Принципи на действие на съвременните мобилни устройства и комуникации

История и развитие на мобилните устройства и комуникации

Мобилните устройства се появяват като естествен резултат от развитието на съвременните технологии в областта на компютърната техника и комуникациите. Днес те са достъпни за всички и предоставят полезни възможности за изпълнението на множество задачи, за развлечение, за създаване и за поддържане на социални контакти и др., наред с основното си предназначение да бъдат средство за свързване на хората в обществото. Мобилните комуникационни и изчислителни устройства са резултат от следните технически и технологични тенденции:
🔴 миниатюризация, намаляване на консумираната мощност, намаляване на цената;
🔴 увеличаване на достъпността, увеличаване на изчислителната мощност, скорост на достъп и обмен на данни, функционалност;
🔴 разширяване на средствата и начините за въвеждане на данни, разширяване на спомагателните (периферни) устройства, наличие на камера, запис на звук, сензори, GPS;
🔴 възможност за организиране на съхраняваната информация в удобен вид, подходяща за професионални приложения и за развлечения.


Осъзнаването на потребността от удобно, преносимо и автономно устройство за комуникация между хората е стара идея, но тя става реализуема с напредъка на електронните и комуникационни технологии. Първата поява на мобилен телефон датира от 1973 г. (Фиг. 1). Устройството е разработено от Мартин Купър (Martin Cooper), старши инженер във фирмата Motorola. То тежи около 1,1 kg, осигурява непрекъсната работа без зареждане около 10 ч. и време за разговори 30 мин. Първата търговска версия на мобилен телефон се появява през 1983 г., създадена от Motorola под името Motorola DinaTAC. Комуникацията между устройствата се базира на клетъчно организирана безжична мрежа, поради което първоначално мобилните телефони биват наричани „клетъчни“ (cellular phones).

Мобилните устройства претърпяват бърза и динамична еволюция. Най-подходящата им историческа класификация може да бъде направена въз основа на популярното разделяне на използваните за целта технологии в няколко поколения:
🔴 1G – „първо поколение“, за което е характерно използването на честотно модулиран аналогов сигнал за осъществяване на връзката между устройствата. По същество това са мобилни УКВ-радиостанции с възможност за набиране на номера на желания абонат.
🔴 2G – поколение, което въвежда истинска цифрова комуникация. То налага стандарта GSM (Global System for Mobile Communications). Отбелязват се съществени технически и технологични усъвършенствания на устройствата – нова компонентна електронна база, намален размер, намалена консумация на енергия и т.н. Характерно за 2G-технологията е възможността за изпращане на кратки текстови съобщения между абонатите.
🔴 3G – поколението се характеризира със значително разширяване на възможностите за пренасяне на данни. То отбелязва скок в индустрията на мобилните устройства, като предоставя широкодостъпен мобилен интернет и медийни мрежови услуги – радио и телевизия.
🔴 4G – технологиите са ориентирани към значително увеличен трафик на данни и преодоляване на възможните ограничения на съществуващите 3G-мрежи. Те маркират преминаването на мобилните комуникации към истинските IP-мрежи, като ги поставят на едно ниво с популярните кабелни мрежови комуникации. Съществено предимство на технологиите от това поколение е скоростта на обмен на данни, която може да достигне до десет пъти тази, предлагана от 3G-технологиите.


Друго проследяване на развитието на мобилните устройства може да бъде направено според функционалността и технологичното съвършенство на предлаганите възможности на потребителя. Така например първите мобилни телефони предлагат изключително средства за избиране на абонати и за провеждане на разговори. Функционалностите на устройствата се разширяват с добавяне на адресна книга, възможност за запомняне и организиране на информационното съдържание, ползване на прост браузер и електронна поща.


Постепенното развитие на възможностите им позволява двупосочен обмен на документни и медийни (аудио и видео) файлове, поддържане на фотокамера и на галерия от снимки и др. Един междинен етап в разширяването на функционалностите на устройствата е възможността за инсталиране и изпълнение на неголеми приложения, написани на езика Java. Това са предимно прости игри, както и някои полезни програми – калкулатори, конвертори на валута и на мерни единици и т.н.

Създаването на разширено софтуерно осигуряване за мобилните устройства и усъвършенстването на електронните технологии води до появата на интелигентните мобилни устройства: персонален цифров помощник – PDA (personal digital assistant), смартфоните и таблетите, електронните книги и др. Характерно за интелигентните мобилни устройства е наличието на операционна система, управляваща работата на устройството и позволяваща ползването на множество допълнителни удобства. Така например смартфоните съчетават в себе си функциите на телефон, средство за достъп до интернет, изпълнението на множество полезни програми, достъп до социални мрежи, споделяне на документи и ресурси и много други.


