Cách Hoạt Động Của Những Cuộc Gọi

 Ngày xửa ngày xưa, nếu muốn nói chuyện với ai đó ở xa, bạn hoặc là phải hét thật to, hoặc là phải sử dụng một con chim bồ câu để truyền tin. Nhưng mọi thứ đã thay đổi khi "điện thoại" được phát minh. Ai cũng biết nó hoạt động bằng cách chuyển đổi âm thanh thành điện. Nhưng chính xác thì điều đó xảy ra như thế nào? Hãy bắt đầu với những điều cơ bản.

Nguyên Lý Cơ Bản Của Điện Thoại Cố Định: Âm Thanh Thành Điện Năng

Âm thanh thực chất chỉ là sự rung động. Số lần rung động mỗi giây được gọi là tần số. Để truyền âm thanh, chúng ta cần một màng ngăn (diaphragm). Màng ngăn này làm bằng kim loại và được gắn vào một đầu của điện thoại. Khi bạn nói vào điện thoại, sóng âm sẽ đẩy màng ngăn vào trong, đồng thời nén các hạt carbon lại gần nhau hơn. Điều này làm giảm điện trở và cho phép nhiều dòng điện hơn chạy qua. Khi màng ngăn bật trở lại, các hạt carbon sẽ rời xa nhau, làm tăng điện trở và giảm dòng điện.

Những thay đổi này diễn ra rất nhanh. Các hạt cực nhỏ bên trong micrô kiểm soát dòng điện dựa trên sự rung động của âm thanh. Âm thanh to hơn hoặc có cao độ cao hơn sẽ làm dòng điện thay đổi nhanh hơn, tương ứng với dạng của âm thanh đó. Quá trình này biến âm thanh thành một dòng điện biến đổi nhanh – hay còn gọi là dòng thoại (speech current) – mang lời nói của bạn truyền đi theo đường dây đến máy thu.

Kết Nối Thủ Công: Vai Trò Của Tổng Đài Viên

Nhưng khoan đã nào! Cuộc gọi của bạn phải được kết nối bởi một tổng đài viên. Về cơ bản, đây là người trung gian kết nối cuộc gọi của bạn với bạn bè. Bạn cho cô ấy biết mình đang cố gọi cho ai. Sau đó, tổng đài viên sẽ dùng một bảng chuyển mạch (switchboard) để kết nối cuộc gọi của bạn một cách vật lý. 

Hãy tưởng tượng một bức tường khổng lồ đầy những ánh đèn nhấp nháy và dây điện chằng chịt. Mỗi ánh đèn đại diện cho một người đang cố gắng thực hiện cuộc gọi. Tổng đài viên sẽ cắm một đầu cáp vào giắc cắm của đường dây điện thoại nhà bạn, rồi cắm đầu cáp kia vào giắc cắm của người bạn muốn gọi. Tất cả đều là dây cáp, chưa có gì "vô hình" ở đây cả.

Từ Điện Năng Trở Lại Âm Thanh: Máy Thu Hoạt Động

Vậy, làm thế nào dòng thoại được chuyển đổi ngược lại thành âm thanh? Thực ra là làm ngược lại toàn bộ quá trình. Màng ngăn được gắn vào một thanh sắt nhỏ, trông giống như một chiếc bập bênh tí hon. Thanh sắt này nằm gần một nam châm điện. Khi dòng điện (hay dòng thoại) của giọng nói của bạn chạy qua dây dẫn, nó làm nam châm điện bật và tắt liên tục rất nhanh. Điều này khiến thanh sắt nối với màng ngăn rung động, từ đó tái tạo lại giọng nói của bạn.

Bước Sang Kỷ Nguyên Mới: Điện Thoại Di Động

Nhưng ngày nay, hầu như không ai còn dùng loại điện thoại đó nữa. Vậy điện thoại di động thì sao?

Nguyên Lý Hoạt Động Của Điện Thoại Di Động: Từ Giọng Nói Đến Sóng Điện Từ

Khi bạn nói, giọng nói của bạn tạo ra sóng âm. Micrô trong điện thoại có một bộ phận rất nhỏ sẽ rung động theo những sóng âm này. Chuyển động đó tạo ra một tín hiệu điện nhỏ. Sau đó, một con chip sẽ đo tín hiệu này và chuyển nó thành chuỗi các số một và số không (dữ liệu nhị phân). Một ăng-ten bên trong điện thoại sẽ phát đi chuỗi số nhị phân này dưới dạng sóng điện từ bằng cách thay đổi các đặc tính của sóng. Ví dụ, số 0 và số 1 có thể được truyền đi tương ứng bằng cách sử dụng tần số thấp và tần số cao.

Vượt Qua Khoảng Cách: Vai Trò Của Trạm Phát Sóng Và Cáp Quang

Tuy nhiên, có một trở ngại: sóng điện từ không thể truyền đi xa. Nhưng chúng ta đã tìm ra một giải pháp đơn giản: các trạm phát sóng di động (cell towers). Sóng điện từ từ điện thoại của bạn sẽ được một trạm phát sóng gần đó thu nhận và chuyển đổi thành các xung ánh sáng. Những xung ánh sáng này di chuyển qua cáp quang đến một trạm gốc để xử lý. Tín hiệu sau đó được định tuyến đến trạm phát sóng đích, tại đây nó được chuyển đổi trở lại thành sóng điện từ. Điện thoại của bạn bè bạn nhận được sóng này, đảo ngược quy trình, và thế là, giọng nói của bạn đã được nghe thấy.

Định Vị Cuộc Gọi: Bí Mật Của Trung Tâm Chuyển Mạch Di Động (MSC)

Câu hỏi lớn đặt ra là: làm thế nào trạm phát sóng của bạn biết điện thoại của người bạn kia đang ở đâu? Đó là lúc Trung tâm chuyển mạch di động (MSC - Mobile Switching Center) vào cuộc. MSC quản lý nhiều trạm phát sóng và theo dõi vị trí của bạn. Khi bạn mua thẻ SIM, nó được liên kết với một MSC cụ thể, gọi là MSC chủ (home MSC) của bạn. MSC chủ lưu trữ thông tin, bao gồm cả vị trí hiện tại của bạn. Nếu bạn di chuyển ra ngoài vùng phủ sóng của MSC chủ, một MSC ngoại vi (foreign MSC) sẽ tiếp quản, nhưng MSC chủ vẫn biết bạn đang ở đâu. 

Vì vậy, khi có cuộc gọi đến, tín hiệu trước tiên sẽ đi tới MSC chủ của bạn, sau đó MSC này sẽ chuyển tiếp cuộc gọi đến trạm phát sóng chính xác dựa trên vị trí hiện tại của bạn. MSC theo dõi vị trí điện thoại của bạn mỗi khi bạn di chuyển qua vùng phủ sóng của các trạm nhất định hoặc khi bạn bật điện thoại.