移动电话 · aiwiki.page

移动电话是一种手持设备，可通过蜂窝无线电网络进行语音通话、发送消息和传输数据。蜂窝无线电网络将服务区域划分为若干蜂窝，每个蜂窝由固定基站提供服务。它的便携性、与公共电信网络的连接，以及通过用户识别模块进行的身份识别，使其有别于固定电话、无绳电话和双向无线电设备。自20世纪80年代初第一批商用手机问世以来，这种设备已成为拥有量最大的消费科技产品之一。当前大多数机型都是智能手机，将电话功能与计算、摄影、导航和互联网接入结合在一起。

移动电话之所以重要，是因为它处于无线电物理学、半导体工程、电池化学、软件平台和国际标准化的交汇点。其发展历程受到连续几代蜂窝技术的塑造，从模拟语音系统到数字网络、移动宽带和5G；同时也受到从简单功能机向带有应用生态的触屏设备转变的影响。它还引发了关于射频暴露与健康、个人数据与安全、供应链与电子废弃物的问题，以及它对沟通、经济和社会接入的影响。

本词条首先说明设备及其网络的工作原理，涵盖蜂窝架构、主要硬件和电池技术、显示屏以及操作系统。随后追溯其历史，从前身技术到各代蜂窝网络，直至智能手机时代，并考察使互操作性成为可能的标准与频谱监管。后续章节讨论数据服务、传感器、健康与安全规定、安全与隐私、制造与全球市场、环境影响、社会与经济影响，以及6G等未来发展方向。

定义与主要特征

移动电话与其他电话的区别

移动电话是一种便携式无线电话，用户可以在服务区内移动时拨打和接听电话。固定电话位置固定，并通过有线方式接入网络，而移动电话则通过无线电波链路接入网络。该链路连接到移动运营商的交换设备，再由其接入公共交换电话网络，因此移动通话既能接通固定电话，也能接通其他移动电话。无绳电话是最容易与之混淆的产品。无绳话机只能在与其相连的固定电话基座附近的较短距离内使用，而移动电话则在运营商处注册，用户移动时会在不同基站之间切换。对讲机等双向无线电同样使用无线电波，但它们通常是设备之间直接通信或经由中继器通信，一般不接入公共电话系统。手持便携是定义的另一部分。最早的移动电话常安装在汽车上且体积庞大，直到后来，实用的手持机才逐渐普及。

SIM卡与eSIM

用户识别模块（SIM）是一张小型智能卡，存有用户的身份信息以及运营商用于认证设备的凭据。由于身份信息保存在卡上而非手机中，将SIM卡从一部手机换到另一部手机，用户的号码和服务也随之转移。因此，SIM卡是连接个人账户、网络以及当前所用设备的纽带。

嵌入式SIM（eSIM）发挥相同的作用，但无需可拆卸的卡片。嵌入式通用集成电路卡（eUICC）芯片在生产时焊接于设备中，运营商的配置文件则依据GSMA（移动运营商行业协会）制定的规范远程下载和激活，该规范于2016年3月首次发布。一台设备可以保存多个配置文件，但通常同一时间只激活一到两个。部分eSIM套餐只提供数据服务、不分配电话号码，这说明决定一项订阅的是运营商配置文件，而非芯片本身。2018年起发布的大多数手机和平板电脑都支持eSIM。

核心服务与功能手机、智能手机之分

移动电话的三项核心服务是语音通话、短信和移动数据。功能手机同时提供通话和短信服务，并内置有限的其他功能，通常依赖实体键盘和小屏幕。智能手机则增加了通用操作系统，并能运行已安装的应用程序，因此可以浏览万维网、收发电子邮件、拍摄照片，并通过移动数据、Wi-Fi或蓝牙等短距离连接方式接入互联网。电信行业从未对智能手机给出过统一的正式定义。一种常见的通用描述认为，智能手机是具备额外计算能力和互联网接入功能的手机。因此，两类产品之间的界限更多是程度上和惯例上的区分，而非清晰的技术界线。

各地的命名习惯

在英国、欧洲大部分地区、澳大利亚和新西兰，通常使用"mobile phone"（移动电话）一词，而在北美则以"cell phone"或"cellphone"（蜂窝电话）为主。北美的叫法源于网络的蜂窝结构：每个天线站覆盖的区域称为一个"蜂窝"（cell）。该技术出现时，人们选用"cellular phone"（蜂窝电话）这一名称，以区别于更早的移动无线电话服务。之后在美国，该词简化为"cell phone"，有时又进一步简称为"cell"。批评者认为这一名称并不准确，因为真正具有蜂窝结构的是网络而非手机本身，但这种用法已经牢固确立。"Handset"（话机）一词的来源则不同。它源自早期的台式电话，其分开的听筒正是拿起贴近耳朵的部分。移动电话出现后，人们拿起的变成了整部设备，但这个词保留了下来，在尼日利亚和加纳等部分市场仍然常用，而年轻用户很少使用。"wireless phone"（无线电话）、"hand phone"（手持电话）和"pocket phone"（袖珍电话）等其他说法则基本已不再使用。

