеет температуру плавления, близкую к эвтектике Sn/Pb, однако наличие в его составе цинка приводит к ряду проблем. Припойные пасты на этой основе имеют очень короткое время жизни, требуется флюс повышенной активности, при оплавлении образуется труднорастворимая окалина, паяные соединения подвержены коррозии, требуется обязательная промывка соединений после пайки.

Монтажные флюсы

В процессе пайки флюсы обеспечивают растворение оксидов и сульфидов, защиту паяемых поверхностей от повторного окисления, снижение поверхностного натяжения припоя.
Материалы, предлагаемые в качестве флюсов для пайки электронных изделий, могут относиться к смолосодержащим и смолонесодержащим.
Основу смолосодержащих флюсов, как правило, составляет канифоль, представляющая собой смесь органических кислот. Главный компонент этой смеси - абиетиновая кислота. Органические кислоты - такие как салициловая, молочная, стеариновая, лимонная, муравьиная и т. д. - также могут быть использованы для подготовки поверхности к пайке, однако из-за их большей активности они требуют более аккуратного обращения и тщательной промывки изделий после пайки. Эти кислоты, как и некоторые их соединения, чаще используются в качестве активаторов и добавок к флюсам на основе канифоли.
Уровень кислотности флюса на основе чистой канифоли очень мал, но в результате ее растворения и в процессе нагрева при пайке происходит ее активация. Процесс активации канифоли начинается при температуре около 170 °С. При сильном нагреве (более 300 °С) происходит интенсивное разложение канифоли и потеря ее флюсующих свойств.
Предлагаемые на рынке флюсы классифицируют по степени активности следующим образом.

Тип R (от англ. rosin - канифоль) представляет собой чистую канифоль в твердом виде или растворенную в спирте, этилацетате, метиленэтилкетоне и подобных растворителях. Это наименее активная группа флюсов, поэтому ее используют для пайки по свежим поверхностям или по поверхностям, которые были защищены от окисления в процессе хранения. Эта группа флюсов не требует удаления их остатков после пайки.

Тип RMA (от англ. rosin mild activated - слегка активированная канифоль) - группа смолосодержащих флюсов с различными комбинациями активаторов: органическими кислотами или их соединениями (диметилалкилбензиламмонийхлорид, трибутилфосфат, салициловая кислота, диэтиламин солянокислый, триэтаноламин и др.). Эти флюсы обладают более высокой активностью по сравнению с типом R. Предполагается, что в процессе пайки активаторы испаряются без остатка, вследствие чего этот флюс тоже не требует отмывки. Но очевидно, что процесс пайки должен быть гарантированно завершен полным испарением активаторов. Такие гарантии может обеспечить только машинная пайка с автоматизацией температурно-временных процессов (температурного профиля пайки).

Тип RA (от англ. rosin activated - активированная канифоль). Эта группа флюсов рекламируется для промышленного производства электронных изделий массового спроса. Несмотря на тот факт, что данный вид флюса отличается более высокой активностью по сравнению с упомянутыми выше, он также не требует смывки, поскольку его остатки не проявляют видимой коррозионной активности.

Тип SRA (от англ. super activated rosin - сверхактивированная канифоль). Эти флюсы были созданы для нестандартных применений в электронике. Они могут использоваться для пайки никелесодержащих сплавов, нержавеющих сталей и материалов типа сплава ковар. Флюсы типа SRA очень агрессивны и требуют тщательной отмывки при любых обстоятельствах, поэтому их использование в электронике строго регламентировано.

Тип No-Clean (не требует смывки). Эта группа специально создана для процессов, где нет возможности использовать последующую отмывку плат или она затруднена по каким-то причинам. Основное отличие этой группы состоит в крайне малом количестве остатков флюса на плате по окончании процесса пайки.
До сегодняшнего дня наиболее распространенным растворителем является спирто-бензиновая смесь. Спирт смывает остатки канифоли, бензин - жиры и масла, в том числе жировой секрет отпечатков пальцев. Спирт образует с растворенными в нем загрязнениями азеотропную смесь, то есть испаряется вместе с ними. Бензин, испаряясь, оставляет на поверхности, растворенные в нем компоненты. Но в сочетании со спиртом его моющие свойства улучшаются. Однако основным ее недостатком является то, что она не смывает минеральные соли от прикосновений рук.

