手机是我们生活的一部分，不知大家是否有疑问，比如手机如何打电话，为什么会有不同时代的移动通讯，比如1G、2G、3G、4G、5G，下面让我们探索移动通信背后的技术。

当你对着手机话筒说话时，你的声音会被手机的麦克风接收，麦克风借助MEMS传感器和IC将声音转换为数字信号，数字信号以0和1的形式表述声音，手机内部的天线接收这些0和1，并以电磁波的形式传输它们。电磁波通过改变波的特性，例如幅度、频度、相位来传输0和1，例如在频率的情况下，分别使用低频和高频，传输0和1。

因此，如果你能找到一种方法将这些电磁波传输到对方的手机上，彼此双方就可以建立通话，然而，电磁波无法长距离传播，由于物理对象，电气设备，和一些环境因素的存在，

它们会失去作用，事实上，即使没有这些因素，由于地球的弯曲结构，电磁波也不会永远持续下去，为了克服这些问题，使用蜂窝技术的概念，引入蜂窝塔，在蜂窝技术中，地理区域被划分为六边形小区。每个小区都有自己的塔和频率槽。通常，这些蜂窝塔通过光纤电缆连接，这些光纤电缆铺设在地下，或海洋下，供国内或国际连接。手机产生的电磁波，被手机

中的信号塔接收，并将其转换为高频光脉冲，这些光脉冲被传送到位于塔底的基站收发箱，进行信号的进一步处理，经过处理后，语音信号将被路由到目标塔，目标塔接收到脉冲后，目标塔以电磁波的形式向外辐射，然后对方的手机接收到信号，这个信号经过一个相反的过程，对方就会听到你的声音，因此，移动通信确实不是完全无线的，它们也有使用有线介质，这就是移动通信的处理方式。

只有当你的信号传输到对方的信号塔时，移动通信才算成功。但是你的信号塔是如何知道你朋友位于哪个信号塔区域呢？手机信号塔从移动交换中心那里获取相关信息，MSC（Mobile Switching Center）是一组蜂窝塔的中心点。在购买SIM卡时，所有订阅信息都注册在指定的MSC中，这个MSC将是你的家MSC，主MSC存储服务计划，你的当前位置等状态信息，如果你的位置超出本国MSC范围，则为你提供新的MSC，也就是外国的MSC，当你进入国外的MSC区域时，它就会与你家乡的MSC进行通信。

简而言之， MSC一直知道你在哪个区域。MSC使用了一些技术，一种方法是在一段时间后，更新用户的位置，当电话穿过一定数量的塔时，位置更新再次完成；另一种方法是手机开机时，让我们尝试通过一个示例来理解这些过程，假设A给B打电话，A拨通B的号码时，请求到达A的家庭MSC，收到B的号码后，请求转发到B的家庭MSC，现在B的MSC检查B当前的MSC，如果B在家乡MSC，呼叫请求立即发送到他当前小区的位置，并检查B是否正在通话，或者B的手机是否已关闭，如果一切正常，B的电话就会响起，电话接通，如果B不在家乡的MSC，B的家乡MSC将呼叫请求转发给外地MSC，外地的MSC将定位B的位置，并按照前面的步骤，定位B的电话，然后建立呼叫。

现在解释一下为什么频谱在手机通信中非常重要。为了在数字通信中传输0和1，每个用户被分配了一个频率范围，然而，可用于蜂窝通信的频谱非常有限，有数十亿用户，这个问题是借助两种技术解决，一种是频隙分配，另一种是多址技术。在第一种技术中，不同的频隙被仔细地分配给不同的蜂窝塔，在多址技术中，这个频隙有效地分布在小区区域内的所有活跃用户中。

为什么会有不同代的手机技术？1G最初允许用户在没有连接电缆的情况下携带电话，但是1G遇到了两个主要问题，第一个问题是无线传输采用模拟信号，容易被外部源改变的模拟信号，因此，1G提供的是较差的语音质量和安全性。第二个问题是，它使用了频分多址技术，以低效的方式使用了可用频谱。

这些为2G移动通信做了铺垫，2G使用了数字多址技术，即TDMA或CDMA技术，第二代引入了数据服务、短信和web预览。3G专注与提供更高的数据传输速度，使用了WCD多址技术，同时增加了带宽，为了实现这一点，2Mbps的3G速度，允许传输GPS、视频、语音通话等用途的数据，3G是手机转向智能手机的一大步。4G实现了20到100Mbps的速度，适用于高分辨率的电影和电视，采用OFD多址技术和MIMO技术，这种更高的速度成为可能。MIMO在手机和发射塔内部都使用多个发射器接收器天线。5G使用增强型MIMO技术和毫米波，它提供无缝连接，支持物联网，例如无人驾驶和智能家居。