Таблетите разполагат с по-голям сензорен екран и са предназначени за лесна и удобна връзка до интернет, както и за изпълнението на полезни потребителски приложения, включително и офис-приложения за обработка на документи, презентации електронни таблици и др. Таблетите по принцип не предлагат средства за провеждане на телефонни разговори, въпреки че за много модели това е напълно възможно. Комбинирането на функциите на смартфоните и таблетите даде основание в последно време да се говори за нов клас устройства, наречени „фаблети“ (phablets).

Същност и принцип на действие на мобилните комуникации

Мобилните устройства разчитат на технически средства и на технологии за осъществяване на мобилни комуникации. Използваните в тях комуникации са основно два вида:
🔴 Комуникации, осигурявани от услугите на типичната клетъчна комуникационна мрежа, които осигуряват провеждането на телефонни разговори, обмена на съобщения (SMS) и двупосочното пренасяне на данни, включително и ползването на мобилен интернет, предлаган от GSM-оператора. Този тип комуникации задължително присъстват в мобилните телефонни услуги.
🔴 Комуникации със средствата на стандартните безжични Wi-Fi комуникационни технологии, използвани в разпространяването на интернет-услугите.

Клетъчната радиокомуникационна мрежа (Фиг. 2) осигурява безжична връзка между множество мобилни устройства, както в нейната среда, така и с външни за нея комуникационни мрежи и системи. Действието на клетъчната мрежа е реализирано на принципа на поделянето на покриваната от комуникационната услуга територия на малки райони („клетки“), в които специализирано радиокомуникационно оборудване (мощни приемо-предаватели, наречени базови станции) осигурява връзката с мобилните устройства.

Всяка базова станция може да осигурява едновременна двупосочна (дуплексна) комуникация между множество мобилни абонати, както и комуникация с другите базови станции извън текущата клетка.
Използването на Wi-Fi комуникации предполага наличието на специализиран компонент в мобилното устройство – високочестотен приемо-предавател на цифров сигнал и съответно управляващ елемент (контролер), който му позволява да се свързва с външни технически средства за разпространение на сигнали от този тип – рутери, точки за достъп (access points) и по този начин да се ползват интернет-услуги.
Много съвременни мобилни устройства имат възможност за изграждане на комуникации от типа блутут (bluetooth), които действат в малък район и позволяват няколко абоната да се вържат в мрежа и да обменят данни помежду си.

Структура и основни функции на мобилното устройство

Основните компоненти на мобилното устройство са:
🔴 Графично устройство за въвеждане и извеждане на информация (сензорен екран). Съвременните графични устройства са матрични, работещи на капацитивен принцип и са способни да реагират на допир и на определени жестове на потребителя. Графичното устройство може да има различна разрешаваща способност.
🔴 Микропроцесор – многоядрен, позволяващ едновременното изпълнение на няколко конкурентни задачи при работата с устройството. Броят на ядрата на процесора определя производителността на устройството, както и пригодността му за някои по-сериозни и полезни приложения.
🔴 Вътрешна памет – разделя се на оперативна енергозависима памет и памет, в която могат да бъдат съхранявани операционната система, някои системни програми и компоненти и най-важните потребителски приложения.
🔴 Допълнителна памет, реализирана на SD карта – разширява разполагаемата памет за добавяне на потребителски данни и инсталиране на допълнителни приложения. Допълнителната карта памет се набавя отделно и се поставя в специален слот. Типичният размер на SD картата към момента е 32 GB, но може да бъде и друг.
🔴 Апаратна част за комуникация по безжична (Wi-Fi) мрежа.
🔴 USB – порт. Реализиран като microUSB-конектор, служи за връзка с разнообразни външни и периферни устройства, както и за зареждане на батерията. В някои случаи освен USB-порт устройството може да разполага и с HDMI такъв, който позволява пренос на мултимедийни данни с високо качество – преди всичко видеоклипове, филми и снимки.
🔴 Сензори – специализирани устройства за изпълнение на различни функции. Ползват се от съответни софтуерни приложения. Най-често срещаният сензор е този за спътникова локализация (GPS-сезор). Други често срещани сензори са: за осветеност, за близост, компас, за атмосферно налягане, за температура и т.н. Ползването на сензорите изисква наличието на съответен софтуер.
🔴 Батерия – осигуряваща автономната работа на устройството. Обикновено батерията е литиево-йонна или литиево-полимерна.
Възможно е да съществуват различия в конфигурацията на устройствата за различните модели и за различните им производители.