手机
定义
手机是能够通过无线电链路接入公共移动通信网络、在移动状态下完成通话的便携式电话终端,其通信不依赖固定的线路接入点[4]。它的硬件一般由送受话与显示部分、无线电收发与天线部分、以微处理器为核心的控制单元以及可充电电池组成[3]。按功能与系统开放程度,通常分为只提供通话、短信等固定功能的功能手机和可安装第三方应用的智能手机两类[5]。
在中文语境中,中国大陆多称手机或移动电话,台湾多称行动电话,港澳与新马多称流动电话、手提电话[1]。早期机型因售价高昂、体积笨重,曾获“大哥大”的俗称[1]。
原理
手机通话的基础是蜂窝组网。服务区被划分为许多小覆盖区(蜂窝小区),每个小区设一座基站,相邻小区使用不同频率,相隔较远的小区则可重复使用同一频率,从而在有限频谱上容纳大量用户[6]。用户从一个小区移动到另一个小区时,网络依据测量到的信号强度把连接转移到新基站,这一过程称为切换,是通话不中断的前提[7]。
在小区内部,多址技术决定多个用户如何共用信道:早期模拟系统采用频分多址(FDMA),2G 的 GSM 采用时分多址(TDMA),把同一载频划分为循环出现的时隙供不同用户轮流使用[8];CDMA 及后续制式则用码分方式,使多个用户在同一频段上同时通信[9]。
智能手机把通信与计算分成两套处理器:基带处理器运行实时操作系统,负责调制解调、信道编解码以及与基站之间的协议处理;应用处理器承担操作系统、用户界面和第三方应用的运算,一般采用系统级芯片形态,并集成图形处理等单元[10]。两类处理器相互分离,可使操作系统层面出现缺陷时不致影响无线链路的通信功能[11]。
以载波频率 $f_c$ 表示工作频率、$B$ 表示占用带宽时,信道容量可粗略由香农关系 $C = B\log_2(1+S/N)$ 描述,这说明提高带宽或改善信噪比都能换取更高的数据传输速率,也构成从模拟制式向数字宽带制式演进的动因。下面示意一次通话中语音所经过的主要环节:
flowchart LR
A[语音输入] --> B[语音编码/调制]
B --> C[手机射频前端]
C --> D[所在小区基站]
D --> E[移动交换与核心网]
E --> F[对方终端或固定电话网]
A2[移动中] --> G[信号强度测量]
G --> H[切换至相邻基站]
H --> D
发展历程
1973 年 4 月 3 日,摩托罗拉通信系统部门负责人马丁·库珀在纽约第六大道使用一台手持样机拨通电话,被叫方是美国电话电报公司贝尔实验室的乔尔·恩格尔[2]。这台 DynaTAC 样机重约 1.1 千克,可通话约 30 分钟,充电却需 10 小时左右[12]。
此后又经过约十年改进,1983 年面向消费者的商用机型 DynaTAC 8000X 上市,重 790 克,仅支持通话,不能收发短信或拍照[2]。国际电信联盟的记录显示,日本于 1979 年、北欧国家于 1981 年先后开通早期模拟移动网络[13]。
第二代移动通信自 1990 年代初起步,由模拟语音转向数字交换,主要使用 GSM、CDMA 等标准,除通话外还能传送短信,手机开始朝小型化、轻量化方向发展[1]。1991 年芬兰推出数字制式的 2G 业务[13]。
2001 年日本首先推出 3G 业务,国际电信联盟于 2000 年的大会通过了 IMT-2000 规范,使不同系统间首次实现互操作,并为语音、数据与互联网接入结合的终端奠定基础[13]。2007 年苹果发布 iPhone,把触屏与移动操作系统整合到同一设备,推动智能手机普及。2012 年国际电信联盟无线电通信大会就 IMT-Advanced 规范达成一致,4G 网络随后大范围部署[13]。
国际电信联盟统计,2013 年全球手机用户约 68 亿,几乎与当时世界人口相当[13]。按中国信息通信业界统计,2022 年全球智能手机出货量约 12.1 亿台[3]。
应用
语音通话与短信息仍是手机的基础用途,2G 时代的 GSM 手机即可在通话之外收发短信、彩信并使用无线应用协议上网[14]。
智能手机借助移动数据网络成为个人计算与信息终端,可完成网页浏览、拍摄、录音、导航、媒体播放与个人信息管理等操作[14]。3G 及以后的网络带宽提升后,移动支付、短视频等依赖持续联网的服务得以普及[3]。
在通信基础设施薄弱的地区,手机还承担金融交易与获取教育、就业信息的功能;2018 年盖洛普世界民意调查显示,发展中经济体有 79% 的受访者持有一部手机。
局限
手机依赖运营商网络,覆盖不足或基站拥塞时无法建立连接。早期蜂窝系统还存在明显技术短板:模拟制式只能传送语音,抗干扰与保密能力弱,通话锁定在固定频率上,容易被同频设备接收[1]。小区信道全被占用时,新的呼叫只能被拒绝,这是固定信道分配方式固有的局限[15]。
频谱是稀缺资源,蜂窝系统必须靠频率复用来扩容,而相邻小区复用同一频率又会带来同频干扰,容量与覆盖之间需要权衡[6]。切换过程中也可能出现短暂中断,系统设计需在切换频率与掉话风险之间取舍[15]。
在终端层面,体积、重量与电池容量长期相互制约,早期机型受电池与模拟电路限制,只能算“可以移动”,尚达不到随身携带的程度[1]。智能手机把更多计算与联网功能集成到同一机身,功耗与散热压力进一步上升,性能提升也因此受到限制[10]。此外,手机是移动互联网的主要入口,用户的通信记录、位置和支付信息集中于单一设备,数据与隐私保护成为其使用中必须面对的问题。
参见
参考资料
- 移动电话 [引用日期2026-10-29]
- 新华每日电讯 -07版:新华国际-2023年04月04日 [引用日期2026-10-29]
- 移动电话机_百度百科 [引用日期2026-10-29]
- 移动电话 [引用日期2026-10-29]
- 术语在线 [引用日期2026-10-29]
- google.com 上的网页 [引用日期2026-10-29]
- document [引用日期2026-10-29]
- google.com 上的网页 [引用日期2026-10-29]
- [0021] 图4显示出根据本发明的采用小区选择软切换的基站装置的框图; [引用日期2026-10-29]
- アプリケーションプロセッサとは - IT用語辞典 e-Words [引用日期2026-10-29]
- AP与BB(应用处理器和基带处理器) [引用日期2026-10-29]
- 纽约街角的神秘来电 | 世界上第一通手机电话都说了点啥? [引用日期2026-10-29]
- 国际电联简史 (7) [引用日期2026-10-29]
- [科普中国]-无线电话 [引用日期2026-10-29]
- 18-759: Wireless Networks [引用日期2026-10-29]