Основные принципы пайки оплавлением

Для получения качественной пайки необходим предварительный равномерный прогрев платы.
Во избежание механического разрушения компонентов скорость изменения температуры не должна превышать 5oC в секунду.
Разница температуры предварительного нагрева и температуры оплавления не должна превышать 100oC.
Пиковая температура пайки должна более чем на 30oC превышать точку плавления используемого припоя.
Температурный пик должен приходиться на 200oC - 210oC и не может превышать 260oC, поскольку это может привести к выходу компонентов из строя.
Большие компоненты или поглотители тепла будут требовать более длительных циклов нагрева.
Следует контролировать процесс естественного охлаждения после пайки. Искусственное ускорение приводит к появлению скрытого брака. Удары и перегрузки приводят к механическому повреждению компонентов.
Некоторые компоненты (например, электролитические конденсаторы с жидким электролитом) чрезвычайно чувствительны к перегреву и существенно ограничивают предельное время прохождения зоны оплавления. Например, миниатюрные керамические резонаторы могут без повреждений находиться в среде с температурой выше 200oC не более 20 с. Поэтому время экспозиции должно быть минимизировано. Встречаются компоненты, которые требуют повторения цикла пайки после остывания платы.
Особо следует отметить важность скорости изменения температуры. Слишком быстрый нагрев приводит к растрескиванию многослойных керамических компонентов - конденсаторов и резонаторов. Также уязвимы массивные и высокие компоненты.
Скорость охлаждения определяет размер кристаллов припоя - чем быстрее охлаждение, тем меньше зерно. С другой стороны, чрезмерно быстрый процесс может привести к разрушению компонентов из-за механических перенапряжений. При охлаждении компоненты подвергаются механическим перегрузкам и поэтому очень чувствительны к внешним воздействиям.
В процессе пайки компоненты подвергаются тепловым ударам. Температура пайки намного превышает максимально допустимую для компонентов температуру, поэтому для предотвращения выхода их из строя необходимо строго соблюдать основные принципы технологии пайки.

Температурный профиль оплавления. Как и во всех процессах пайки, температурный профиль является ключевым элементом успешного процесса. Сам процесс реболлинга BGA чипа достаточно прост и повторяем, гораздо больше времени отнимает настройка температурного профиля для оборудования оплавления горячим воздухом. Рекомендуемый температурный профиль изображен.

Каждый BGA чип предлагает свой температурный профиль. Начните с базового профиля, показанного ниже, внося коррективы на тип материала BGA, массу BGA чипа и его размер, и это должно принести к приемлемым результатам.
Помните о том, что настройка профиля основывается на измеренной температуре компонента. Сама температура в печи либо температура воздушного потока при работе с феном обычно от нее отличается.

Измерение температуры компонента. Для создания рабочего температурного профиля термопары размещаются в различных участках компонента, а мониторинг их показаний выполняется с помощью специального программного обеспечения, что позволяет найти оптимальный профиль оплавления компонента. Этот способ снятия показаний обеспечивает равномерность снятия показаний нагрева и минимальный термический удар для исследуемого компонента.

Настройка воздушного потока при оплавлении. Воздушный поток, обтекая компонент, заставляет его нагреваться. При неравномерном нагреве компонента возникают температурные градиенты (перепады температуры) в его составе. Большой температурный градиент влечет за собой температурный удар, который может повредить компонент.

Восстановление шариковых выводов (реболлинг) BGA-компонентов

Необходимое оборудование

- система пайки горячим воздухом или конвекционная печь;
- паяльник для снятия шариков BGA;
- защищенное от статики рабочее место;
- микроскоп (для проверки).

Методы безопасности

Вентиляция. Испарения флюса при пайке могут оказывать вред. Используйте общую или местную вытяжки на рабочем месте.

Средства личной защиты. Химикаты, используемые в процессе реболлинга, могут вызвать поражение участков кожи. Используйте соответствующие средства защиты.

Опасность свинца. Организация USEPA Carcinogen Assessment Group относит свинец и его сплавы к тератогенам, а компоненты с его применением - к классу B-2 канцерогенов.
При работе с чувствительными к статическому заряду компонентами убедитесь, что ваше рабочее место защищено от статики, для чего используйте следующие средства:
- напалечники;
- проводящие рабочий коврик или покрытие стола;
- заземленный пяточный или запястные браслеты.

Восприимчивости компонентов

Восприимчивость к влажности. Пластиковые корпуса BGA являются абсорбентами влажности. Производитель чипа обозначает уровень восприимчивости компонента на каждом корпусе. Каждый уровень восприимчивости имеет временной предел для внешнего воздействия, связанный с ним. При превышении разрешенного времени внешнего воздействия предписывается проводить сушку компонента. Стандартное время сушки - это 24 часа при 125oC. После окончания сушки компонент должен быть помещен в пакет с веществом, впитывающим влагу, что предотвратит повторное проникновение влажности в него. Подобная сушка подготовит компонент к процессу пайки.

Восприимчивость к статическому заряду. Последовательность действий по снятию, реболлингу и повторной установке компонента на печатную плату вызывает множественное количество шансов повредить компонент статическим зарядом. Старайтесь использовать соответствующие средства защиты.

Восприимчивость к температуре. BGA-компоненты восприимчивы к перепадам температуры в следующих случаях. Быстрые изменения в температуре приведут к температурному удару вследствие неравномерного распределения внутренних температур в самом чипе. Быстрый нагрев только одной стороны BGA-чипа может вызвать температурный удар на подложке чипа.
Пластиковые BGA чипы наиболее напоминают печатные платы. Их подложки состоят из закаленного стекла и обычно имеют Tg (температура стеклования) приблизительно 230oC. Свыше температуры стеклования коэффициент термического расширения начинает возрастать, вызывая внутренние температурные удары. Очень важно сохранять подложку чипа ниже данной температуры.
Предпочтительнее использовать печь конвекционного типа. Менее надежные результаты дают системы пайки пистолетного типа. Для эффективной пайки компонентов необходимо обеспечить равномерность нагрева компонентов. Небольшая скорость подачи горячего воздуха сможет уменьшить вероятность температурного удара вследствие неравномерности нагрева компонента. Слой шариковых выводов способствует изолированию контактных площадок подложки от воздуха. Время "вымачивания" в печи дает время на то, чтобы все контактные площадки равномерно смочились припоем. Когда процесс оплавления по температурному профилю завершен, шариковые выводы имеют светло-коричневый цвет. Большая температура обдува может привести к появлению темно-коричневого цвета выводов и даже черного.
Рекомендуется, чтобы BGA-компоненты никогда не нагревались более чем на 220oC. Внутренние удары возникают вследствие возникновения температурных градиентов и нагрузок внутри структуры чипа. Термические удары более заметны в процессе реболлинга, даже если присутствуют оба типа ударов. Для минимизации риска температурного удара тщательно следите за температурным циклом процесса. Равномерность нагрева является критичным фактором для минимизации ударов в чипе.

