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Ein Mobiltelefon ist ein elektronisches Gerät, das für die mobile Telekommunikation über ein zelluläres Netz von spezialisierten Basisstationen, den so genannten Cell Sites, verwendet wird. Ein Mobiltelefon bietet Vollduplex-Kommunikation und überträgt die Verbindung, wenn sich der Benutzer von einer Zelle zur anderen bewegt. Bewegt sich der Benutzer von einer Zelle in eine andere, befiehlt das System dem Mobiltelefon und einer Zelle mit einem stärkeren Signal automatisch, auf eine neue Frequenz umzuschalten, um die Verbindung aufrechtzuerhalten.

Mobiltelefone sind in erster Linie für die Sprachkommunikation konzipiert. Neben der Standard-Sprachfunktion unterstützen Mobiltelefone der neuen Generation viele zusätzliche Dienste und Zubehörteile, wie SMS für Textnachrichten, E-Mail, Paketvermittlung für den Zugang zum Internet, Spiele, Bluetooth, Kamera mit Videorekorder und MMS für das Senden und Empfangen von Fotos und Videos, MP3-Player, Radio und GPS.

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Signalfrequenz im Mobiltelefon

Das zellulare System ist die Aufteilung eines Gebietes in kleine Zellen.
Dies ermöglicht eine umfangreiche Frequenzwiederverwendung in diesem Gebiet, so dass viele Menschen gleichzeitig Mobiltelefone benutzen können. Zellulare Netzwerke haben eine Reihe von Vorteilen, wie z.B. höhere Kapazität, geringerer Stromverbrauch, größeres Versorgungsgebiet, geringere Störungen durch andere Signale usw.

FDMA- und CDMA-Systeme

Frequency Division Multiple Access (FDMA) und Code Division Multiple Access (CDMA) wurden entwickelt, um Signale von mehreren verschiedenen Sendern zu unterscheiden. Bei FDMA werden in jeder Zelle andere Sende- und Empfangsfrequenzen als in den benachbarten Zellen verwendet. Das Prinzip von CDMA ist komplexer und die verteilten Sende- und Empfangsgeräte können eine Zelle auswählen und diese abhören. Andere Verfahren sind der Polarisations-Mehrfachzugriff (PDMA) und der Zeit-Mehrfachzugriff (TDMA). Zeitmultiplex-Vielfachzugriff wird in Kombination mit FDMA oder CDMA verwendet, um mehrere Kanäle innerhalb des Versorgungsbereichs einer einzigen Zelle zu erhalten.

Codes im Mobiltelefon

Mobiltelefone haben spezielle Codes, die mit ihnen verbunden sind. Dazu gehören:

• Elektronische Seriennummer (ESN) – einzigartige 32-Bit-Nummer, die im Telefon programmiert ist
• Mobile Identifikationsnummer (MIN) – 10-stellige Nummer, die von der Nummer des Telefons abgeleitet ist.
• Systemidentifikationscode (SID) – einzigartige 5-stellige Nummer, die jedem Betreiber von der FCC zugewiesen wird.

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ESN ist ein fester Bestandteil des Telefons, während MIN- und SID-Codes im Telefon programmiert werden, wenn ein Serviceplan ausgewählt und aktiviert wird.

Mobiltelefon ist ein Duplex-Gerät. Wenn wir eine Frequenz zum Sprechen verwenden, wird eine zweite, separate Frequenz zum Hören verwendet. So können beide Gesprächsteilnehmer gleichzeitig sprechen. Das Mobiltelefon kann auf 1.664 oder mehr Kanälen kommunizieren. Die Mobiltelefone arbeiten innerhalb der Zellen, so dass es einfach ist, sich auf verschiedene Zellen umzuschalten, wenn man unterwegs ist. Eine Person, die ein Mobiltelefon benutzt, kann Hunderte von Kilometern fahren und während der gesamten Zeit ein Gespräch führen, weil es sich um ein zellulares Konzept handelt.

