Текст книги "Секреты радиомастеров"

Как оптимизировать мобильную связь

С прогрессивным развитием сотовой связи мобильные телефонные аппараты стали широко доступны. Как правило, мобильный телефонный аппарат (МТ, МТА) может работать на расстоянии до 1500 м от базовой станции.

Как известно, каждому сотовому аппарату присваивается свой электронный серийный номер (ESN), который кодируется в микрочипе телефона при изготовлении телефона. Активируя SIM карту (Subscriber Identity Module) – микрочип, в котором «прошит» абонентский номер, мобильный телефонный аппарат получает мобильный идентификационный номер (MIN).

Площадь, охватываемая сетью GSM, разбита на отдельные, прилегающие друг к другу ячейки (соты) – отсюда пошло название «сотовая связь», в центе которых находятся приемо-передающие базовые станции. Обычно, такая станция имеет шесть передатчиков, которые расположены с диаграммой направленности 120° и обеспечивают равномерное покрытие площади.

Одна средняя современная станция одновременно может обслуживать до 1000 каналов. Площадь «соты» в городе составляет около 0,5–1 км2, вне города в зависимости от географического расположения она может достигать и 20, и 50 км2. Телефонный обмен в каждой «соте» управляется базовой станцией, которая принимает и передает сигналы на большом диапазоне радиочастот (выделенный канал – шаг для каждого сотового телефона минимальный). Базовая станция подключена к проводной телефонной сети и оснащена аппаратурой преобразования высокочастотного сигнала сотового телефона в низкочастотный сигнал проводного телефона и наоборот, чем обеспечивается сопряжение этих двух систем.

Технически современная аппаратура базовой станции занимает площадь 1–3 м2 и располагается в пределах одного небольшого помещения, где ее работа осуществляется в автоматическом режиме. Для стабильной работы такой станции необходимо лишь наличие проводной связи с телефонным узлом (АТС) и сетевое питание 220 В. В городах и населенных пунктах с большим скоплением домов передатчики базовых станций располагаются прямо на крышах домов. В пригородах и на открытой местности используются вышки в несколько секций (их часто можно увидеть расположенными вдоль шоссе).

Зона покрытия соседних станций соприкасается. При передвижении телефонного аппарата между зонами покрытия соседних станций происходит его периодическая регистрация. Периодически, с интервалом 10–60 мин (в зависимости от оператора), базовая станция излучает служебный сигнал. Приняв его, мобильный телефон автоматически добавляет к нему свой MIN– и ESN‑номера и передает получившуюся кодовую комбинацию на базовую станцию. Так осуществляется идентификация конкретного мобильного сотового телефонного аппарата, номера счета его владельца и привязка аппарата к определенной зоне, в которой он находится в данный момент времени. Этот момент весьма важен – на данном этапе можно контролировать передвижения того или много объекта, а уж кому это выгодно вопрос другой – главное, есть такая возможность.

Когда пользователь соединяется с кем‑либо по своему телефону, базовая станция выделяет ему одну из свободных частот той зоны, в которой он находится, вносит соответствующие изменения в его счет (производит списание средств) и передает его вызов по назначению.

Если мобильный пользователь во время разговора перемещается из одной зоны связи в другую, базовая станция покидаемой зоны (соты) автоматически переводит сигнал связи на свободную частоту соседней с ней зоны (соты).

Самыми уязвимыми с точки зрения возможности перехвата ведущихся переговоров (прослушивания) являются аналоговые мобильные сотовые телефоны. Это стандарт NMT450 (присутствует в Беларуси). Уверенная связь и ее удаленность от базовой станции в таких системах напрямую зависят от мощности излучения передающего сотового телефона. Аналоговый принцип передачи информации основан на излучении в эфир нецифрового радиосигнала, поэтому, настроившись на соответствующую частоту такого канала связи, теоретически можно прослушивать разговор. Однако, стоит остудить особо горячие головы – прослушать переговоры сотовой связи данного стандарта не так просто, поскольку они шифруются (искажаются) и для точного распознавания речи нужен соответствующий дешифратор.

