Беспроводной телефон или портативный телефон имеет портативную телефонную трубку , которая подключается по радио к базовой станции, подключенной к телефонной сети общего пользования . Рабочий диапазон ограничен, обычно в пределах одного здания или на небольшом расстоянии от базовой станции.
Беспроводной телефон функционально отличается от мобильного телефона ограниченным радиусом действия и зависимостью от базовой станции на территории абонента. Современные стандарты беспроводных телефонов, такие как PHS и DECT , размыли некогда четкую границу между беспроводными и мобильными телефонами, внедрив сотовую передачу (handover); различные расширенные функции, такие как передача данных; и даже, в ограниченном масштабе, международный роуминг . В специализированных моделях коммерческий оператор мобильной сети может поддерживать базовые станции, а пользователи подписываться на эту услугу.
В отличие от проводного телефона, беспроводному телефону требуется электропитание от сети (для питания базовой станции). Беспроводная трубка содержит перезаряжаемую батарею , которую базовая станция перезаряжает, когда трубка находится в своей люльке. [1]
Радиотелефония (телефония без проводов) появилась раньше беспроводных телефонов по крайней мере на два десятилетия. Первая, MTS, или Mobile Telephone Service, была введена в эксплуатацию в 1946 году. Поскольку диапазон был предназначен для покрытия максимально возможной зоны обслуживания, емкость была крайне низкой, а ранняя технология трубок делала оборудование довольно большим и тяжелым. Радиотелефон второго поколения, или IMTS, или Improved Mobile Telephone Service, начал действовать в 1964 году.
Начиная с 1963 года, небольшая группа инженеров Bell Laboratories получила задание разработать практичный и полностью функциональный дуплексный беспроводной телефон. В команду вошли (в алфавитном порядке): SM Baer, GC Balzer, JM Brown, WF Clemency, M. Rosenthal и W. Zinsmeister под руководством WD Goodale, Jr.
К 1964 году макетные платы работали в лаборатории. В течение 1964-65 годов они были усовершенствованы и упакованы для тестирования на объектах Bell Labs Holmdel NJ. Система работала по экспериментальной лицензии на каналах с кристаллическим управлением в диапазонах 35 и 43 МГц с использованием FM, маломощного передатчика и чувствительного супергетеродинного приемника. Полный контроль всех функций телефона, включая включение-выключение трубки и набор номера, обеспечивался через систему контроля тонов вне диапазона. Модель, разработанная для домашнего использования, была спроектирована так, чтобы выглядеть как стандартная (хотя и громоздкая) телефонная трубка. Базовая станция представляла собой небольшую коробку, подключенную к стандартной телефонной сети. Около 50 единиц были построены в модельном цехе Western Electric в Андовере, Массачусетс, для полевых испытаний в двух местах расположения Bell System в районе Бостона и Феникса. Общий проект был описан в Bell Laboratories Record, Volume 45 (1967). [2]
В 1966 году Джордж Суигерт подал заявку на патент на « аппарат беспроводной связи с полным дуплексом ». В июне 1969 года он получил патент США 3 449 750. [3] Суигерт, радист Второй мировой войны, служивший на островах Гуадалканал и Бугенвиль в южной части Тихого океана , разработал концепцию полного дуплекса для неподготовленного персонала, чтобы улучшить боевую связь для старших командиров.
Суигерт 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 стороннее оборудование к своим линиям; большинство телефонов производила Western Electric и сдавала в аренду клиентам AT&T. Соединитель Carterfone , грубое устройство для соединения двусторонней радиосвязи с телефоном, привело к отмене запрета Федеральной комиссии по связи на прямое подключение бытовой техники к телефонным линиям (известное как знаменательное решение Carterfone) 26 июня 1968 года. Оригинальные беспроводные телефоны, такие как Carterfone, были акустически (а не электрически) подключены к общественной телефонной сети. [4]
В 1977 году Дугласу Г. Тэлли и Л. Дуэйну Грегори был выдан патент США 4,039,760 на дуплексную голосовую связь, включающую элементы управления, предоставляемые между базовой станцией, подключенной напрямую к телефонной линии телефонной станции, и мобильным устройством, состоящим из небольшого, компактного беспроводного телефонного прибора, содержащего передатчик, приемник и схемы управления, работающие от перезаряжаемого аккумуляторного блока. Один логический тон передается и обнаруживается для всех логических элементов управления для сигналов вызова, сигналов снятия и постановки трубки и импульсов набора номера.