Процесс снятия шариковых выводов (деболлинг)

Существует много инструментов, которые позволяют снять остатки припоя с BGA-компонета. Они включают в себя вакуумные инструменты с горячим воздухом, паяльники с жалом и, что наиболее предпочтительно, низкотемпературные установки пайки волной (220oC). Любой из этих инструментов при правильном использовании позволяет проводить реболлинг.
Поскольку паяльники с хорошим температурным контролем пайки не так редки сейчас и относительно недороги, мы опишем процесс деболлинга с использованием паяльника с жалом. Держитесь увереннее на протяжении всего процесса деболлинга, поскольку он содержит множество потенциально опасных для чипа механических и термальных стрессов.
Инструменты и материалы:
- флюс;
- паяльник;
- изопропиловые салфетки (изопропил алкоголь);
- проводящий коврик.
Дополнительные рекомендуемые инструменты:
- микроскоп;
- вытяжка;
- защитные очки;
- ножницы.
Подготовка:
- предварительно разогрейте паяльник и перепроверьте чип на загрязнение, пропущенные контактные площадки, а также паяемость;
- наденьте напалечники;
- наденьте защитные очки.

Примечание: проведение сушки компонента для удаления влажности рекомендуется делать до выполнения его деболлинга.

Шаг 1 - нанесение флюса на чип. Положите чип на проводящий коврик, стороной контактных площадок вверх. Слишком малое количество флюса сделает процесс деболлинга затруднительным.

Шаг 2 - снятие шариков. Используя каплю расплавленного припоя на кончике жала паяльника, уберите с поверхности контактных площадок остатки припоя, в результате чего на площадках должно остаться минимальное его количество.

Шаг 3 - очистка чипа. Сразу же очистите чип с помощью салфетки, смоченной в изопропиловом спирте. Своевременная очистка чипа облегчит удаление остатков флюса. Выньте салфетку из пакета и разверните ее. Прижимая поверхность чипа с контактными площадками к салфетке, удалите с него флюс. Постепенно сдвигайте чип при протирке на более чистые участки салфетки. При очистке всегда поддерживайте противоположную сторону чипа. Не загибайте уголки чипа. Если флюса много, можно использовать вначале обыкновенную зубную щетку, смоченную в изопропиловом спирте.

Примечания: 1. Никогда не очищайте BGA чип загрязненным участком салфетки. 2. Всегда используйте новую салфетку для каждого нового чипа.

Шаг 4 - проверка. Рекомендуется проверку проводить под микроскопом. Проверяйте чистоту контактных площадок, поврежденные площадки и неудаленные шарики припоя.

Примечание: если флюс имеет коррозионные свойства, рекомендуется провести дополнительную очистку.

Шаг 5 - промывка. Хорошенько прочистите чип щеткой и промойте деионизованной водой. Это поможет смыть остатки флюса с чипа. После этого просушите чип сухим воздухом. Повторно проверьте поверхность.

Процесс нанесения шариковых выводов (реболлинг)

Инструменты и материалы:
- ремонтный трафарет;
- малярная лента;
- паяльная паста;
- ракель или скальпель;
- щетка для очистки;
- пинцет;
- печь оплавления или система пайки горячим воздухом;
- деионизированная вода.
Дополнительно рекомендуемые инструменты:
- микроскоп;
- напалечники.

Шаг 1 - совмещение чипа с трафаретом. Выберите соответствующий трафарет и поместите чип и трафарет в хорошо освещенной части рабочего места. Совместите отверстия трафарета с контактными площадками чипа. Зафиксируйте чип на трафарете кусочком малярной ленты. Малярная лента имеет бумажную основу, которая не плавится. Трафарет должен быть ровным, иначе процесс восстановления не получится.

Шаг 2 - нанесение паяльной пасты на чип. Нанесите паяльную пасту на чип, заполняя отверстия трафарета специальным ракелем или лезвием тонкого плоскозаточенного скальпеля. Убедитесь, что все отверстия трафарета заполнены паяльной пастой.

Примечание: Перед тем как начать, убедитесь, что поверхность чипа чиста.

Шаг 3 - оплавление. Поместите трафарет с чипом в горячую конвекционную печь или станцию для реболлинга горячим воздухом и начните цикл оплавления. Используемое оборудование должно быть настроено для соблюдения термопрофиля.

Шаг 4 - охлаждение. Охладите трафарет с чипом, учитывая требования термопрофиля.

Шаг 5 - аккуратно снимите чип с трафарета.