Aktivierung der SIM-Karte

Die SIM-Karte (Subscriber Identification Module (SIM)) ist eine Art Chipkarte, die in Mobiltelefonen verwendet wird. Die SIM-Karte ist eine herausnehmbare Chipkarte, die die Abonnementinformationen und das Telefonbuch des Benutzers enthält. Auf diese Weise kann der Benutzer seine Informationen auch nach dem Ausschalten des Mobiltelefons beibehalten. Alternativ kann der Benutzer auch den Dienstanbieter wechseln, während er das Mobiltelefon behält, indem er einfach die SIM-Karte austauscht. Auf der SIM-Karte ist der 15-stellige Teilnehmerschlüssel sicher gespeichert.
Die Ziffern des Schlüssels sind:

• Erste 3 Ziffern – Landesvorwahl
• Zweite 2 Ziffern – Netzvorwahl
• Dritte 10 Ziffern – Mobilfunknummer

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Subscriber Identification Module SIM

Wenn das Mobiltelefon zum ersten Mal benutzt wird, sendet es eine Nummer namens International Mobile Subscriber Identity – IMSI, die sich auf der SIM-Karte befindet, an das Netz, das sie in einer Datenbank nachschlägt, um sicherzustellen, dass die Karte registriert ist. Wenn die IMSI erkannt wird, erstellt das Netz eine weitere Nummer, die so genannte Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI), die verschlüsselt und an das Telefon zurückgesendet wird. Bei allen folgenden Anrufen identifiziert sich das Telefon durch die Übertragung der TMSI.

Was passiert, wenn wir einen Anruf tätigen?

1. Wenn wir das Mobiltelefon einschalten, versucht es, eine SID auf dem Kontrollkanal zu finden. Der Kontrollkanal ist eine spezielle Frequenz, die das Telefon und die Basisstation benutzen, um miteinander zu sprechen. Wenn das Mobiltelefon Schwierigkeiten hat, eine Verbindung mit dem Kontrollkanal herzustellen, zeigt es die Meldung „no service“ an.
2. Wenn das Mobiltelefon die SID erhält, vergleicht es die SID mit der im Telefon programmierten SID. Wenn beide SIDs übereinstimmen, erkennt das Telefon, dass die Zelle, mit der es kommuniziert, zu seinem Heimsystem gehört.
3. Das Telefon sendet zusammen mit der SID auch eine Registrierungsanfrage, und die MTSO speichert den Standort des Telefons in einer Datenbank. Das MTSO weiß, in welcher Zelle Sie sich befinden, wenn es das Telefon anrufen will.
4. Das MTSO erhält dann das Signal und versucht, das Telefon zu finden. Der MTSO sucht in seiner Datenbank nach der Zelle, in der sich das Telefon befindet. Der MTSO wählt dann ein Frequenzpaar aus, um den Anruf entgegenzunehmen.
5. Der MTSO kommuniziert mit dem Mobiltelefon über den Kontrollkanal, um ihm mitzuteilen, welche Frequenzen es verwenden soll. Sobald das Mobiltelefon und der Sendemast auf diese Frequenzen umgeschaltet haben, ist der Anruf verbunden.
6. Wenn sich das Mobiltelefon an den Rand der Zelle bewegt, stellt die Basisstation der Zelle fest, dass die Signalstärke abnimmt. Gleichzeitig kann die Basisstation in der Zelle, in die sich das Telefon bewegt, feststellen, dass die Signalstärke des Telefons zunimmt.
7. Die beiden Basisstationen koordinieren sich über die MTSO. Irgendwann erhält das Mobiltelefon ein Signal auf einem Kontrollkanal und weist es an, die Frequenz zu wechseln. Dadurch wird das Telefon auf die neue Zelle umgeschaltet.

Mobilfunknetz

Das GSM-System

Global System for Mobile Communications ist der Standard für Mobilfunksysteme in der Welt. Bei GSM sind die Signalisierungs- und Sprachkanäle digital, daher gilt GSM als 2G-System (zweite Generation). Dies erleichtert die weit verbreitete Implementierung von Datenkommunikationsanwendungen. Es gibt fünf verschiedene Zellengrößen in einem GSM-Netz: Makro-, Mikro-, Piko-, Femto- und Schirmzellen.