蜂窝网络原理

蜂窝网络将服务区域划分为许多称为"小区"的小片区域，并在彼此距离足够远的小区中重复使用相同的无线信道。每个小区由一个基站提供服务，基站是一个固定站点，配备发射机、接收机和控制设备。其发射功率被有意保持在较低水平，因此覆盖范围局限于本地。教科书通常将小区画成六边形，因为六边形可以无缝铺满平面，但实际覆盖范围并不规则，受地形和建筑物影响。小区半径从密集城区的几百米到空旷地区的几十公里不等。一个站点常将覆盖范围划分为三个120度的扇区，每个扇区配有一副定向天线。

小区结构与频率复用

这种设计的主要原因在于资源稀缺。监管机构在电磁波谱中分配的无线信道数量有限。如果每个站点都使用全部信道，相邻站点之间就会彼此产生干涉。标准做法是相邻小区使用不同的信道组，由N个相邻小区组成的一个簇共同使用一次全部信道，然后该簇模式在整个服务区域内重复。这就是频率复用。若每个小区从S个可用双工信道中分配k个信道，则 S = kN，同一信道组再次使用的距离取决于簇的大小。对于半径为R的六边形小区，复用距离通常写作 $D = R\sqrt{3N}$ 。簇越大，同频小区之间的间隔越大、干扰越小，但每个小区可用的信道也越少。

扩大容量的办法是把小区做得更小。小区分裂将拥挤的小区细分为更小的小区，每个小区拥有自己的基站和低功率天线，从而使同一信道能够被更频繁地复用。运营商还需在两种方式之间做出选择：固定信道分配，即每个小区保留预设的信道组；动态信道分配，即由中央控制器根据测得的干扰按需分配信道。动态方案能更高效地利用频谱，但需要更多的协调。

切换与漫游

移动用户在通话期间会多次更换小区。手机会持续测量来自服务基站和相邻基站的信号。当服务信号减弱，或某个相邻基站的信号明显更强时，网络会把通话转移到新的小区。这一过程称为切换（也称越区切换）。在传统系统中，切换决策通常由移动交换中心控制。早期GSM网络采用硬切换，即先断后通：在建立新链路之前释放旧链路，因此可能出现短暂中断。CDMA网络采用软切换，即先通后断：手机同时与两个或更多小区保持连接，这使过渡更加平滑，但代价是占用额外的无线资源。不同技术之间的切换则较慢。一份专利文件提到，从LTE离开后，在较旧的数据网络上完成注册最多可能需要五秒。

漫游是一个相关但不同的过程。当用户进入另一家运营商经营的网络时，拜访网络必须接纳该设备，并为其路由通话和数据，而归属运营商则为该服务计费。这依赖于双边漫游协议，相关行业组织有助于推动其标准化。

多址方式

多址方式决定了有多少用户共享同一信道。每一代通信技术都依赖不同的主要方式。在频分多址（FDMA）中，每个用户获得单独的频段。AMPS等第一代模拟系统采用这种方式，每通话分配一个30 kHz的信道。在时分多址（TDMA）中，用户在同一载波上轮流使用各自的时隙。第二代的主流标准GSM在每个200 kHz的载波中划分出八个时隙。在码分多址（CDMA）中，所有用户在同一时间、同一频率上发射，每个信号都用唯一的编码进行扩频，接收端借助该编码将其与其他信号区分开来。CDMA曾用于cdmaOne等2G系统，以及CDMA2000和UMTS等3G系统。随4G LTE引入的正交频分多址（OFDMA）将信道划分为许多紧密排列的子载波，并把子载波分组分配给不同用户。其正交性源于一种基于傅里叶变换的信号处理运算。较新的5G系统同样采用基于OFDM的接入方式，并支持灵活的子载波间隔。