Беспроводные телефоны стали широко использоваться дома и на работе в начале 1980-х годов. По данным The New York Times , количество проданных в Соединенных Штатах беспроводных телефонов 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 их зависимость от радиосигналов сделает их уязвимыми для подслушивания или других неправомерных действий. [5]
В 1994 году цифровые беспроводные телефоны в диапазоне частот 900 МГц стали доступны потребителям. Эти новые типы телефонов обеспечивали лучшее качество звука, поскольку могли отфильтровывать помехи, а их сигналы могли легче проникать через стены. Цифровые сигналы позволили телефонам быть более безопасными и уменьшили подслушивание; было относительно легко подслушивать разговоры по аналоговым беспроводным телефонам. [6] В 1995 году для беспроводных телефонов был представлен цифровой расширенный спектр (DSS). Эта технология позволила распространить цифровую передачу голоса на несколько частот, что улучшило конфиденциальность и уменьшило помехи между различными абонентами. [7]
В Соединенных Штатах Федеральная комиссия по связи выделила семь диапазонов частот для использования, включая беспроводные телефоны. Это:
Переполнение ранее выделенных частот привело к тому, что пользователи прекратили использовать телефонное оборудование, работающее на этих частотах, оставив эти диапазоны относительно свободными. Радиолюбители отслеживают использование старого оборудования с телефонной активностью в американском диапазоне AM-вещания, на некоторых частотах 27 МГц и большинстве старых частот 43-50 МГц.
Беспроводные телефоны 1,7 МГц были самыми ранними моделями, доступными в розничных магазинах, и обычно их 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 радио AM и могут быть услышаны любым человеком с радиоприемником AM. Есть сообщения о людях, которые все еще используют эти телефоны и используют их в качестве импровизированных радиостанций AM, которые можно услышать на расстоянии нескольких городских кварталов. [11] Эти модели устарели, поскольку они подвержены подслушиванию и помехам от флуоресцентного освещения и автомобильных систем зажигания. Однако в идеальных условиях они могли бы иметь радиус действия 0,5 мили (0,80 км) или больше.
Беспроводные телефоны 43–50 МГц имели большую установленную базу к началу 1990-х годов и отличались более короткими гибкими антеннами и автоматическим выбором канала. Из-за их популярности переполненность диапазона привела к выделению дополнительных частот; таким образом, производители смогли продавать модели с 25 каналами вместо всего лишь 10 каналов. Хотя они были менее восприимчивы к помехам, чем предыдущие устройства AM, эти модели больше не производятся и считаются устаревшими, поскольку их частоты легко слышны практически на любом радиосканере. Продвинутые модели начали использовать инверсию голоса в качестве базовой формы скремблирования, чтобы помочь ограничить несанкционированное подслушивание . [12] Эти телефоны разделяют диапазон 49,8 МГц (49,830 - 49,890) с некоторыми беспроводными радионянями .
Беспроводные телефоны 900 МГц редко продаются, но имеют огромную установленную базу. К особенностям относятся еще более короткие антенны, до 30 каналов с автоматическим выбором и более высокая устойчивость к помехам. Доступны в нескольких вариантах: аналоговые, аналоговые с расширенным спектром (полоса пропускания 100 кГц), цифровые и цифровые с расширенным спектром, большинство из продаваемых сегодня являются недорогими аналоговыми моделями, которые все еще подвержены подслушиванию. 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 испытывать затухание сигнала (кратковременное молчание), когда телефон выходит из зоны действия базы. Более новые варианты с цифровым расширенным спектром (DSS) распространяют свой сигнал по диапазону частот, обеспечивая большую устойчивость к затуханию сигнала. Эта технология позволила цифровой информации распространяться по частям между несколькими частотами между приемником и базой, тем самым делая практически невозможным подслушивание беспроводного разговора. FCC разрешает телефонам модели DSS передавать только на полной мощности 1 Вт, что позволяет увеличить диапазон по сравнению со старыми аналоговыми и цифровыми моделями. [13]
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. Нет никаких конкретных требований к какому-либо определенному режиму передачи в более старых диапазонах, но на практике многие устаревшие телефоны также имеют цифровые функции, такие как DSSS и FHSS .
Некоторые беспроводные телефоны, которые ранее рекламировались как работающие на частоте 5,8 ГГц, на самом деле передают данные с базы на телефон на частоте 5,8 ГГц, а с телефона на базу — на частоте 2,4 ГГц или 900 МГц, чтобы экономить заряд батареи.
Диапазон 1,9 ГГц используется стандартом телефонов DECT 6.0 и считается более безопасным, чем другие общие частоты. Подавляющее большинство новых беспроводных телефонных устройств, продаваемых в Северной Америке, подключенных как к стационарным , так и к мобильным телефонам (обычно через Bluetooth ), теперь используют DECT 6.0. Однако позднее начало DECT 6.0 по сравнению с DECT в других местах привело к большой установленной базе устаревших беспроводных телефонов, использующих другие частоты, многие из которых остаются в использовании и сегодня, несмотря на все более распространенные помехи с постоянно растущим использованием Wi-Fi , Bluetooth и других нелицензируемых стандартов цифрового радио, особенно на частотах 2,4 ГГц и 5,8 ГГц.
В Европе диапазон 1,9 ГГц (1880–1900 МГц) был выделен для стандарта телефонов DECT с самого его создания. DECT в своем европейском диапазоне и связанных с ним частотах в значительной степени вытеснил все другие стандарты беспроводных телефонов во всем мире, за исключением Северной Америки.