Шаг 6 - очистите чип и трафарет от остатков флюса.

Шаг 7 - промывка чипа BGA. Промойте чип деионизованной водой. Это поможет удалить маленькие частицы флюса и грязи, оставшиеся после предыдущих этапов очистки. Дайте чипу высохнуть на воздухе. Не протирайте его салфетками или тряпочками.

Шаг 8 - проверка качества нанесения выводов. Используйте микроскоп для проверки чипа на загрязнение, пропущенные шарики или остатки флюса.

Сушка чипа

Процедура сушки очень важна для того, чтобы быть уверенным, что не возникнет эффект "поп-корна" в процессе реболлинга чипа. Очень рекомендуется подвергать чип сушке перед каждой операцией реболлинга, чтобы исключить наличие влажности на дальнейший период времени.

Глава 6. Программирование

Когда-то в мобильном телефоне вообще отсутствовал механизм его перепрограммирования. Микросхема памяти программировалась на заводе специальным программатором и затем устанавливалась в телефон. Однако это исключало постороннее вмешательство и сбои в процессе эксплуатации. Поэтому старые телефоны и считаются до сих пор надёжными, но жаль, что их осталось уже очень мало. В настоящее время механизм перепрограммирования реализован в телефоне.

Телефон уже давно перестал быть средством коммуникации. Он все больше и больше превращается в мультимедийную установку, иногда даже более удобную, если сравнивать с немобильными аналогами. Программное обеспечение, разрабатываемое на заводах производителей, нередко требовало исправлений, но изметить его и сделать изменения вовремя не получалось. В результате возник целый класс мобильного сообщества – «прошивкокопатели». Это были люди, которые не хотели ждать, пока появятся исправления производителя. Со временем они научились воздействовать на любимую модель телефона таким образом, что появлялись новые возможности. Появилось такое слово, как «патч» - заплатка, которую латают или прошивают в телефон. Это небольшие новые кусочки программ, заменяющие в чем-то ущербные старые. Преградой для творчества всегда было отсутствие знаний, по какому принципу происходит программирование. Фирме-производителю совсем невыгодно, чтобы их разработки стали понятны конкурентам, поэтому делается всё возможное, чтобы усложнить доступ к памяти телефона. «Прошивкокапатели» в основном работают с «открытыми» телефонами, с теми у которых можно прочитать содержимое памяти в явном виде, разобраться с ним, изменить и вернуть обратно в телефон, оперируя обычным дата-кабелем. Самыми известными стали модели от Siemens-BenQ , а также от Samsung на платформе Swift (х100, х600…)

В ходе долгих экспериментов сформировалась особая рецептура по тюнингу мобильного телефона. Если раньше стремились получить функцию, которая была потенциально доступна, но была или не реализована или реализована в похожей модели, но более дорогой, то теперь основный упор делают на добавление индивидуальных функций, применение которых определяет лишь пытливый ум хозяина мобильного телефона. Например "Разблокировка клавиатуры двойным нажатием #" или "Разблокировать клавиатуру любой клавишей (0-9,#)".

Часто встречаются телефоны, которые на аппаратном уровне полностью идентичны, а отличаются лишь программным обеспечением , набором функций, а также ценой. Производителя можно понять, ведь запуская в производство один и тот же телефон разнообразить ассортимент проще начинкой телефона, чем коробочкой, в которой начинка лежит. Сразу возникла тенденция перепрошить телефон так, чтобы он даже поменял своё название. Параллельно возникло желание сэкономить, купив дешёвый телефон, потом перепрошить его в другую более дорогую модель, при этом в некоторых случаях данную процедуру можно было сделать прямо у себя дома. Постепенно стали возникать легенды и слухи о том, что любой телефон можно перепрошить так, что у него появится спутниковая антенна, радио или телевизор.

Одним из таких ярких примеров была взаимозаменяемость Siemens А57=A55=С55 – появлялся голосовой набор и GPRS. Или Siemens Sl42=Sl45=Sl45i – в последнем присутствовала поддержка Java. SonyEricsson K750 = D750 = W800 – в последнем улучшенный плеер.

Большую роль начинают играть приложения, написанные на Java, которые сами по себе вносят в телефон что-то новое и актуальность перепрошивки телефона постепенно исчезает. Прошивкокапатели просто начинают потихоньку взрослеть, и как класс – исчезать. С появлением смартфонов, уже давно стёрта грань между компьютером и телефоном. Всё, что хотелось бы видеть в компьютере, уже давно появилось в телефоне.

Не вызывает удивления, что вмешательство пользователей в работу телефона путём перепрограммирования может вызвать в нём сбои или ошибки. Не стоит также забывать, что программные ошибки могли быть допущены разработчиками. Изменяя прошивку с помощью патча, тоже нельзя быть застрахованным, что всё будет хорошо работать. При этом обычно забывают предысторию манипуляций с телефоном и удивляются, почему телефон работает "не так".

Превращаясь в компьютер, телефон автоматически получает проблемы, свойственные компьютеру. Но, если в компьютере они решаются простым рестартом, то телефон требует перепрограммирования. Организация файловой системы в телефоне сразу повлекла за собой и проблемы, связанные с её функционированием. Самое интересное, что процессы, происходящие в работе файловой системы, каким-то образом влияют на закрытые области памяти, в которых хранится узкоспециализированная информация, что в свою очередь может привести даже к невключению телефона.

