Беспроводной телефон

Информацию о мобильных/сотовых телефонах см. в разделе Мобильный телефон .

Два беспроводных телефона

3 беспроводных стационарных телефона VTech

Беспроводной телефон или портативный телефон имеет портативную телефонную трубку , которая подключается по радиосвязи к базовой станции, подключенной к телефонной сети общего пользования . Радиус действия ограничен, обычно одним и тем же зданием или на небольшом расстоянии от базовой станции.

Беспроводной телефон функционально отличается от мобильного телефона ограниченностью радиуса действия и зависимостью от базовой станции в помещении абонента. Современные стандарты беспроводных телефонов, такие как PHS и DECT , размыли некогда четкую грань между беспроводными и мобильными телефонами, реализовав передачу обслуживания ячеек (хендовер); различные расширенные функции, такие как передача данных; и даже, в ограниченных масштабах, международный роуминг . В специализированных моделях коммерческий оператор мобильной сети может поддерживать базовые станции, а пользователи подписываться на услугу.

В отличие от проводного телефона, беспроводному телефону требуется электроэнергия (для питания базовой станции). Беспроводная трубка содержит перезаряжаемую батарею , которую базовая станция заряжает, когда трубка находится в подставке.

История

Радиотелефония (телефония без проводов) предшествовала беспроводным телефонам как минимум на два десятилетия. Первая, МТС, или мобильная телефонная служба, была введена в эксплуатацию в 1946 году. Поскольку диапазон был предназначен для покрытия максимально широкой зоны обслуживания, пропускная способность была чрезвычайно низкой, а ранние ламповые технологии делали оборудование довольно большим и тяжелым. Радиотелефон второго поколения, или IMTS, или Улучшенная мобильная телефонная служба, начал действовать в 1964 году.

Начиная с 1963 года перед небольшой командой инженеров Bell Laboratories была поставлена ​​задача разработать практичный и полнофункциональный дуплексный беспроводной телефон. В состав группы входили (в алфавитном порядке): С.М. Баер, Г.К. Бальцер, Дж.М. Браун, В.Ф. Клеменси, М. Розенталь и В. Цинсмайстер под руководством У.Д. Гудейла-младшего.

К 1964 году в лаборатории уже работали макеты. В 1964-65 годах они были усовершенствованы и упакованы для испытаний на объектах Bell Labs в Холмделе, штат Нью-Джерси. Система работала по экспериментальной лицензии на каналах с кварцевым управлением в диапазонах 35 и 43 МГц с использованием FM, маломощного передатчика и чувствительного супергетероприемника . Полный контроль всех функций телефона, включая подачу трубки и набор номера, осуществлялся через систему контроля внеполосных тональных сигналов. Модель, разработанная для домашнего использования, выглядела как стандартная (хотя и громоздкая) телефонная трубка. Базовая станция представляла собой небольшую коробочку, подключенную к стандартной телефонной сети. Около 50 единиц были построены в модельном цехе Western Electric в Андовере, штат Массачусетс, для полевых испытаний в двух офисах Bell System в Бостоне и Фениксе. Весь проект был описан в Bell Laboratories Record, том 45 (1967).

В 1966 году Джордж Свайгерт подал заявку на патент на « полнодуплексное устройство беспроводной связи». В июне 1969 года ему был выдан патент США № 3 449 750 . Свайгерт, радист во время Второй мировой войны, дислоцированный на островах Гуадалканала и Бугенвиля в южной части Тихого океана , разработал концепцию полного дуплекса для неподготовленного личного состава, чтобы улучшить связь на поле боя для старших командиров.