核心网功能

无线接入网只负责手机与基站之间的信号传输，其余工作由核心网完成。核心网的核心部件是移动交换中心，负责路由呼叫。在早期设计中，一台交换机可能服务约10万名用户，并同时处理数千路通话。用户记录保存在归属位置寄存器中，访问位置寄存器则记录当前位于其服务区内的用户。鉴权中心持有一把秘密密钥，该密钥同时存储在SIM卡中。手机附着网络时，网络发送一个随机挑战值，SIM卡利用其中的密钥计算出响应，网络再对响应进行校验，因此密钥本身永远不会穿过空中接口传输。随后，网关将通话接入公共交换电话网络，并将数据会话接入互联网。LTE中，全IP分组核心网取代了电路交换设计；5G则引入了基于服务的核心网架构。

硬件组件

基带与射频链路

蜂窝通信依赖由专用芯片组成的链路。基带处理器负责基带信号的数字处理以及对无线电硬件的控制，还可以切换前端模块内部的开关，选择工作模式。基带处理器包含处理器或其他处理单元，用于对基带信号进行数字信号处理、执行移动无线设备所需的各项流程，并控制相应单元。数字处理环节与天线之间是收发器，其发射通路包含功率放大器，接收通路则依靠低噪声放大器和振荡器。射频收发器200包含设有功率放大器等组件的发射电路、设有低噪声放大器的接收电路，以及振荡器等，用于执行高频信号的发射和接收处理。

前端模块最靠近天线，负责净化信号通路。其中的滤波器和双工器将所需信号与干扰分离，低噪声放大器则在极其微弱的接收信号进入基带处理环节之前将其放大。双工器和滤波器用于隔离所需信号与干扰。集成化也改变了这一环节的成本结构：前端模块（FEM）不再使用大量分立元件，而是将其封装成尺寸小得多、效率更高的组件。

拆机时对芯片的识别，展示了这些功能如何分配到不同芯片上。对iPhone XS Max的分析发现了一款英特尔调制解调器，英特尔将其称为第五代LTE调制解调器，采用14纳米工艺制造。在该设计中，调制解调器与收发器是两个独立部件；此后，许多厂商已将这类分立设计整合为集成度更高的封装。

天线与多频段支持

手机必须在多个频段上进行发射和接收，这些频段大致分为低频段、中频段和高频段。无线设备110可在698至960兆赫兹（MHz）的低频段、1475至2170 MHz的中频段，以及／或者2300至2690 MHz和3400至3800 MHz的高频段工作。此外，载波聚合通过组合多个载波来提高吞吐量，这些载波通常位于不同频段。载波聚合（CA）将两个或更多LTE载波组合起来，提供更大的带宽和更高的数据速率，所用载波往往分属不同频段。由于手机中的天线总数有限，这通常意味着单根天线必须同时在两个频段上通信。

手机内部空间狭小，因此天线设计始终需要权衡取舍。要利用载波聚合（CA）、4×4 MIMO、Wi-Fi MIMO和新的宽带5G频段实现更高的数据速率，就需要更多天线，使智能手机中的天线数量从4至6根增加到8根或更多。阻抗调谐器、孔径调谐器等天线调谐器，可使单个辐射单元在较宽的频率范围内高效工作。宽带工作需求也与机身设计存在冲突：一份工程技术披露指出，使用传统天线设计覆盖所需频段，通常需要较大的空间，这与设备的工业设计要求直接冲突。

片上系统集成

应用处理器通常采用片上系统（SoC），将多种功能集成在同一块裸片上。这类SoC将CPU（中央处理器）、GPU（图形处理器）、NPU（神经网络处理器）、ISP（图像信号处理器）等各种功能单元，以及通信基带和存储功能，整合到单个芯片中，构成完整的系统。集成化缩短了信号传输距离，也减少了采用分立芯片时所需的电路板面积和功耗预算。制造工艺的节点尺寸也随之缩小；例如，Apple A17 Pro是一款基于ARM架构的64位SoC，采用3纳米工艺制造。

内存通常封装在靠近处理器的位置，而不是单独放置在电路板上。平板电脑往往采用不同的方式，但智能手机的APU通常采用一种特殊的封装结构，允许在其顶部叠装动态随机存取存储器（DRAM）封装。这项技术被形象地称为封装堆叠（PoP）。一些厂商则选择系统级封装这一替代方案，将多个独立裸片堆叠在同一模块中；如今的设计也经常结合使用这两种方式。

外壳、SIM卡槽与外围部件

外壳的形态取决于屏幕尺寸、重量和工业设计，可采用玻璃、铝或塑料制造。金属边框常兼作天线单元，嵌入其中的塑料将其分隔成若干段。SIM卡托通常位于机身的一侧，用于容纳可拆卸的micro-SIM卡或nano-SIM卡，需用小型取卡针弹出；许多较新的机型则仅使用eSIM。麦克风位于机身底边，顶部或背面附近还设有辅助麦克风，用于通话降噪。听筒位于正面顶部，扬声器则位于底部充电接口旁。主接口过去曾采用30针底座接口或Lightning接口，如今通常为USB-C，同时承担有线数据传输和充电功能，与扬声器和麦克风开孔一起位于机身底边。