Переговоры данного стандарта пеленговать проще, чем скажем, стандарта GSM – цифровой сотовой связи, мобильные телефоны которых передают и принимают информацию в виде цифрового кода. Легче всего пеленгуются стационарно расположенные или неподвижные объекты, осуществляющие сотовую связь, труднее – мобильные, так как перемещение абонента в процессе разговора сопровождается снижением мощности сигнала и переходом на другие частоты (при передачи сигнала от одной базовой станции – к соседней).

Приход в каждую семью сотовой связи (сегодня в городах и школьники получают такие подарки), накладывает на пользователя и определенные нюансы.

К хорошему быстро привыкаешь, и комфорт становится уже незаменимым. Наличие сотового телефона позволяет выявлять его местоположение как текущее, так и все перемещения в прошлом. Это может выявляться двумя способами.

Известные методы пеленгования. Одним из них является метод целенаправленного пеленгования сотового телефона, определяющий направление «на работающий передатчик» из 3…6 точек, и дающий засечку местоположения источника радиосигналов. Особенность такого метода в том, что он может применяться по чьему‑либо распоряжению, например, органов, уполномоченных по закону.

Второй метод – через оператора сотовой связи, который в автоматическом режиме постоянно регистрирует, где находится тот или иной абонент в данный момент времени даже в том случае, когда он не ведет никаких разговоров. Эта регистрация происходит автоматически по идентифицирующим служебным сигналам, автоматически передаваемым сотовым телефоном на базовую станцию. Точность определения местонахождения абонента зависит от целого ряда факторов: топографии местности, наличия помех, и отражения сигнала от зданий, положение базовых станций и их загруженности (количества активных мобильных телефонов оператора в данной соте), а также размера соты. Поэтому точность определения местонахождения абонента сотовой связи в городе заметно выше, чем в открытой местности и может достигать пятна в несколько сот метров.

Анализ данных о сеансах связи абонента с различными базовыми станциями (с какой и на какую станцию подавался вызов, время вызова и тому подобное) позволяет восстановить картину всех перемещений абонента в прошлом. Данные автоматически регистрируются у оператора сотовой связи (для выписки счетов и не только), поскольку оплата таких услуг основана на длительности использования системы связи. Эти данные могут храниться несколько лет, и это время пока не регламентируется федеральным законом, только ведомственными актами.

Труднее перехватить разговор, если он ведется с движущегося автомобиля, так как расстояние между пользователем сотового телефона и пеленгующей аппаратурой (если идет речь об аналоговой связи) постоянно изменяется и, если эти объекты удаляются друг от друга, особенно в пересеченной местности среди домов, сигнал ослабевает. При быстром перемещении сигнал переводится с одной базовой станции на другую, с одновременной сменой рабочей частоты – это затрудняет перехват всего разговора целиком (если он не ведется целенаправленно с участием оператора связи), поскольку для нахождения новой частоты требуется время.

Выводы из этого можно сделать самостоятельно. За собой оставлю только одну рекомендацию – отключайте свой сотовый телефон, если не желаете, чтобы ваше местонахождение стало известно.

Особенности работы МТА. Современные МТА способны, кроме того, вести запись нетелефонных разговоров своего прямого владельца. Что это значит?

Современный МТА может включаться в режим диктофона (записи звуков от встроенного микрофона) по заданной программе автоматически, без санкции своего владельца. Не факт, что каждый МТА записывает речь и голос владельца, а затем передает информацию, но такая возможность в каждом современном МТА технически предусмотрена. Это сродни ружью, которое висит на стене. И если действие происходит во время спектакля в театре, то почти очевидно, что до конца спектакля ружье выстрелит. Так и в данном случае – возможность записи и передачи информации у МТА есть, и этот фактор надо учитывать при эксплуатации своего «мобильника».

Как происходит передача информации в эфир (информацию принимает ближайшая к МТА оператора станция – сота)?