Свайгерт был активным сторонником прямого подключения бытовой электроники к телефонным линиям, принадлежащим AT&T, в конце 1960-х годов. Телефонные компании в то время не разрешали подключать к своим линиям стороннее оборудование; большинство телефонов были произведены Western Electric и сданы в аренду клиентам AT&T. Соединитель Carterfone , грубое устройство для соединения двусторонней радиосвязи с телефоном, привел к отмене запрета Федеральной комиссии по связи на прямое подключение потребительского оборудования к телефонным линиям (известное как знаковое решение Carterfone) 26 июня 1968 года. Первоначальные беспроводные телефоны, такие как Carterfone, были акустически (а не электрически) подключены к общественной телефонной сети.

В 1977 году Дуглас Г. Тэлли и Л. Дуэйн Грегори получили патент США 4 039 760 на дуплексную линию голосовой связи, включающую средства управления, предусмотренные между базовой станцией, подключенной непосредственно к телефонной линии телефонной станции, и мобильным устройством, состоящим из небольшого компактного беспроводного устройства. телефонный прибор, содержащий передатчик, приемник и схемы управления, питаемые от аккумуляторной батареи. Один логический тон передается и обнаруживается для всего логического управления сигналами вызова, сигналами положенной и снятой трубки, а также импульсами набора номера.

Беспроводные телефоны стали широко использоваться дома и на работе в начале 1980-х годов. По данным The New York Times , количество беспроводных телефонов, проданных в США, выросло с 50 000 в 1980 году до 1 миллиона в 1982 году. Они быстро стали популярными из-за своего удобства и портативности, несмотря на опасения, что зависимость от радиосигналов сделает их уязвимы для подслушивания или других должностных преступлений.

В 1994 году потребителям стали доступны цифровые беспроводные телефоны в диапазоне частот 900 МГц. Эти новые типы телефонов обеспечивали лучшее качество звука, поскольку могли фильтровать помехи, а их сигналы могли легче проникать через стены. Цифровые сигналы позволили телефонам стать более безопасными и снизить вероятность подслушивания; Подслушать разговоры по аналоговому беспроводному телефону было относительно легко. цифровой расширенный спектр В 1995 году для беспроводных телефонов был введен (DSS). Эта технология позволила распространить цифровую передачу голоса на несколько частот, улучшив конфиденциальность и уменьшив помехи между различными абонентами.

Частоты

Соединенные Штаты

В Соединенных Штатах частот выделила семь полос Федеральная комиссия по связи для использования, включая беспроводные телефоны. Это:

• 1,7 МГц (1,665–1,770 МГц, узкополосный FM) Беспроводным телефонам, выпущенным после 1 октября 1984 года, не разрешалось использовать этот диапазон, и они должны были использовать новые (более высокие) частоты 43–50 МГц, хотя старые телефоны на более старых парах частот все еще можно было использовать.
• 27 МГц, вблизи службы гражданского радио (CB) с некоторыми частотами 26,010, 26,050, 26,380, 26,419 и 27,095 МГц. Первоначально они были связаны с частотами 1,7 МГц, а затем с частотами 49 МГц. Сигналы имели FM-частотную модуляцию .
• 43–50 МГц (базовый: 43,72–46,97 МГц, трубка: 48,76–49,99 МГц, FM) Выделен в декабре 1983 года и одобрен для использования в середине 1984 года для 10 каналов. 5 апреля 1995 года выделено 15 дополнительных каналов.
• 900 МГц (902–928 МГц, выделено в 1993 г.)
• 1,9 ГГц (1920–1930 МГц, разработан в 1993 году и выделен в октябре 2005 года, особенно с DECT 6.0 )
• 2,4 ГГц (2400–2500 МГц, выделено в 1998 г.)
• 5,8 ГГц (5725–5875 МГц, выделено в 2003 г. из-за переполненности диапазона 2,4 ГГц)

Перенасыщенность ранее распределенных частот привела к тому, что пользователи прекратили использовать телефонное оборудование, работающее на этих частотах, в результате чего эти полосы остались относительно свободными. Радиолюбители отслеживают использование старого оборудования с помощью телефонной активности в диапазоне радиовещания США AM, на некоторых частотах 27 МГц и большинстве старых частот 43–50 МГц.

