两部手机相隔千万里,却能进行实时通话,这究竟是如何做到的?这篇文章带你了解一下
千里传音,人类好聪明
首先我们来看下声音是如何转换传输的,当你对着手机说话时,手机麦克风会立即收集到你的声音(如下图),此时,麦克风借助【传感器】的震动,会将声音转换为微弱的【电信号】,然后再将其进行放大,传感器非常灵敏,其实这东西就相当于人的耳朵。接下来【采样芯片】和【模拟数字转换器】,再将【电信号】转换为【数字信号】,数字信号会以0和1的形式,记录下你的音量、音调、以及音色。
传感器转换声音为电信号
数字信号记录音调、音量、音色
随后这些信息会通过手机内部的天线,以电磁波的形式向外发射,该信号会被你附近信号最强的【基站】接收到(如下图)。那么电磁波为何不直接传给朋友,干嘛要往基站那传送呢?其实原因很简单,其一、因为手机的功率很小,所以它的电磁波是无法长距离传播的;其二,中途的一些电器设备和阴雨天气,会对电磁波造成干扰,使信号越来越差;其三,电磁波在均匀的介质中是以直线传播的,如果你的朋友是在数千公里外,即使没有第一和第二个原因,那么他也永远都无法接收到你的电磁波。
基站接收信号
地球是弧形,电磁波直线传播,对方接不到
正是由于以上这几种因素的制约,所以要想保证信号畅通无阻,那就必须依靠基站来进行传送,而运营商网络所覆盖的区域,都是以六边形的形式进行划分,每个六边形区域都建有一个基站,因为它们整体看上去如同蜂窝,所以就称之为【蜂窝网络】(如下图),您平时上网开启的【蜂窝数据】,其实就是连接这个蜂窝网络。
蜂窝基站
手机开启蜂窝数据
所有的基站都是用光纤电缆进行连接,光纤通常是铺设在地下或海底,从而就可以实现全国乃至全球互联(如下图)。
基站互联
当基站收到你发出的电磁波后,会立即将其转换为【高频光脉冲】,紧接着这些光脉冲再被送到塔下面的【收发箱】(平时走路看到基站,不妨观察一下,下面的铁箱子,就是收发箱了)
基站收发箱
在经过进一步处理后,信号会被极速送到【移动交换中心】,移动交换中心就是运营商在城市建造的核心机房(如下图1)。一般来说,每个城市都有一个移动交换中心,这里面存放了很多的【基站控制器】,每个控制器就好比一个班主任,它管理着若干个基站,之后这些控制器再和移动交换中心的总设备进行连接,总设备就好比是校长,它不仅管理着所有基站传来的一切信号,而且还管理着当前地区所有用户手机卡的各种信息,包括通话计费、流量、以及所在的位置等等(如下图2)。
1、移动交换中心
2、总设备管理一切
如果本地用户去了外地,其他城市的移动交换中心会继续为其服务(各城市的移动交换中光纤连接在一起),由于一切信息都是互通并且是实时更新的,所以简单来说,就是不论用户跑到哪,开卡地都能快速找到他当前的位置(如下图)。
各城市交换中心互联
有了这个庞大体系的支撑,那么在你拨出号码的那一刻,系统就会瞬间找到对方在哪个城市,以及在哪个基站附近,随后基站便会立即向其发送呼叫请求。
呼叫与通话
一旦对方接了电话,那么接下来你讲话的【数字信号】,就会顺着【移动交换中心】和他所在的【基站】进行顺利传输,对方手机会将这些数字信号转换为声音信号,并通过扬声器给播出来,这就是千里传音的过程了。
千里传音实现
在这条信道上,你们可以尽情地吹牛皮,不用太担心会被外人监听,因为没点高科技设备,是很难成功监听到的。
注:电话的最初发明者是安东尼奥·梅乌奇,(在世时间1808.4.13-1889.10.18),意大利人,2002年6月15日,美国议会议定议案,认定安东尼奥·梅乌奇为电话的发明者,梅乌奇因而被称为"电话之父"。
安东尼奥·梅乌奇