МТА общается со станцией пачками цифровых сигналов-импульсов, которые называются тайм-слоты. Продолжительность одного служебного сеанса связи может длиться от долей секунды до нескольких секунд.

Такие сеансы служебной связи МТА с базовой станцией осуществляет постоянно, когда сотовый телефон находится во включенном состоянии. Первоначально это происходит после включения питания МТА, тогда телефон, общаясь с ближайшей станцией связи своего оператора (соответственно установленной SIM-карте) позиционирует сове положение на местности, выдает в эфир свои данные (номер IMEL и др.), т. е. регистрируется в сети. На основании этой регистрации при последующих переговорах данному абоненту начисляется платеж за соединения, услуги связи, тарификация вызовов и роуминг. Кроме тайм-слотов в сеансе связи при включении питания, МТА периодически, примерно один раз в час (а при активном перемещении постоянно) выходит на связь с близлежащей базовой станцией, позиционируя свое положение и в случае необходимости (выход за пределы соты) регистрируясь в зоне ответственности другой соседней базовой станции. Длительность и периодичность сеансов служебной связи (тайм-слотов) у разных МТА различна и составляет (периодичность) от 10 до 35 раз в сутки. При этом длительность тайм-слотов колеблется в диапазоне 2—25 мс.

Во многих современных МТА автоматически включены функции различного рода сервисного информирования владельца, например, о прогнозе погоды или новостях, поэтому тайм-слоты у такого телефона будут чаще и иметь большую продолжительность. В данном случае определить, какие именно сигналы посылает ваш «мобильник» к базовой станции без специального оборудования нельзя. Можно лишь зафиксировать сам факт короткого сеанса связи, произошедшего без участия владельца МТА. Устройства для фиксации описаны в радиолюбительской литературе.

Эту особенность «своего» МТА необходимо знать каждому владельцу сотового телефона, не смотря на то, что компании производители пока не спешат ни делиться данной информацией с покупателями своего товара, ни объяснять эти функции и их предназначение. Как говорится, предупрежденный – защищен.

Косвенным признаком работы МТА на передачу большими мощностями является быстро разряжающийся аккумулятор.

На заре массовой популяризации сотовых телефонов (это было не так и давно) среди населения преобладали МТА, приобретенные за рубежом и требующие русификации. Кроме этого, часть сотовых телефонов, привозимых из-за рубежа СНГ (купленных на вторичном рынке, потому, что дешево) при подключении SIM-карты местного оператора оказывались заблокированными (не реализовывали часть заявленных в меню МТА и в его руководстве по эксплуатации функций). Люди несли МТА в соответствующий сервис (согласно названию МТА) и порой получали ответ: ваш телефон в России работать не будет. С тех пор МТА привезенные из-за границы частным порядком стали негласно делиться на «белые» и «серые». «Белые» можно реанимировать и использовать в СНГ «по полной программе», а серые практически безнадежны, или требуют таких вложений, которые перетягивают саму его стоимость. В связи с этим зародился тестовый способ проверки МТА.

Способ проверки сотовых телефонов (серый/белый). Для теста надо последовательно нажать клавиши на клавиатуре: *#6# или (как вариант для других моделей МТА) *#06#. В результате высветиться серия и модельный номер, указанные в паспортных данных. Такие же данные нанесены на корпусе МТА под аккумуляторной батареей. Чем они помогут?

При потере или краже аппарата эти данные требуется передать своему сотовому оператору, если, конечно, вы надеетесь найти свой телефон. Не трудно догадаться, что после данной процедуры уведомления сотовой компании, ваш МТА вместе с SIM-картой (или даже вновь вставленной) находится на контроле у вашего сотового оператора. Для того, чтобы ваш МТА точно нашелся или был бы заблокирован в обслуживании у одного из операторов (которым вы пользовались до утери), требуется сообщить сотовому оператору IMEI вашего МТА (идентификационный номер). Этот номер (техника вопроса описана в данном абзаце выше) лучше выяснить сразу (при покупке или эксплуатации МТА) и где‑нибудь записать вдали от посторонних глаз.