Беспроводные телефоны с частотой 1,7 МГц были самыми ранними моделями, доступными в розничной торговле, и их обычно можно узнать по большим металлическим телескопическим антеннам. Каналы чуть выше диапазона вещания AM выбирались пользователем вручную. Некоторые из используемых частот теперь являются частью расширенного диапазона AM-радио, и их может услышать любой, у кого есть AM-радио. Есть сообщения о том, что люди до сих пор используют эти телефоны и используют их в качестве импровизированных AM-радиостанций, которые слышны на несколько городских кварталов. Эти модели устарели, поскольку они чувствительны к подслушиванию и помехам от люминесцентного освещения и автомобильных систем зажигания. Однако в идеальных условиях они могут иметь дальность действия 0,5 мили (0,80 км) или более.

К началу 1990-х годов беспроводные телефоны с частотой 43–50 МГц имели большую установленную базу, имели более короткие гибкие антенны и автоматический выбор канала. Из-за их популярности перенаселенность группы привела к выделению дополнительных частот; таким образом, производители смогли продавать модели с 25 каналами вместо 10 каналов. Хотя эти модели менее восприимчивы к помехам, чем предыдущие устройства AM, они больше не производятся и считаются устаревшими, поскольку их частоты легко слышны практически на любом радиосканере. Усовершенствованные модели начали использовать инверсию голоса как базовую форму шифрования, чтобы ограничить несанкционированное подслушивание . Эти телефоны используют диапазон 49,8 МГц (49,830–49,890) с некоторыми беспроводными радионянями .

Беспроводные телефоны с частотой 900 МГц продаются редко, но имеют огромную базу пользователей. Среди особенностей — еще более короткие антенны, до 30 автоматических каналов и повышенная устойчивость к помехам. Доступен в нескольких вариантах; аналоговый, аналоговый с расширенным спектром (полоса пропускания 100 кГц), цифровой и цифровой с расширенным спектром. Сегодня большинство продаваемых моделей представляют собой недорогие аналоговые модели, которые все еще уязвимы для подслушивания. Цифровые варианты все еще можно сканировать, но они принимаются как цифровое шипение, и поэтому их трудно подслушать. Цифровая передача невосприимчива к статическим помехам, но может наблюдаться затухание сигнала (краткое молчание), когда телефон выходит за пределы зоны действия базы. Новые варианты Digital Spread Spectrum (DSS) распределяют сигнал по диапазону частот, обеспечивая большую устойчивость к затуханию сигнала. Эта технология позволила цифровой информации распределяться частями по нескольким частотам между приемником и базой, что делало практически невозможным подслушивание беспроводного разговора. FCC разрешает передавать сигналы только моделям DSS с полной мощностью 1 Вт, что позволяет увеличить дальность связи по сравнению со старыми аналоговыми и цифровыми моделями.

Практически все новые беспроводные телефоны, продаваемые в США, используют DECT 6.0 в диапазоне 1,9 ГГц, хотя устаревшие телефоны могут продолжать использоваться в более старых диапазонах 900 МГц, 2,4 ГГц и 5,8 ГГц. На старых диапазонах нет конкретных требований к какому-либо конкретному режиму передачи, но на практике многие устаревшие телефоны также имеют цифровые функции, такие как DSSS и FHSS .

Некоторые беспроводные телефоны, которые раньше рекламировались как 5,8 ГГц, на самом деле передают информацию от базы к телефону на частоте 5,8 ГГц, а от телефона к базе - на частоте 2,4 ГГц или 900 МГц, чтобы продлить срок службы батареи.