В отдельном модельном ряде нередко встречаются "мины замедленного действия" - ошибки, допущенные при производстве, которые рано или поздно начинают проявляться.

Терминология

Основой для понимания любого материала является терминология. Объяснить программирование можно даже с применением ненормативной лексики, употребляя всего несколько слов в различной их комбинации. Но для этого нужно обладать недюжинным талантом. Мы же начнем с терминологии. Как профессионалы, так и мастера средней квалификации очень часто пользуются сленгом. Понять и "разложить по полочкам" новичку такую информацию очень сложно. Мы попытаемся объединить сленг и официальную терминологию и понятия для того, чтобы они "дошли". Итак…

СЛОВАРЬ СЛЕНГА И ОФИЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ

Терминал – мобильный телефон (далее просто телефон).

Прошивка (программа, содержимое памяти) – массив данных, предназначенных для управления компонентами системы в целях реализации определенного алгоритма.

Прошивка (процесс - прошить, переписать, профлешить) – перепрограммирование - полная либо частичная смена программного обеспечения телефона.

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.

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 - набор данных, являющихся частью программного обеспечения телефона, позволяющий использовать тот или иной язык.

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.

ROM

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.

RAM

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.

Механизм перепрограммирования.

Перепрограммирование обычно преследует цель изменить язык интерфейса телефона или добавить/удалить некоторые дополнительные возможности операционной системы телефона. Операции с зоной EEPROM позволяют снять блокировку ("разлочить") телефона или оператора, а также восстановить сервисную информацию. В некоторых случаях это помогает восстановить работоспособность телефона.

В процессе перепрограммирования принимают участие компьютер с соответствующими программами, мобильный телефон и кабель, соединяющий их.

Все изменения в телефоне производит управляющая программа компьютера. Обычно она состоит из нескольких частей – собственно программы и различных файлов прошивок, т.е. содержимого программного обеспечения телефона. В начале, как правило, управляющую программу компьютера необходимо настроить путем выбора соответствующих опций. После настройки и старта процесса перепрограммирования в телефон последовательно бит за битом поступает информация, содержащаяся в файлах прошивок. Приемом этой информации и передачей ее в необходимую область памяти в телефоне управляет процессор с помощью начального загрузчика - программы, которая содержится в ROM самого процессора. В самом начале в оперативную память телефона загружается так называемый загрузчик (boot, loader) – программа, которой сразу после ее загрузки передается управление последующим перепрограммированием. Дальнейший процесс стирает флэш-память и заполняет ее содержимым новых файлов прошивок в соответствии с командами программы загрузчика. Термином прошивка в дальнейшем мы будем обозначать содержимое программного обеспечения телефона.

Иногда начальный загрузчик содержится не в ROM процессора, а в флэш-памяти (некоторые модели Motorola). В этом случае для перепрограммирования необходимо микросхему флэш-памяти выпаять, заново запрограммировать на специальном программаторе, а затем впаять обратно в телефон.

Почему для разных телефонов нужны разные кабели, программы и программаторы?

На этот вопрос можно ответить очень просто – потому, что не существует:
- одинакового программного обеспечения для разных телефонов;
- одинаковых процессоров и систем команд в разных телефонах;
- одинаковых сигналов внутри телефона по назначению и параметрам (длительность частота и пр.);
- одинаковых объемов и алгоритмов программирования разных микросхем и т.д. и т.п.

Схемы интерфейсов (кабелей).

Все кабели, применяемые для перепрограммирования, используют стандартные интерфейсы компьютера и их протоколы – RS 232, параллельный для принтера и USB 2,0. Эти интерфейсы включают в себя много сигналов и имеют сложные алгоритмы обмена, но для нижеприведенных схем используется только часть сигналов и упрощенные алгоритмы.

Двухпроводный двунаправленный последовательный интерфейс (универсальный, FBus) – использует два провода для передачи информации в двух направлениях (Tx – передача - Transmit, Rx – прием - Receive) и GND – земля (рисунок 2). 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. Схему можно собрать в корпусе обычной наружной телефонной евророзетки с использованием SMD-компонентов. Такая конструкция дает удобную возможность использовать устройство для работы с разными телефонами – нужно сделать несколько кабелей для мобильных телефонов с необходимыми для них разъемами, которые другим концом (телефонной евровилкой) соединяются с устройством.

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.

Параллельный интерфейс (использует порт принтера) 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.

Номер контакта

Назначение

Цвет провода

1

V BUS

Красный

2

D -

Белый

3

D +

Зеленый

4

GND

Черный

Оплетка

Экран

Оплетка

Большинство программ работют через универсальный интерфейс. Достаточно собрать приведённую выше схему, найти соответствующий разъём телефона, правильно скоммутировать 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

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 («разллочивать»).

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).

Winswup

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.

Freia

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.

С помощью Freia можно считать либо всю прошивку, либо выборочно участки памяти, записать произвольные области памяти, а также провести операцию по снятию кодировок как пользовательских, так и операторских («разлочить»).

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.