Подключившись с помощью проводов малого сечения (например, с помощью популярного гибкого монтажного изолированного провода МГТФ диаметром 0, 6–1 мм) к выводам контактной пары на клавиатуре МТА можно продублировать нажатие соответствующей кнопки клавиатуры МТА с помощью нормально разомкнутых контактов обычного (слаботочного) электромагнитного реле. Для этого могут применяться профессиональные и радиолюбительские конструкции, которые можно найти на страницах радиолюбительских журналов и в Интернете.

Важное преимущество управления мобильным телефоном с помощью контактов слаботочного электромагнитного реле (далее СЭМР) заключается в отсутствии гальванической связи устройства управления и клавиатуры самого телефона.

Почему бы радиолюбителю– конструктору не использовать вместо СЭМР оптрон. В большинстве случаев (типов МТА) это очевидно возможно без какого‑либо изменения схемы (печатной платы), однако следует учитывать очень важный фактор – сопротивления утечки оптрона в разомкнутом состоянии коммутирующих контактов и сопротивления контактной пары при нажатой кнопке мобильного телефона. Кроме того, важна полярность подключения оптрона и полярность электрических потенциалов на клавиатуре мобильного телефона.

Владелец мобильного телефона, конечно, знает, что последнему абоненту (из списка набранных номеров) можно позвонить, пользуясь только одной кнопкой (кроме кнопки включения МТА или кнопок разблокировки клавиатуры, когда такой режим включен). В большинстве МТА нажатием только одной кнопки можно осуществить телефонную связь с абонентом, номер которого был набран последним. Для этого нет необходимости в нажатии двух разных кнопок (как описано в некоторых статьях для радиолюбителей), а достаточно лишь четко изучить возможности и меню своего мобильного аппарата и использовать его «ручное» программирование (как описано в руководстве по эксплуатации).

Во вскрытом корпусе МТА к контактным площадкам кнопки «вызов» проводами МГТФ подпаивают два проводника длиной не более 50 см. Для этих целей применяют маломощный паяльник с мощностью 25 Вт и напряжением не более 24 В.

Устройство, которое замкнет эти контакты, может быть любым: от охранной сигнализации до сигнализатора варки яиц. Главное, что в случае нарушения шлейфа охраны или срабатывания сигнализации замкнутся контакты управляющего реле, а значит, МТА пошлет вызов на заранее запрограммированный номер с целью уведомления об изменении состояния контролируемого параметра. Абоненту, принявшему вызов, остается лишь взглянуть на номер вызывающего абонента (в большинстве случае он определяется нормально). Если это номер телефона, задействованного в охранной системе, значит, сработала охранная сигнализация.

Что надо знать об аккумуляторах портативных и сотовых телефонов

Новая и правильно заряженная аккумуляторная батарея сотового телефона (АКБ) практически не требует дополнительного обслуживания и особого внимания. А если она уже не новая? Если она заряжена неправильно? Что тогда делать?

АКБ, изготовленные по разной технологии (и, соответственно, имеющие своеобразные предназначения) применяют не только в сотовых телефонах. А также в радиотелефонах, портативных игрушках (например, «мерцающий фонарь»), калькуляторах, ноутбуках, КПК, фотоаппаратах, электронных тетрадях и в других популярных электронных устройствах бытового и специального назначения. АКБ, применяемые в сотовых телефонах, разделяют на следующие типы, отличающиеся по технологии изготовления:

• никель‑кадмиевые – NiCd (Nickel Cadmium);

• никель-металлгидридные – NiMH (Nickel Metal‑Hyd– ride);

• литий-ионные – Li‑ion (Lithium Ion);

• литий-полимерные – Li‑pol (Lithium Polymer).

На рис. 12 представлены АКБ к различным современным сотовым телефонам.