Полоса 1,9 ГГц используется телефонным стандартом DECT 6.0 и считается более безопасной, чем другие общие частоты. Подавляющее большинство новых беспроводных телефонных устройств, продаваемых в Северной Америке, независимо от того, подключены ли они по стационарной линии связи или к мобильным телефонам (обычно через Bluetooth ), теперь используют DECT 6.0. Однако более поздний запуск DECT 6.0 по сравнению с DECT в других странах привел к появлению большой базы устаревших беспроводных телефонов, использующих другие частоты, многие из которых продолжают использоваться и сегодня, несмотря на все более распространенные помехи постоянно растущему использованию Wi-Fi , Bluetooth и другие нелицензированные стандарты цифровой радиосвязи, особенно на частотах 2,4 ГГц и 5,8 ГГц.

За пределами США

В Европе диапазон 1,9 ГГц (1880–1900 МГц) с момента его создания был выделен для телефонного стандарта DECT . DECT в своем европейском диапазоне и связанных с ним частотах в значительной степени вытеснил все другие стандарты беспроводной связи во всем мире, за исключением Северной Америки.

Производительность

Многие беспроводные телефоны в 21 веке являются цифровыми. Цифровые технологии помогли обеспечить чистый звук и ограничить случайное подслушивание. Многие беспроводные телефоны имеют одну основную базовую станцию ​​и могут добавить до трех или четырех дополнительных баз. Это позволяет использовать несколько голосовых каналов, которые позволяют осуществлять трехсторонние конференц-связь между базами. Эта технология также позволяет одновременно использовать несколько трубок, и до двух трубок могут вести отдельные разговоры с внешними абонентами.

Производители обычно рекламируют, что их высокочастотные системы улучшают качество и диапазон звука. В идеальном случае более высокие частоты фактически имеют худшее распространение сигнала, как показано основным уравнением передачи Фрииса , и потери на трассе также имеют тенденцию увеличиваться на более высоких частотах. Практические влияния на качество и дальность действия оказывают мощность сигнала , качество антенны , используемый метод модуляции и помехи, которые варьируются в зависимости от региона.

« простой старой телефонной службы » (POTS) Стационарные линии предназначены для передачи звука с качеством, достаточным для того, чтобы стороны могли понимать друг друга. Типичная полоса пропускания составляет 3,6 кГц; лишь часть частот, которые могут слышать люди, но достаточная, чтобы сделать голос разборчивым. Ни один телефонный аппарат не может улучшить это качество, поскольку это ограничение самой телефонной системы. Однако телефоны более высокого качества могут передавать этот сигнал на телефон с меньшими помехами на большем расстоянии. Большинство беспроводных телефонов, независимо от используемого диапазона частот или метода передачи, вряд ли когда-либо будут точно соответствовать качеству звука высококачественного проводного телефона, подключенного к хорошей телефонной линии . Это ограничение вызвано рядом проблем, в том числе следующими:

• Самопрослушивание : слышать собственный голос, отраженный в динамике приемника.
• Заметное количество постоянного фонового шума (это не помехи от внешних источников, а шум внутри беспроводной телефонной системы)
• Частотная характеристика не соответствует полной частотной характеристике, доступной в проводном стационарном телефоне.

Большинство производителей заявляют о радиусе действия около 30 метров (98 футов) для своих систем 2,4 ГГц и 5,8 ГГц, но недорогие модели часто не соответствуют этому заявлению.

Однако более высокая частота часто дает преимущества. Диапазон 900 МГц и 2,4 ГГц все чаще используется для множества других устройств, включая радионяню , микроволновую печь , Bluetooth и беспроводную локальную сеть ; таким образом, вполне вероятно, что беспроводной телефон будет подвергаться помехам со стороны сигналов, транслируемых этими устройствами, а также может сам создавать помехи. Беспроводной телефон также может создавать помехи стандарту беспроводной связи 802.11a , поскольку стандарт 802.11a можно настроить для работы в диапазоне 5,8 ГГц. Однако это можно легко исправить, перенастроив устройство беспроводной локальной сети для работы в диапазоне от 5,180 до 5,320 ГГц.