Телефоны Nokia DCT-3:

2100 (NAM-2),
3210 (NSE-8/9), 3310/3315 (NHM-5), 3330 (NHM-6), 3350 (NHM-9), 3360 (NPW-1), 3390 (NPB-1), 3410 (NHM-2), 3610 (NAM-1)
5110 (NSE-1), 5110i (NSE-2), 5120 (NSC-1), 5130 (NSK-1), 5160 (NSW-1), 5190 (NSB-1), 5210 (NSM-5), 5510 (NPM-5)
6090 (NME-3), 6110 (NSE-3), 6120 (NSC-3), 6130 (NSK-3), 6138 (NSK-3), 6150 (NSM-1), 6160/6162 (NSW-3),
6185/6188 (NSD-3AX), 6190 (NSB-3), 6210 (NPE-3), 6250 (NHM-3)
7110 (NSE-5), 7160 (NSW-5), 7190 (NSB-5)
8210 (NSM-3), 8250 (NMS-3D), 8290 (NSB-7), 8810 (NSE-6), 8850 (NSM-2), 8855 (NSM- 4), 8890 (NSB-6)
Communicator 9110 (RAE-2), Communicator 9210 (RAE-3)
Card Phone 1.0 (RPE-1), Card Phone 2.0 (RPM-1)

Это относительно новые телефоны. Для полноценной работы с ними необходимо специальное аппаратно-программное оборудование (UFS, Jaf, Griffin, Dejan-flasher), требующее времени на его изучение и финансовых затрат.
Существуют и простые условно-бесплатные средства, но круг задач , решаемых с их помощью, ограничен. Почему эти средства названы условно-бесплатными, наверное, понятно – они все-таки требуют и времени и денег на комплектующие и т.п. Из этой категории для работы с телефонами Nokia необходимы 2 программы и, соответственно, 2 интерфейса:
- последовательный, который работает только с областью EEPROM
- параллельный – для работы с MCU и PPM

Для программирования потребуются:

1. Программы. Существуют программы Eeprom Tools by B-phreaks, Nokia Tool by Jordik или Nokia Tool by Rollis. Они имеют интуитивно понятный интерфейс и возможность автоматически настраивать для программирования каждой конкретной модели. В качестве примера возьмем Nokia Tool by Rollis Ver 1.8. - программа для чтения и записи флэш-памяти телефонов Nokia, распространяется бесплатно, можно скачать на сайте http://hjem.get2net.dk/klarlund/download/NokTool18.exe

2. Параллельный интерфейс. Он предназначен для работы с программами чтения и записи flash-памяти телефонов Nokia. Сигнал BTEMP - необходим только для автоматического входа в тест-режим. Его можно не использовать, а вместо этого в начале процедуры чтения/записи нажимать кнопку включения телефона. Сигнал Vpp - используется только в модели 3210, все остальные работают без него. Использование Vpp для модели 3210 обязательно. Отечественными аналогами диодов 1N4148 являются диоды КД522 с любым буквенным индексом. Для корректной работы интерфейса иногда необходимо в BIOSе компьютера в настройках Integrated Peripherals изменить параметр Onboard Parallel Mode (обычно ECP). Синхронизация происходит сигналом MBUS, при этом телефон должен быть во включенном состоянии.
Через этот же интерфейс возможно оперировать с областью памяти EEPROM, а следовательно, можно получить доступ к различным кодировкам, заводскому номеру IMEI или осуществить сброс настроек в меню телефона по умолчанию. Например с помощью программы NokiaTool1.8, можно вычитать информацию о телефоне (1) , а потом или раскодировать его от операторских блокировок (2) или поменять IMEI (3) или сбросить настройки по умолчанию (4), в частности во время сброса, также будет сброшен код телефона на «12345» - по умолчанию . Операция “Update FAID” (5) выполняет пересчёт секретной информации телефона (цифровой ключ) при каждом вмешательстве в телефон программными методами. В частности после раскодировки, смены IMEI или после перепрограммирования. Если её не проводить, то потом телефон будет постоянно перезагружаться и никогда не найдёт сеть. Алгоритм, по которому происходит пересчёт, долгое время не был известен и операции по пересчёту FAID могли производить лишь в официальных представительствах Nokia. В настоящее время, всё стало открыто и вскоре реализовано в похожих программах, как NokiaTool.

То, что касается программирования, то для этого уже необходимо или специальное устройство (UFS, Jaf, Griffin, Dejan-flasher) или самодельный (купленный) интерфейс FBUS на основе параллельного порта LPT. Соответственно под каждое из приведённых устройств существует программа-оболочка, которая осуществляет операцию перепрограммирования.
Следует отметить, что для всех Nokia, начиная с данного поколения программное обеспечение инсталлируется отдельно из инсталяционного пакета Phoenix, которое создаётся в виде отдельных пакетов под данную модель телефона и под данную версию программного обеспечения. После установки все необходимые файлы помещаются в папку c:\wintesla по умолчанию. Прошивки различаются не по номеру модели Nokia, а по её типу. То есть каждой модели соответствует свой тип. Его можно посмотреть например при определении версии в телефоне, путём нажатия комбинации *#0000# или на задней крышке на наклейке. Ниже приведён перечень для данного поколения Nokia.