电池与电源管理

手机的能量来自一块密封的可充电电池，目前几乎所有手机都使用锂离子电芯。主要原因在于能量密度。锂的化学活性很高，其化学键能够储存大量能量。按单位质量计算，常见电芯可储存约150瓦时每千克的能量，最好的电芯可达约330 Wh/kg，而铅酸电池约为75 Wh/kg。锂的原子量和原子半径都很小，因此单位质量能够提供较高的电压并储存更多电荷。与此前的镍基电池相比，锂离子电芯毒性更低，自放电缓慢，并且不存在镍镉电池那种会侵蚀容量的记忆效应。化学体系本身也需要权衡：索尼于1991年首次推出的钴基电芯因能量密度高，至今仍在手机中广泛使用；而锰基和磷酸盐体系热稳定性更好，能更好地承受大电流负载，因此厂商需要在续航与安全裕度之间取得平衡。

充电是逆转电池放电时发生的电化学反应。有线充电时，手机与充电器通过USB接口协商电压和电流。无线充电则借助电磁感应，将能量从充电板中的线圈传递到手机中的线圈，最常见的是遵循Qi标准。由于这种耦合过程中有部分能量以热的形式损失，无线充电通常比有线充电慢，且会使手机发热更明显。

充电速度与电池寿命相互制约。采用激进的电流曲线可以轻松缩短充电时间，但也可能导致严重的电池劣化，例如固体电解质界面膜（SEI）增长和锂金属析出沉积。热量是第二个压力来源：快速充电时温度升高，被广泛认为会缩短电池寿命。充电习惯同样重要：过夜充电会使电芯长时间处于高电量状态，从而加速老化；有研究提出一种方案，让手机在用户快要拔掉充电器前才开始充满电。厂商则通过热降频和自适应充电来应对，即在电芯升温或接近充满时降低充电电流。

由于设备尺寸和重量受限，电池容量受到严格约束，因此能效是手机设计的核心。动态电压频率调节是最重要的手段之一。一项对智能手机的测量研究发现，动态电压频率调节（DVFS）可以显著降低CPU的功耗。更广义的频率调节是指根据某一时刻正在运行的进程来调整处理器的频率。其他方法还包括关闭空闲组件的电源状态，以及低功耗空闲模式。蜂窝射频模块同样会在没有数据预期时，于寻呼时机之间关闭接收电路。显示屏是主要的耗电部件。在一款实测设备中，显示子系统仍占总功耗的至少38%，在背光亮度最高时可达68%。Android的省电模式综合运用了这些方法，包括限制后台活动、降低处理器速度、调暗屏幕，并关闭某些非必要功能。

电池容量会随手机使用时间而下降，且这种损失无法逆转。锂离子电池的容量损失是不可逆的，只能通过控制温度、管理荷电状态（SoC）以及避免超高功率循环来减缓进一步劣化。老化程度取决于充电循环次数、电芯处于高电量状态的时长以及温度。手机显示的电池健康度百分比通常反映剩余容量，但无法体现内阻增加的情况，而内阻增加正是意外关机和降频的真正原因。因此，即使显示的容量看起来正常，用户也可能遇到手机意外关机的情况。厂商的典型规格通常标称，经过数百次完整充电循环后仍保留约80%的原始容量，但实际结果会因使用习惯和气候条件而有所不同。

显示屏与输入界面

显示技术

大多数手机屏幕采用两种面板技术之一。在液晶显示器（LCD）中，背光源位于面板后方，晶体分子在施加电压后会重新排列，从而控制每个像素透过多少光线。LCD依靠液晶来控制穿过像素矩阵的光线。液晶本身并不发光，而是通过响应电流改变排列方向来调制背光源发出的光。背光源最初采用冷阴极荧光灯（CCFL），后来被LED背光取代，亮度有所提升。由于背光始终亮着，总会有一部分光线漏出，导致黑色呈现灰色。

有机发光二极管（OLED）面板完全去掉了背光源。其有机层自身发光，因此屏幕可以做得更薄、更柔韧。关闭某个像素即可得到纯正的黑色，像素完全熄灭，对比度远高于LCD。功耗也随屏幕内容变化，因此OLED屏幕显示较暗的图像时耗电更少。大多数现代手机采用AMOLED，其中每个像素都由薄膜晶体管（TFT）有源矩阵背板单独控制。OLED的缺点包括有机发光体老化不均匀，以及静态图像可能造成烧屏，这些问题在业界实践中已有充分记录，但本文所依据的资料并未涵盖。