Новый диапазон 1,9 ГГц зарезервирован для использования телефонами, использующими стандарт DECT , что позволяет избежать проблем с помехами в нелицензионных диапазонах 900 МГц, 2,4 ГГц и 5,8 ГГц.

Безопасность

Многие аналоговые телефонные сигналы легко улавливаются радиосканерами , что позволяет любому человеку, находящемуся в пределах досягаемости, подслушивать разговоры (хотя во многих странах это запрещено). Хотя многие подобные аналоговые модели все еще производятся, доступны современные цифровые технологии, позволяющие снизить риск подслушивания . Digital Spread Spectrum (DSS) обычно использует скачкообразную перестройку частоты для распределения аудиосигнала (с полосой пропускания 3 кГц) по гораздо более широкому диапазону частот псевдослучайным образом. Распространение сигнала по более широкой полосе пропускания является формой избыточности и увеличивает соотношение сигнал/шум , обеспечивая большую дальность действия и меньшую восприимчивость к помехам. Более высокие полосы частот предоставляют больше места для этих широкополосных сигналов.

Для аналогового приемника, такого как сканер, сигнал DSS звучит как всплеск шума. Только базовый блок, использующий соответствующее псевдослучайное число , может декодировать сигнал, и он выбирает один из тысяч таких уникальных кодов каждый раз, когда трубку возвращают на подставку. Кроме того, цифровая природа сигнала повышает его устойчивость к шуму, а некоторые системы даже шифруют цифровой сигнал для дополнительной безопасности.

Беспроводные телефонные трубки

Существуют роуминговые беспроводные телефонные трубки, которые не привязаны к какой-либо конкретной базовой станции, но также не используют традиционные сети мобильной (сотовой) телефонной связи. В них чаще всего используются цифровые технологии, такие как DECT , нелицензионный спектр 2,4 ГГц или 802.11a технология беспроводной локальной сети на основе стандартов /b/g. Аналоговые эквиваленты существуют и могут обеспечить большую дальность действия, но с потенциальной потерей конфиденциальности и качества голоса. Трубка беспроводного телефона подключается к точке беспроводного доступа или базовой станции , поддерживающей ту же технологию. Также требуется функция управления вызовами и шлюз к коммутируемой телефонной сети общего пользования (PSTN). Это может быть интегрировано или не интегрировано в базовую станцию. Услуга передачи голоса по IP может использоваться телефонами, которые используют точки беспроводного доступа к данным , таким образом, используя широкополосное подключение к Интернету, чтобы отложить подключение к PSTN к удаленному шлюзу, управляемому поставщиком услуг.

Здоровье и безопасность

Основная статья: Излучение беспроводных устройств и здоровье

В отличие от проводных телефонов, которые питаются от батарей центральной станции телефонной компании, для работы базовой станции беспроводного телефона требуется электроэнергия. Во время отключения электроэнергии беспроводная базовая станция не будет работать, в то время как проводные устройства могут продолжать работать.

См. также

• Картерфон
• Альянс по конвергенции фиксированной и мобильной связи

• Персональная портативная телефонная система (PHS) в Японии и Китае
• Распространение спектра

Ссылки

Патенты

• Патент США 174465 , AG Bell, «Telegraph», выдан 7 марта 1876 г.  
• Патент США 775337 , РОБЕРТО ЛАНДЕЛЛ ДЕ МОТИРА, «БЕСПРОВОДНОЙ ТЕЛЕФОН», выдан 22 ноября 1904 г.  
• Патент США 3449750 , GH Sweigert, «Дуплексное устройство радиосвязи и сигнализации», выдан 10 июня 1969 г.  
• Ссылка на патенты

Внешние ссылки

• Обзор распределения частот для беспроводных телефонов
• Решение Картерфона
• Как работают беспроводные телефоны
• Информация о беспроводных телефонах с цифровым расширенным спектром