Makrozellen sind Zellen, bei denen die Antenne der Basisstation auf einem Mast oberhalb der durchschnittlichen Dachhöhe installiert ist. Mikrozellen sind Zellen, deren Antennenhöhe unter der durchschnittlichen Dachhöhe liegt. Pico-Zellen sind kleine Zellen, deren Abdeckungsdurchmesser einige Dutzend Meter beträgt. Sie werden hauptsächlich in Innenräumen eingesetzt. Femto-Zellen sind Zellen, die für den Einsatz in Wohngebieten oder kleinen Unternehmen konzipiert sind und über eine Breitband-Internetverbindung mit dem Netz des Dienstanbieters verbunden werden.

Umbrella-Zellen werden verwendet, um abgeschattete Bereiche kleinerer Zellen abzudecken und Lücken in der Abdeckung zwischen diesen Zellen zu schließen.

Der horizontale Radius der Zelle variiert je nach Antennenhöhe, Antennengewinn und Ausbreitungsbedingungen. Die maximale Entfernung, die GSM unterstützt, beträgt 35 Kilometer. Die meisten 2G-GSM-Netze arbeiten im 900-MHz- oder 1800-MHz-Band, während 3G-GSM im 2100-MHz-Frequenzband betrieben wird.

Time Sharing

Die Technik des Time Division Multiplexing wird verwendet, um acht Sprachkanäle mit voller oder sechzehn Sprachkanäle mit halber Rate pro Funkfrequenzkanal zu teilen. Es gibt acht Funkzeitschlitze, die in einem TDMA-Rahmen zusammengefasst sind.

Mobilfunknetz

Mobiltelefone wandeln Sprach-, Text-, Multimedia-Nachrichten oder Datenanrufe in Funkfrequenzen (RF) um. Mobilfunk-Basisstationen senden und empfangen diese RF-Signale und verbinden die Anrufer mit anderen Telefonen und anderen Netzen. Das Mobiltelefonnetz ist in Tausende von sich überschneidenden, individuellen geografischen Gebieten oder „Zellen“ unterteilt, in denen sich jeweils eine Basisstation befindet. Die Größe einer Zelle hängt von der Reichweite und der Anzahl der Anrufe ab, die in diesem Gebiet getätigt werden. Die kleinsten Zellen befinden sich in überfüllten städtischen Gebieten mit großen Gebäuden und hoher Bevölkerungsdichte, während die größten Zellen in ländlichen Gebieten zu finden sind, wo die Menschen weit verstreut leben.

Es gibt zwei Arten von Kanälen, die in GSM verwendet werden. Diese sind Kontrollkanäle und Verkehrskanäle.

Kontrollkanäle

Sie sind für Haushaltsaufgaben zuständig, wie z.B. dem Mobiltelefon mitzuteilen, wann ein Anruf eingeht und welche Frequenz zu verwenden ist. Damit diese Übergabe funktioniert, überwacht das Telefon ständig den Broadcast-Kontrollkanal von bis zu 16 benachbarten Zellen. Im Normalbetrieb passen die Telefone die Leistung der von ihnen ausgesendeten Funkwellen ständig so an, dass die Basisstation ein klares Signal empfangen kann. Wenn sich ein Telefon weit von seiner Basisstation entfernt und das Signal schwach ist, konsultiert das Netz die Liste und löst einen Handover zu einer benachbarten Zelle mit dem besten Signal aus.

Verkehrskanäle

Sie dienen der Übertragung von Anrufen oder anderen Daten vom Mobiltelefon zur Basisstation und umgekehrt. Im Verkehrskanal werden die Sprach- oder Textdaten in Bursts übertragen. Jeder Burst besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Bitfolgen (eine Reihe von Signalen, die 1en und 0en darstellen), die jeweils 57 Bit lang sind.