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 добавлять до трех или четырех дополнительных баз. Это позволяет использовать несколько голосовых каналов, которые позволяют проводить трехсторонние конференц-звонки между базами. Эта технология также позволяет использовать несколько трубок одновременно, и до двух трубок могут вести отдельные разговоры с внешними абонентами.
Производители обычно рекламируют, что их высокочастотные системы улучшают качество звука и дальность. В идеальном случае более высокие частоты на самом деле имеют худшее распространение сигнала, как показано в базовом уравнении передачи Фрииса , а потери на трассе также имеют тенденцию увеличиваться на более высоких частотах. Практические влияния на качество и дальность оказывают сила сигнала , качество антенны , используемый метод модуляции и помехи, которые различаются локально.
" Обычные телефонные службы " (POTS) стационарные линии предназначены для передачи звука с качеством, достаточным для того, чтобы стороны понимали друг друга. Типичная полоса пропускания составляет 3,6 кГц; это лишь часть частот, которые могут слышать люди, но достаточно, чтобы сделать голос понятным. Ни одна телефонная трубка не может улучшить это качество, поскольку это ограничение самой телефонной системы. Однако телефоны более высокого качества могут передавать этот сигнал на трубку с меньшими помехами на большем расстоянии. Большинство беспроводных телефонов, независимо от того, какой диапазон частот или метод передачи используется, вряд ли когда-либо будут точно соответствовать качеству звука высококачественного проводного телефона, подключенного к хорошей телефонной линии . [ необходима цитата ] Это ограничение вызвано рядом проблем, включая следующие:
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. Диапазоны 900 МГц и 2,4 ГГц все чаще используются для множества других устройств, включая радионяню , микроволновую печь , Bluetooth и беспроводную локальную сеть ; таким образом, вполне вероятно, что беспроводной телефон будет страдать от помех от сигналов, транслируемых этими устройствами, а также может сам создавать помехи. Беспроводной телефон также может мешать беспроводному стандарту 802.11a , поскольку стандарт 802.11a можно настроить для работы в диапазоне 5,8 ГГц. Однако это можно легко исправить, перенастроив беспроводное устройство локальной сети для работы в диапазоне 5,180 ГГц - 5,320 ГГц.
Новый диапазон 1,9 ГГц зарезервирован для использования телефонами, использующими стандарт DECT , что должно позволить избежать проблем с помехами в нелицензируемых диапазонах 900 МГц, 2,4 ГГц и 5,8 ГГц.
Многие аналоговые телефонные сигналы легко улавливаются радиосканерами , что позволяет любому человеку в пределах досягаемости прослушивать разговоры (хотя это незаконно во многих странах). Хотя многие такие аналоговые модели все еще производятся, современные цифровые технологии доступны для снижения риска подслушивания . Цифровой расширенный спектр (DSS) обычно использует скачкообразную перестройку частоты для распространения 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 отношение сигнал/шум , обеспечивая большую дальность и меньшую восприимчивость к помехам. Более высокие диапазоны частот предоставляют больше места для этих широкополосных сигналов.
Для аналогового приемника, такого как сканер, сигнал DSS звучит как всплески шума. Только базовый блок, использующий соответствующее псевдослучайное число, может декодировать сигнал, и он выбирает один из тысяч таких уникальных кодов каждый раз, когда трубка возвращается в подставку. Кроме того, цифровая природа сигнала повышает его устойчивость к шуму, а некоторые системы даже шифруют цифровой сигнал для дополнительной безопасности.
Существуют беспроводные телефоны для роуминга, которые не привязаны к какой-либо конкретной базовой станции, но которые также не используют традиционные мобильные (сотовые) телефонные сети. Они чаще всего используют цифровые технологии, такие как DECT , нелицензируемый спектр 2,4 ГГц или технологию беспроводной локальной сети на основе стандартов 802.11a / b / g. Аналоговые эквиваленты существуют и могут обеспечить большую дальность связи, но с потенциальной потерей конфиденциальности и качества голоса. Беспроводной телефон подключается к беспроводной точке доступа или базовой станции , которая поддерживает ту же технологию. Также требуется функция управления вызовами и шлюз к телефонной сети общего пользования (PSTN). Это может быть или не быть интегрировано в базовую станцию. [ оригинальное исследование? ] Услуга Voice over IP может использоваться телефонами, которые используют беспроводные точки доступа к данным , таким образом используя широкополосное подключение к Интернету для отсрочки подключения к PSTN на удаленный шлюз, управляемый поставщиком услуг.
В отличие от проводных телефонов, которые питаются от батарей центральной станции телефонной компании, беспроводная телефонная базовая станция требует электропитания для работы. Во время отключения питания беспроводная базовая станция не будет работать, в то время как проводные аппараты могут продолжать работать. [14]