像素密度通常以每英寸像素数（PPI）表示。制造高PPI OLED屏幕的关键在于用于蒸镀材料的精细金属掩模，以及像素和子像素在掩模上的排列方式。为避免生产公差的影响，掩模开孔之间必须留出一定间距，这是提高像素密度困难的原因之一。至于LCD面板，它可以包含数百万个可独立驱动的像素，每个像素都由嵌入屏幕中的导线网络单独供电。

触摸屏感应

电阻式触摸屏检测压力。电阻式触摸屏由两层中间隔有空气间隙的柔性薄片组成。触摸屏幕时，两层薄片接触，随后利用模数转换器（ADC）根据电压计算触摸位置。由于接触取决于施加的力而非电学特性，电阻式触摸屏可以识别手指（即使戴着手套）、触控笔、铅笔橡皮擦，或任何末端足够钝、不会损伤屏幕的物体所做的触摸。其成本低、户外适应性好，但这些优势被表面磨损这一缺点所抵消，而且通常不支持多点触控。

电容式触摸屏对皮肤的电学特性作出响应，在手机中占据主导地位。这类屏幕通常由玻璃加上一层透明导电层（如氧化铟锡，ITO）制成。大多数手机采用投射式电容，即由网格状电极检测电容的变化。由于只需轻触即可，这类屏幕最适合用手指操作，并且能够同时感应多个触点。电容式设计没有活动部件，因此使用寿命也更长。

多点触控是触摸输入能够在大多数设备上取代实体键盘的原因。捏合缩放、滑动等手势变得切实可行，2007年发布的初代iPhone就没有配备键盘。采用触控笔操作的个人数字助理（PDA）和早期智能手机使用的是电阻式屏幕，因此向电容式玻璃屏幕的转变，不仅是感应方式的改变，也是交互模式的改变。

替代输入方式

触控笔输入主要保留在小众和高端设备上。主动式电容触控笔自带电子元件，能够感应压力和倾斜角度，这是裸露的指尖无法做到的。语音输入依靠语音识别将口头指令转换为操作，当屏幕较小或用户双手被占用时尤其有用。

触觉反馈已经发生了很大变化。早期的触觉技术开发于20世纪70年代，利用偏心旋转质量块（ERM）产生振动。这种技术在早期手机和寻呼机中被广泛使用。线性谐振致动器（LRA）则使用一个连接在弹簧上的质量块，使其前后往复运动。LRA能够产生更强、更清晰的触觉效果，同时功耗更低。典型设计将压力传感器与致动器配合使用：力或压力传感器检测按压动作，线性谐振致动器随之振动，模拟机械按键按下时的手感。这使得实体按键变得可有可无；iPhone 7用触觉反馈取代了机械式Home键，该键被完全密封，不再移动。

实体键盘与其余设计选择

功能手机依赖数字键盘，常配有多击输入或T9等预测文本功能。即使触控在技术上已经可行，这些按键仍被沿用了很长时间。触控最终成为主流，但若干硬件元素得以保留：电源键和音量键、相机快门、部分设备上保留的少数按钮，以及听筒和扬声器网孔。一些面向商务人士的智能手机也保留了独立的实体键盘，因为其明显的按键行程有利于快速打字。

操作系统与软件平台

早期嵌入式与移动系统

在智能手机时代之前，手机软件通常是为某一家厂商的硬件专门开发的，多个私有系统相互竞争。Symbian于1998年正式成立，当时曾经的掌上电脑公司Psion以诺基亚、爱立信和摩托罗拉为股东，采用了Symbian这一名称。其首个版本发布于1999年，此后数年间主导了手机出货量。它的代码库难以开发，诺基亚称，一部典型的Symbian手机开发周期约为22个月，而Windows Phone则不到一年。诺基亚在2011年与微软结盟，加速了Symbian的衰落；2013年，诺基亚确认其最后一部Symbian手机已经出货。

BlackBerry OS以面向商务用户的安全消息和推送电子邮件而闻名。它较晚才采用触控输入，因此在iOS和Android出现后逐渐落后。Palm OS运行于Palm的掌上电脑和早期智能手机上，缺乏完善的多任务能力；惠普于2010年收购了Palm，其后继系统webOS也未能获得广泛采用。Windows Mobile大约始于2000年，是一款以触控笔操作为主的掌上电脑和手机平台，2010年被Windows Phone 7取代。微软后来于2019年终止了其移动产品线的积极开发与支持。综合来看，这些案例表明，应用生态和软件更新速度与技术设计同样重要。