Слева пишется тип модели, а справа – сама модель. Соответственно и прошивки следует искать по типу, например инсталляционный пакет для 3310 (NHM-5) будет имеет следующий вид:
NHM-5_6.07.exe – как можно заметить, версия прошивки здесь 6.07. После установки, в папке c:\wintesla появится папка NHM-5, в которой и будут находится файлы нашей прошивки.

Если провести сортировку по размеру, от максимального до минимального, то можно заметить, что одним из самых больших файлов является nhm5ny06.070 – при этом его расширение будет заканчиваться на «0» . Этим файлом является главная (main) прошивка – mcu. Формально mcu – это операционная система телефона – firmware. При этом языковой пакет в эту часть прошивки не входит, его следует прошивать отдельно. Из приведённого выше списка видно, что расширения всех остальных файлов в папке NHM-5 за4канчиваются на одну из букв алфавита, каждой из которых соответствует определённый языковой пакет, а следовательно и набор языков в меню. Например наличие русского языка определяет буква «е», то есть файл nhm5ny06.07e является языковым пакетом с наличием русского языка и обозначается как ppm.
Отдельно можно перепрограммировать и EEPROM, но в практических целях при смене версии программного обеспечения или русификации, он не играет роли. Лишь в случаях, когда нарушается его целостность. Например при аппаратной или программной поломке, на дисплее может появиться надпись CONTACT SERVICE или телефон например уйдёт в состоянии, когда он будет закодирован сразу под всех операторов (4 locks), что с первого раза можно действительно принять под операторскую кодировку. Но если поставить телефон на NokiaTool18, то вычитав о нём информацию, увидим, что все 4 возможные операторские кодировки – закрыты (CLOSE). Вот в таких случаях следует полностью перепрограммировать телефон, залить в него фуллфлеш (fullflash), mcu+ppm+eep. Следует помнить, что при замене области EEPROM другой (обычно они называются девственные – пустые), у нас появится некорректный заводской номер телефона IMEI, залитый вместе с чужим EEPROM. Поэтому следует после фуллфлеша исправить IMEI с помощью того же NokiaTool18.

Что нужно сделать:

1. Обязательно!!! Считать флэш вашего телефона (на случай если потребуется вернуть все назад).
2. Залить необходимый флэш файл (MCU+PPM) в телефон. Для русификации телефона достаточно закачать PPM с такой же версией прошивки.
3. После того как вы зальете в телефон новую прошивку, вам необходимо отключить кабель от телефона. Затем снять и вставить батарею. После этого телефон должен нормально включаться и выключаться, единственная проблема в том, что он не сможет зарегистрироваться на базовой станции. При включении - будет находить сеть на короткий промежуток времени, потом терять и через несколько секунд перезагружаться. Если телефон не включается, или при включении на экране ничего не появляется либо загорается надпись "Contact Service" или "Wrong DSP SW", значит, во время прошивки произошел какой-то сбой. Может быть используемый вами флэш-файл поврежден или прошивка не подходит для данной версии телефона (используемая электроника различается для каждой конкретной версии) и вам нужно поискать другую прошивку.
4. Если все в порядке и телефон нормально включается - подключите MBUS-шнур и запустите программу для обновления FAID (программ таких в последнее время появилось не мало, к примеру, флэшер Knok - кроме функций флэширования может также выполнять обновление FAID). Включите телефон и нажмите кнопку "F1" - для nk_calk ("Update Faid" - для Eeprom Tools 3.1). Программа считает данные с вашего телефона, и затем в течении двух/трех секунд обновит FAID, выключите телефон затем опять включите и он снова найдет сеть. Рекомендуется после обновления прошивки сделать сброс установок телефона к заводским.

Несколько слов о том, что такое MCU и PPM

MCU - основная программа со всеми, необходимыми для работы телефона, функциями. MCU от одной модели (например 5110) вы не сможете использовать с другой моделью телефона (например 6110). Смена MCU имеет смысл, только если вы желаете обновить прошивку вашего телефона с целью устранить имеющиеся недостатки или добавить некоторые новые функции. Также вы можете заменить MCU такой же версией в случае повреждения данных во флэш-памяти.
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. Также вы можете перезаписать PPM-блок такой же версией, если данные в имеющейся флэши повреждены.

Правила обновления прошивки и смены языкового пакета

1. Всегда делать backup флэши вашего телефона, для того чтобы можно было все восстановить в случае ошибки.
2. Ни в коем случае не флэшируйте область EEPROM! Потому как файлы прошивок с MCU и PPM вы найти сможете, а вот восстановление EEPROM будет очень сложно. 3. Запись MCU и PPM блоков можно производить раздельно, в соответствии с адресами указанными в таблице ниже. Для разделения этих блоков можно использовать любой Hex-редактор.
4. Для смены языкового пакета достаточно записать нужный вам PPM от версии прошивки такой же, как у вашего телефона.
5. Если ваш телефон был когда-то заблокирован и разблокирован частичным флэшированием, то вам нужно будет полностью переписать MCU и PPM блоки. Иначе программа обновления FAID не сможет считать с телефона значение MSID (ошибка - Can't Read MSID). После обновления прошивки вам нужно будет снова разблокировать телефон.
6. Для смены MCU, то есть для обновления версии прошивки, нужно сменить и MCU и PPM блоки.
7. В некоторых случаях после обновления прошивки вам необходимо установить настройки вашего телефона по умолчанию. Сделать это можно, используя Wintesla либо Nokia Tool.
Перед и после флэширования Nokia 7110, необходимо вставить в телефон SIM-карту и набрать код *#7370#.

