手机是怎么找到对方的？

科普中国网 2017-05-17

作者：焦述铭（香港城市大学博士在读，科学松鼠会会员）

　　关键词：手机通信频段手机基站

　　今天是由国际电信联盟确立的“世界电信日”，电信在我们的日常生活里扮演重要的角色。你在打电话的时候，你的手机是如何找到另一部手机的呢？

　　我们每次打手机的时候，拨完手机号码，一般几秒钟就可以接通另一部手机。无论对方手机身在何处，我们的手机似乎总是可以准确找到它。

　　也许有人会这么想：“我知道手机是用无线电波通信的，我的手机给对方发一段无线电波，对方手机再给回发一段，这样不就可以完成通信了吗？”事情可没有那么简单。想一想，如果中国的一部手机要直接发信号给千里之外的美国手机，那需要多大的能量才能做到？手机做不到，因为手机里只有一块小小的电池。其次，你不知道自己想要接通的手机此刻在地球上的哪个位置，你需要向世界上所有的手机都发送信号才能找到对方，这样一来，私密性就完全不能保证了。现在全球有几十亿手机用户，如果这些手机用户都在满世界发信号，无线电波彼此之间会互相干扰，你的通话质量就会大打折扣。这就好像待在一个很吵的房间里，你很难听清楚别人在说什么。

　　也许还有人会这么想：“我的手机先发送信号给电信公司，然后电信公司帮我找到对方手机，把信息悄悄传给它，别的手机收不到。”一部北京手机要与一部上海手机取得联系，有两地电信运营商的存在，北京手机的确不需要发信号到全世界来找那部上海手机，只需要发送给所在城市电信公司就可以了。可是，北京或者上海也有很多的手机用户，它们的信号还是会互相干扰的，这个问题怎么解决？

　　其实，所有手机通信用的无线电波频率都在一个范围内，我们只要把这个频段再分成更小的频段给不同的手机，它们之间就不会互相干扰了。这就好比我们将一条公路分成10条行车道，每条行车道上只允许一辆汽车行驶。每个手机分到的频段就代表了手机每秒钟每分钟可以发的数据量。然而，手机无线电波的频段像黄金一样宝贵，这条看不见摸不着的公路其实并不宽，没办法分给那么多的手机。于是人们想了各种办法来解决这个问题，包括人们常常听到的2G、3G等各种通信技术。如果有足够多的频段分给每部手机，那么手机和手机之间通话就不会发生干扰了。但是，有限的频段不管怎么分还是没办法让一个城市里所有的手机同时使用。那怎么办呢？

　　其实解决方案很简单，电信工程师把一个城市再分成很多很多个小的蜂窝形区域，每个区域都有一个手机基站，这就相当于电信公司的一个个小办事处。在每个方圆几百米的小区域里，手机用户不会很多，“无线行车道”一般不会发生拥堵，手机信号可以顺畅通行。尽管同一个城市里还是会有其他手机和你用一样的频段，但是它们各自在相隔比较远的两个蜂窝内，互相不会有干扰。

　　当一部手机要和另一部手机联系时，只需要联系附近的手机基站就可以了，基站会把相关信息传给当地电信公司的数据中心，在那里，电脑会自动查询你要拨打的电话号码属于哪个城市，然后你的信息会被送到对方城市的电信公司，该电信公司再把信息发给离对方手机最近的一个基站，接着这个基站再把信息发给对方手机。值得一提的是，基站与电信公司之间的那些通信，大多数是通过光缆进行的，也就是说手机通信虽然号称无线通信，但是中间很多部分其实是有线通信的。

　　你也许还要问，全世界那么多城市，每个城市都有那么多基站，电信公司怎么知道对方手机到哪里了呢？这就像我们每到一个新地方都会给家里报个平安一样，手机也是这样。当手机的主人带着它到一个新的蜂窝区时，手机要做的第一件事就是主动向最近的手机基站报告自己的位置，这样电信公司的数据库里就有手机的大概位置信息了。如果有人拨打了这部手机号码，那么电信公司很快就可以查到这部手机的下落，可以在短时间内接通电话。

　　各家电信公司的手机基站构成一张巨大的网，我们每个人的手机正是游走在这张网中，通过这张网找到彼此。