Android 与 iOS

Android建立在Linux内核之上，其核心是以宽松许可证发布的Android开源项目（AOSP）。谷歌的专有服务，包括其应用商店以及地图、邮件等应用，则通过单独的协议授权给设备制造商。因此，制造商会修改界面并预装自己的软件，这导致硬件、更新时间和功能存在很大差异，观察者称之为"碎片化"。按设备数量计算，Android已成为主导平台：2026年年中的市场统计显示，它约占全球移动操作系统使用量的68%至70%，iOS约占30%。不同来源和不同月份的数据有所差异。在美国，iOS领先，多数估计中它占据多数份额；而在印度和拉丁美洲大部分地区，Android则强势得多。

iOS是专有的封闭式设计。苹果只为自家硬件开发它，这使处理器、软件和安全功能能够紧密集成，也使其更新计划由总部集中控制。因此，苹果生态的设备选择较少，但行为表现更为一致。行业估计一贯显示，iOS在消费者应用支出中的占比远高于其设备占比，这反映出其用户更高的购买力。

应用商店与开发者生态

大多数移动软件都通过平台运营的应用商店到达用户。苹果的App Store和谷歌Play会依据已公布的准则审核或筛选提交的应用，并控制哪些应用可以安装、更新和付费。通过这些商店销售数字商品和服务的开发者，历来需要向平台支付营收分成，通常为30%；小型开发者以及首年之后的订阅服务则可享受较低的比例。这些平台在分发和支付方面施加的控制，引起了竞争监管机构和法院的关注，尤其是在欧盟和美国，相关规则和诉讼推动了替代分发渠道和支付途径的出现。开发者依赖各平台提供的软件开发工具包和应用程序编程接口，由此形成的锁定效应与该生态系统的转换成本和网络效应密切相关。

软件更新周期与停止支持

Android安全更新按月发布。谷歌每月第一个星期一发布一份Android安全公告，制造商随后将补丁推送到设备上，有时会有延迟。谷歌自身的政策是，在每个Android API级别公开发布后约三年内，持续提供积极的安全补丁回溯。此后，制造商或第三方芯片和内核供应商必须自行维护补丁。不同厂商的支持时长差异很大：一些旗舰机型现在承诺提供五到七年的安全更新，而入门机型通常只能获得几年的更新。截至2026年10月，Android 13的安全支持已经结束，而Android 17刚刚发布。

苹果控制所有iPhone的更新周期，通常会为旧设备提供数年支持，但事先不公布固定的时间表。平台支持结束后，应用可能停止更新，开发者可能放弃兼容性，安全漏洞也将无法修补。Symbian、BlackBerry OS、Palm OS和Windows Mobile正是因此结束了商业生命，而这依然是决定一部手机能够保持安全和可用多久的核心实际制约因素。

早期的先驱与初代手机

摩托罗拉长期以来生产车载移动电话，这些设备体积大、重量重，而且耗电量很大，只有在汽车发动机运转时才能使用。因此，蜂窝网络出现之前的移动电话通信就意味着车载无线电设备。贝尔实验室的工程师研制了一套让移动用户能够从汽车上拨打和接听电话的系统，这促成了1946年6月17日在密苏里州圣路易斯正式开通移动电话服务。容量是最突出的制约因素。贝尔的移动系统在纽约市（一座近两千万人口的大都市）只能同时支持大约十几通通话。

蜂窝概念源自1947年的一份备忘录。道格拉斯·林（Douglas Ring）在贝尔实验室的备忘录中指出，六边形蜂窝布局的构想出自W·雷·杨（W. Rae Young），并对雷·杨的概念作了进一步阐述。该方案不再依赖覆盖范围约40公里的单一发射机，而是设想将小区缩小至1公里左右，每个小区内设置低功率发射机，并为每个小区分配信道。在不相邻的小区中重复使用相同信道，可以大幅提高容量。当时实现这一设想的工程技术尚不存在，所需频率也尚未分配。

二十年后，这一构想才变得切实可行。20世纪60年代末，理查德·弗伦基尔（Richard Frenkiel）和菲利普·波特（Philip Porter）发表的论文阐述了频率复用和切换，二者构成了现代蜂窝电话技术的基础。切换，即在小区之间转移正在进行的通话，其专利由埃莫斯·乔尔（Amos Joel）获得。该专利为美国专利第3,663,762号（1972年），公开了一种自动"呼叫切换"系统，使移动电话在一次通话过程中可以穿越多个小区区域。