ПРИЛОЖЕНИЯ

1. Структура IMEI.

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:

*#06#

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,

где
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.

Если Ваш телефон не побывал в руках какого-нибудь "экспериментатора", то можете быть уверены, что у него - заводской IMEI. Несовпадение внутреннего и "этикеточного" IMEI может быть в случаях когда телефону меняли корпус, "перепрошивали" и др.

Коды IMEI являются основой для создания так называемых "белых", "серых" и "черных" списков мобильных телефонов. В "белый" список входят все выпущенные фирмами-производителями легально проданные и используемые телефоны. "Серый" список составляют мобильные телефоны, статус которых точно не определен (повреждение firmware, брак и т.п.). В "черный" список включаются все краденые мобильные телефоны.

В случае, если пользователь утратил свой мобильный телефон (произошла кража и т.п.), а код IMEI ему известен, он может обратиться к своему оператору с требованием занести этот телефон в "черный" список. Конечно, вернуть мобильный телефон вряд ли удастся, но можно тешить себя мыслью, что им никто уже не воспользуется.

При обращении к оператору с подобным заявлением обычно требуются соответствующая справка из милиции и документы, подтверждающие право собственности на мобильный телефон.

К сожалению, не все операторы пока поддерживают "черный" список. Некоторые из них о нем просто забывают. Однако не стоит терять надежду, что в недалеком будущем ситуация изменится. Поэтому не рекомендуется приобретать мобильные телефоны с рук или на неспециализированном рынке, поскольку велика вероятность покупки аппарата, занесенного в "черный" список.

В некоторых моделях мобильных телефонов в ответ на запрос кода IMEI на дисплее может индицироваться не пятнадцати-, а шестнадцатизначное число. В такой аппарат установлен более современный процессор.

2. Цоколевка и назначение контактов SIM-карты стандарта ISO 7816

Контакт

Сигнал

Назначение

С1

Vcc

Напряжение питания

С2

Reset

Начальная установка

С3

Clock

Тактовая частота

С4

n/c

Не подключен

С5

GND

Общий

С6

Vpp

Сигнал программирования

С7

I/O

Ввод/Вывод

С8

n/c

Не подключен

Расположение выводов (вид со стороны контактов)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

6653. Миотонии - гетерогенная группа нервно-мышечных заболеваний 25.78 KB
  Миотонии Миотонии -гетерогенная группа нервно-мышечных заболеваний, объединенная общим характерным клиническим комплексом нарушений мышечного тонуса, проявляющимся затруднением расслабления мышц после активного сокращения. Причины развития мио...
6654. Наследственные атаксии 20.32 KB
  Наследственные атаксии Нарушение статики и целенаправленных движений в связи с расстройством согласованности работы мышц агонистов и антагонистов и проявляющееся дисметрией и несоразмерностью движений называется атаксией. Для поддержания ходьбы и ра...
6655. Аутосомно-доминантные атаксии 24.76 KB
  Аутосомно-доминантные атаксии К этой группе относятся разнообразные атактические синдромы, наследующиеся по аутосомно-доминантному типу и манифестирующие обычно в зрелом возрасте (как правило, после 20-30 лет). В абсолютном большинстве случаев эта г...
6656. Врожденные наследственные мозжечковые атаксии 20.64 KB
  Врожденные наследственные мозжечковые атаксии Данная группа наследственных атактических заболеваний характеризуется генетически обусловленным нарушением нормального развития и дифференцировки различных частей мозжечка и, в частности, отдельных клето...
6657. Болезнь Фридрейха 26.2 KB
  Болезнь Фридрейха В 1862 году N. Friedreich описал болезнь, впоследствии получившую его имя. Болезнь Фридрейха (или атаксия Фридрейха) - заболевание с аутосомно-рецессивным типом наследования, является частой формой наследственных атаксий: расп...
6658. Атаксия вследствие дефицита витамина Е 18.67 KB
  Атаксия вследствие дефицита витамина Е Это - редкое заболевание, которое наблюдается главным образом в странах Средиземноморского региона. Ее развитие обусловлено генетическим дефектом, расположенным на длинном плече 8ой хромосомы (локус 8q13). Клин...
6659. Х-сцепленные рецессивные атаксии 22.03 KB
  Х-сцепленные рецессивные атаксии В соответствии с Х сцепленным рецессивным наследованием заболевание развивается только у лиц мужского пола - носителей единственной копии Х хромосомы, у женщин - гетерозиготных носительниц мутации заболеван...
6660. Генетика рассеянного склероза 20.73 KB
  Генетика рассеянного склероза Участие генетических факторов в предрасположенности к развитию рассеянного склероза (РС) и формированию особенностей клинической картины не вызывает сомнения. Этиология рассеянного склероза продолжает является областью ...
6661. Основные методы исследований генетики РС, как заболевания с мультигенной предрасположенностью 24.3 KB
  Основные методы исследований генетики РС, как заболевания с мультигенной предрасположенностью. Для идентификации генов, определяющих генетическую предрасположенность к РС как к мультигенному заболеванию, применяют два основных типа анализа - популяц...