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刺拉拉刺拉拉一阵噪音,过了几秒短信就来了

本帖由 漂亮的石头2015-07-04 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

    漂亮的石头 版主 管理成员

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    我在用电脑时手机收到短信会从耳机里先听到一阵杂音然后过几秒后手机才会显示收到短信是怎么一回事?

    [​IMG] Choir Glee,手持两把锟斤拷,口中疾呼烫烫烫

    是这样。

    一般来说手机的辐射是不能在耳机上产生声音的,因为感应电流太小,而手机通信的频率又很高超出听觉范围。 但是明明有时候我们手机放在电视,电脑,mp3 周围就会发出声音啊。于是发出声音这件事就要从两个方面入手: 首先是如何形成足够的感应电流,二是如何形成了能够听到的声音。

    我们使用耳机,音响等等放音设备,音频信号必须要经过放大,才能够驱动喇叭或者耳机发声。像这样:

    [​IMG]

    未经放大的信号,要么是声音极小,要么就是干脆听不见。因此,在音频信号的输出端,和放音设备之间,还连接有一个功率放大器。90 年代家里面唱卡拉 OK,需要“功放”,就是因为影碟机的音频输出驱动不了那么大功率的音响,非得用个台式放大器才行。这个放大器,可大可小,大了是个箱子,小了就是个芯片。我们的手机,随身听,电视,电脑上面都有。 如果在放大器前端,也就是输入端,产生了感应电流,那么在输出端就会产生可观的功率,这样微弱的感应电流就能转化成能驱动喇叭耳机发声的信号。 所以,手机在通信状态时,产生的电磁波在设备的信号放大器前产生感应电流,就可以输出功率足够的电流。

    但是!GSM 的工作频率在数百 MHz 以上,现在的 4G 通信更是工作在 GHz 以上,对应的感生电流也是这个频率。人的听觉范围是 20Hz 到 20kHz,就算骨骼惊奇也不可能听到几百兆赫兹频率的声音啊。 要解释这个问题,就要研究 GSM 网络的工作方式。我们的手机,虽然有的是 3G 网络,有的甚至是 4G 网络,但是最基础的短信收发、话音传送主要都是进行在 2G 网络上。在中国,也就是 GSM 网络或 CDMA 网络上传送的。

    GSM 是时分 / 频分复用的通信标准。具体地说,在一定范围内,用户划分为若干组,每组使用一个频率,通过频率的不同来区分不同的组,这是频分复用。而组内用户每人有一个时间片,一个频率上的单位信号可以传送若干个分属不同用户的时间片,这是时分复用。这样才能提供足够的容量。而反面的极端,比如旧式的对讲机,所有用户共用一个发送频率和一个接收频率,所以一个人讲话其他人都不能发送消息了。我们不想小区里面有一个人打手机其它人就都得等,用手机的人这么多,也不可能每人都分配一对频率来通信(1G 模拟手机就是这么干的),所以需要复用,让所有人都有得用。

    人之所以能听到手机通信感应的声音,问题就出在这个时分复用上面。下图就是时分复用帧的格式。

    [​IMG]

    简单地说,通常情况(全速率)下,一个 GSM 时分复用帧如下图:

    [​IMG]

    每个复帧包括 12 个 T 帧,一个 A 帧,再来 12 个 T 帧,再来一个 I 帧。一个帧会分为 8 个时隙,每个用户使用一个时隙。也就是说,一个频率由若干个用户轮流使用。当你打电话的时候,你的话音转化为数字信号,并进行编码压缩为特定格式。因为当你的传送时刻到来的时候,就是轮到你发送、接受消息的时刻,此时你的时隙就发送出去了。在一个复帧的 120ms 内,你发送了 26 个时隙,则 1 秒约有 217 个时隙。虽然 GSM 载波为数百 MHz,但是这个脉冲的发送频率实际上是约为 217Hz,就是说你每秒发送了频率为数百赫兹的电磁波脉冲共 217 个。这个频率处于人耳的听觉范围之内,因此在电视、电脑附近通话时会在音响形成频率约为 217Hz 的噪音。

    这里要注意,只有手机发送信号会产生噪音,而从基站接收信号不会。因为发送信号是在发送高频电磁波脉冲,而接收信号是从连续的高频电磁波当中筛选自己需要的那些。

    上述就是通话时产生噪音的原理。但是短信的情况更为复杂。GSM 的信道分为两类,一类为业务信道,是我们打电话时候所用的信道。一类为控制信道,是手机和基站进行通信,交换控制信息所用的信道。比如,开机时加入网络、请求呼叫等等的信号。短信的传送,恰恰就在控制信道中的专用控制逻辑信道(SDCCH)当中。也就是说,短信实际上是作为控制信号传送的。控制信道信息的传送和业务信道类似。但是,短信产生的噪音和通话产生的噪音是不同的。这和控制信道和业务信道帧的排列不同有关。

    接收短信的时候,涉及到在控制信道和基站通信。比如,基站发送确认手机在线、请求手机状态等的消息,手机要一一给基站回复。建立通信后,接收短信时要发送确认接收的消息等等。这和建立通话时对控制信道的使用类似,此时的发送信号脉冲频率较低,通信次数较多,因此听起来断续,音高也较低。

    至于为什么先有噪音才收到短信,就是因为手机要先接收完信息,然后翻译成文本才能提示你收到消息啊。

    补充

    当年 CDMA 手机号称辐射低,放电视旁边没有声音的那种,实际上是因为 CDMA 是码分多址,所以通常情况下不会产生发送接收信号的脉冲。所以自然也就没有噪音了。

    突然想到

    很久以前,当电话还是不加密的模拟信号单线传输的年代,一种窃听方法是把两股电话线中的一股分出来,与一个闭合线路的耳机线合并,这样电话上的电流会感应到耳机线上,就听到声音了。

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