第一通手持电话通话来自摩托罗拉而非贝尔。马丁·库珀（Martin Cooper）的团队制造了一台便携式原型机，1973年4月3日，库珀在曼哈顿步行时用它打电话给摩托罗拉最主要竞争对手贝尔实验室的研发总监乔尔·恩格尔（Joel Engel）。当时摩托罗拉公开表达的预期相当乐观。1973年4月，摩托罗拉宣布推出Dyna-Tac，并表示预计在三年内使其完全投入运行。实际上，直到1983年DynaTAC 8000x作为首款商用手持蜂窝电话上市，又过了整整十年。

商用化紧随美国模拟蜂窝标准之后推出。DynaTAC 8000X于1983年9月21日获得美国联邦通信委员会（FCC）的批准。各种资料对其上市日期的记载不一。一种说法以1983年3月6日为正式亮相日期，另一种则指出，1984年4月初开始大批量生产，此时产品才真正全面进入商业销售。通常认为首通商用通话发生在芝加哥：1983年10月13日，一位名叫鲍勃·巴尼特（Bob Barnett）的商人在美国打出了首通商用蜂窝电话通话。

最早的手机体积大、重量重、价格昂贵，而且电池续航很短。不同资料记载的尺寸与重量各异：一种说法称其高10英寸（250毫米），重2.5磅（1.1千克）；另一种则测得高约13英寸（含橡胶天线），重1.75磅。电力来自大型镍镉电池和笨重的电路。充满电大约需要10小时，而通话时间仅为30分钟。成本同样高昂：当时售价3995美元，相当于如今约12000美元。

从1G到5G的蜂窝网络世代

第一代（1G）

日本电报电话公司（NTT）于1979年在东京推出该服务，到1984年网络已覆盖全日本。其他资料对首次部署的时间说法不一：一种说法是1980年，另一种是1982年，因此起始年份取决于如何定义“推出”。第一代系统为模拟制式，仅用于语音通话。各地区采用了各自的设计。AMPS在北美广泛部署，NMT在北欧国家普及，TACS则服务于英国和欧洲部分地区。由于这些系统彼此不兼容，为某一系统设计的手机通常无法在另一系统中使用，这既限制了漫游，也限制了任何单一设备的市场。峰值速率仅约为2.4至9.6 kbit/s。摩托罗拉于1983年推出了首款商用手机DynaTAC。早期机型重约0.9千克，售价约4000美元，通话时间约半小时。到1980年代末，全球网络用户约有2000万。

第二代（2G）

第二代服务始于1991年，当时GSM在芬兰投入使用。GSM在1980年代被设计为统一的泛欧标准，后来成为应用最广泛的蜂窝标准之一。数字传输的采用使通话更难被截听，2G还引入了加密通话，因此无法轻易窃听他人对话。短信是另一项重要新增功能，SMS和MMS作为新的通信形式被引入。GSM还推广了可拆卸的SIM卡：GSM网络上的手机只需更换SIM卡，即可在另一台GSM设备上使用。数据速率限制在约64至144 kbit/s。约2000年推出的GPRS叠加层为GSM网络增加了分组交换数据功能，速率约为56至115 kbit/s。资料来源表格中将GPRS列为2000年推出的分组交换叠加层。

第三代（3G）

首个3G服务由日本NTT DoCoMo于2001年在日本推出，采用宽带CDMA（W-CDMA）标准。在欧洲及其他许多市场，主要的3G系统是UMTS。它提供约384 kbit/s的速率，并首次在移动设备上支持视频通话。CDMA2000是CDMA运营商（尤其是北美运营商）采用的并行3G路线。更高的吞吐量使手机成为互联网设备，在移动设备上浏览网页和播放流媒体音乐变得切实可行。数据漫游也成为可能，因为用户几乎可以在任何地方访问数据，这为国际漫游服务铺平了道路。

第四代（4G LTE）与第五代（5G）

商用LTE服务于2009年底在挪威开始提供。其吞吐量约为3G的十倍，足以支持高清视频流媒体和在线游戏。国际电信联盟无线电通信部门（ITU-R）最初将4G的最低速率定为12.5 Mbps，这一目标当时尚无法实现。ITU-R决定，只有当LTE相较3G有显著提升时，才可以将其称为4G。LTE还通过VoLTE使基于IP的语音通话切实可行。