Рис. 12. Фото (внешний вид) АКБ к различным сотовым телефонам с разным номинальным напряжением

Никель‑кадмиевые батареи самые распространенные и дешевые. Это своеобразный ветеран на рынке мобильных устройств связи. Отлаженная технология и надежная работа обеспечили им широкое применение для питания портативной техники и оборудования. К основным достоинствам никель‑кадмиевых АКБ относятся:

• превосходная работоспособность в широком диапазоне температур окружающей среды, в том числе возможность заряда при отрицательных температурах;

• способность отдавать в нагрузку большой ток;

• длительный срок службы – свыше 1000 циклов заряда/разряда при правильной эксплуатации и обслуживании;

• низкая чувствительность к неправильной эксплуатации;

• легкое восстановление при понижении емкости и после длительного хранения;

• низкая цена.

В NiCd АКБ рабочее вещество находится в виде мелких кристаллов, что обеспечивает максимальную площадь их соприкосновения с электролитом. При неблагоприятных условиях эксплуатации кристаллы укрупняются до размеров, до 150 раз превосходящих первоначальные, что приводит к резкому уменьшению площади активной поверхности. Как следствие, снижается напряжение и уменьшается энергетическая емкость.

В некоторых случаях острые грани кристаллов даже прокалывают сепаратор, вызывая быстрый саморазряд или короткое замыкание.

Среди других недостатков АКБ этого типа можно отметить: необходимость периодической полной разрядки для сохранения эксплуатационных свойств (устранения эффекта памяти), быстрый саморазряд (до 10 % в течение первых 24 часов), относительно маленькая плотность энергии (отношение емкости к габаритам и массе) и большие габариты (по сравнению с АКБ других типов). К их минусам относится «недружественность» к окружающей среде, ведь они содержат кадмий и требуют специальной утилизации. Из-за больших габаритов и проблем с утилизацией NiCd они давно покинули рынок сотовых телефонов и встречались только на заре массового развития рынка сотовых телефонов, например, в аппаратах фирмы «Моторола» модели Т-192.

На смену им первыми пришли никель-металлгидридные батареи, но их разрекламированные преимущества на деле не оправдали ожиданий потребителей из-за небольшого срока службы. Эта ситуация выправляется благодаря технологическому прогрессу в их производстве. Отличительные преимущества NiMH-батарей:

• их емкость примерно на 30 % больше емкости NiCd-батарей при тех же габаритах;

• они меньше склонны к эффекту памяти, чем NiCd-батареи (периодические циклы восстановления нужно выполнять реже);

• низкая токсичность (NiMH-технология считается экологически чистой).

NiMH-батареи тоже имеют много недостатков. По сравнению с NiCd-батареями, у них меньший срок службы – около 500 циклов «заряда/разряда», более быстрый саморазряд (в 1,5–2 раза) и более высокая себестоимость.

Потерю заряда соответственно вызывает и их старение. У относительно изношенной батареи пластины электродов разбухают и начинают слипаться друг с другом, что приводит к повышению тока саморазряда. Укрупнение кристаллических образований в NiCd-батареях на основе никеля происходит в основном из-за слишком долгого нахождения ее в зарядном устройстве и многократного заряда без периодического полного разряда. Разукрупнить кристаллические образования позволяет проведение такой процедуры, как тренировка, которую достаточно проводить один раз в 30–60 дней.

В настоящее время (уже несколько лет) сотовые телефоны различных производителей комплектуются исключительно батареями Li‑ion.

Литий-ионные батареи завоевывали позиции на рынке устройств мобильной связи. Это обусловлено их преимуществами по сравнению с предыдущими типами АКБ:

• высокая плотность электрической энергии (вдвое большая, чем у NiCd-батареи того же размера, а значит, и вдвое меньшие габариты при той же емкости);

• медленный саморазряд (примерно 2–5 % в месяц, а также примерно 3 % на питание встроенной электронной схемы защиты);

• отсутствие каких‑либо требований к обслуживанию, за исключением требования длительного хранения в заряженном состоянии.