Reichweite

Die Reichweite, innerhalb derer Mobilgeräte eine Verbindung herstellen können, ist keine feste Zahl. Sie hängt von einer Reihe von Faktoren ab, wie der Frequenz des verwendeten Signals, der Nennleistung des Senders, der Größe des Senders usw.

Innerhalb des Mobiltelefons

Das Mobiltelefon ist ein hochentwickeltes Gerät, das SMD-Komponenten, einen Mikroprozessor, einen Flash-Speicher usw. verwendet. Neben der Leiterplatte verfügt das Handy auch über Antenne, Flüssigkristallanzeige (LCD), Tastatur, Mikrofon, Lautsprecher und Batterie. Unten sehen Sie das Blockdiagramm eines Mobiltelefons

Die Leiterplatte ist das Herz des Mobiltelefons. Sie enthält Chips wie Analog-Digital- und Digital-Analog-Wandlerchips, die das ausgehende Audiosignal von analog in digital und das eingehende Signal von digital zurück in analog umwandeln.

1. Digitaler Signalprozessor

Er wird im Allgemeinen mit 40 MIPS (Millionen Anweisungen pro Sekunde) bewertet, um Berechnungen der Signalmanipulation mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen. Dieser Chip befasst sich sowohl mit der Kompression als auch mit der Dekompression der Signale.

2. Mikroprozessor

Er erledigt alle Aufgaben, die mit der Tastatur und dem Display zusammenhängen. Er kümmert sich auch um die Befehls- und Kontrollsignalisierung mit der Basisstation und koordiniert die übrigen Funktionen auf der Platine.

Mikroprozessor und Flash-Speicher

3.Der Flash-Speicher und die ROM-Chips des Mobiltelefons dienen als Speicherplatz für das Telefon. Auf diesen Chips sind die anpassbaren Optionen des Mobiltelefons sowie das gesamte Betriebssystem gespeichert. Die Strom- und Funkfrequenzbereiche des Telefons, das Aufladen des Telefons und die Energieverwaltung usw. werden von diesem Chip gesteuert. Außerdem steuert er mehrere hundert FM-Kanäle. Die HF-Verstärker konzentrieren sich auf die Signale, die über die Antennen des Telefons ein- und ausgehen.

Mobiltelefon-Wartung

Das Mobiltelefon ist ein empfindliches Gerät und braucht Pflege, damit es richtig funktioniert. Hier sind die üblichen Maßnahmen, um das Handy in gutem Zustand zu halten.

• Bewahren Sie das Handy nicht in feuchten Räumen auf oder benutzen Sie es mit nassen Händen. Feuchtigkeit kann zu nicht reparierbarer interner Korrosion von Teilen führen.
• Lassen Sie das Handy nicht fallen und beschädigen Sie nicht die Anschlusspunkte.
• Belasten Sie das Handy nicht zu sehr. Dies kann das Display beschädigen.
• Behalten Sie das Telefon nicht in der Nähe von Wärme erzeugenden Geräten. Hohe Temperaturen in einem Auto können die Elektronik beschädigen.
• Laden Sie den Akku nicht zu stark auf. Laden Sie den Akku nur auf, wenn sein Ladezustand unter 50 Prozent sinkt.
• Verhindern Sie das Klonen.

Ein Telefon wird „geklont“, wenn jemand seine ID-Nummer stiehlt und in der Lage ist, betrügerische Anrufe über das Konto des Besitzers zu tätigen. Wenn das Telefon einen Anruf tätigt, überträgt es zu Beginn des Gesprächs die ESN und die MIN – eine eindeutige Kennung für Ihr Telefon – an das Netz. Wenn das Telefon sein MIN/ESN-Paar überträgt, ist es möglich, das ESN-MIN-Paar zu erfassen. Mit einem Scanner ist es einfach, ein anderes Telefon so zu verändern, dass es Ihre MIN-ESN-Tags enthält. Dadurch kann die Person Anrufe über Ihr Konto tätigen. Klonen kann auch vorkommen, wenn das Telefon in einem nicht autorisierten Service-Center repariert wird. Es ist möglich, die Daten einschließlich der Bilder und Videos auf dem Telefon zu kopieren.