5G由ITU的IMT-2020框架定义，该框架列出三类服务：增强型移动宽带、超可靠低时延通信，以及大规模机器类通信。

**增强型移动宽带（eMBB）**扩展了移动互联网接入的速度、容量和覆盖范围。IMT-2020的目标峰值数据速率为20 Gbit/s，要达到所需速率，依赖于24.25至86 GHz频率范围内的频谱。
**超可靠低时延通信（URLLC）**旨在实现低于1毫秒的端到端时延，以及高于99.999%的可靠性。作为对比，在表现最好的10%的情况下，实测4G时延为21至43毫秒。应用包括用于避免事故的车车通信和远程手术。
**大规模机器类通信（mMTC）**旨在连接海量设备，支持数百亿台连接设备，连接密度最高可达每平方千米20万台。这一类别是物联网的主要推动力。

3GPP分阶段制定了5G新空口标准：第一阶段（Release 15）于2018年完成，后续版本（Release 16）于2020年发布。2019年3月，韩国成为首个提供5G商用服务的国家，KT、LG Uplus和SK电信推出了该网络。

智能手机与功能机的过渡

1990年代的早期混合机型

在触摸屏成为标配之前，将电话功能与个人数字助理（PDA）功能结合的首批认真尝试出现在1990年代中期。IBM设计的一个改进版本于1994年由BellSouth以Simon Personal Communicator的名称推向消费者市场。它配有触摸屏和触控笔，能够拨打和接听电话、收发传真和电子邮件，并提供通讯录、日历和记事本等应用。其机身笨重，电池续航时间短，销量不佳。1996年，诺基亚推出了9000 Communicator，这是一款配有全尺寸QWERTY键盘的翻盖式设备。它可能是第一款配有网页浏览器的智能手机，也肯定是第一款采用图形界面的此类设备。诺基亚并未将其作为智能手机推销，因为当时这一术语尚未普及。

随后，Palm和Handspring让这类混合设备变得更加实用。Treo集成了多项功能，例如在通话时查看日历、直接从联系人列表拨号以及收发电子邮件。以电子邮件为核心的黑莓（BlackBerry）设备是另一条产品线，其实体键盘在21世纪初推动了这一品类的发展。即便如此，像IBM Simon和诺基亚Communicator这样试图将PDA与手机合二为一的设备，仍然难以取得成功。

2007年的触屏发布与2008年的应用商店

2007年1月，苹果公布了iPhone，同年6月在美国开售。这款3.5英寸的初代产品用多点触控、Safari浏览器、可视化语音信箱和软键盘取代了大部分实体按键。发布时它不支持第三方软件。苹果于2007年10月宣布推出软件开发工具包，次年2月向开发者提供。App Store于2008年7月10日开业，即iPhone 3G开售的前一天。开业时有500款应用可供下载。开发者需支付标准的每年99美元费用，应用销售收入中开发者分得70%，苹果抽取其余30%。这种由单一平台方控制安装与支付的分发模式，成为此后智能手机生态系统的范本。

快速增长与功能机的衰落

触控界面和应用商店成熟之后，智能手机出货量迅速增长。一份市场份额汇总报告显示，该行业出货量从2009年的约1.75亿台增长到2025年的约12.6亿台，不过不同分析机构给出的数字有所出入。各地区的转变并不均衡。国际数据公司（IDC）一份涵盖2011年第二季度的报告显示，该地区功能机出货量同比下降29%，至2040万台；同期智能手机出货量增长49%，达到2180万台。这是智能手机在西欧首次卖出多于基础款手机的情况。

功能机并未立即消失。分析人士指出，廉价功能机的整体销量正在放缓，因为消费者使用手机的时间越来越长。厂商的应对之策是推出“智能功能机”，以较低价格提供有限的互联网和电子邮件访问能力以及触摸屏，这在印度和非洲等新兴市场尤为重要。

竞争格局的变化

2000年代末的领先品牌很快便被取代。诺基亚凭借其塞班（Symbian）平台主导手机市场，在2009年末一度占据全球智能手机出货量的约40%。其智能手机份额在2010年第一季度为40%，到2011年同期降至25%。2011年初，安卓在出货量上超过塞班；同一季度，苹果的强劲增长使iOS的市场份额从16%升至近19%。大力押注安卓的三星于2012年超越诺基亚，成为领先的智能手机厂商。

分析人士将诺基亚的衰落归因于其对触控界面和应用生态反应迟缓，2012年诺基亚的手机出货量中仅14%为智能手机，而三星这一比例为34%。黑莓的份额在同一时期也大幅崩塌。更广泛的教训在于，决定品牌存续的是操作系统及其应用生态的掌控力，而不仅仅是硬件；而拥有软件平台的新进入者，能够在几个产品周期内取代老牌手机制造商。

标准机构、频谱与监管

一部在一个国家购买的手机之所以能在另一个国家的网络上使用，是因为多个层级的机构就技术规范、可使用的无线电频率以及设备必须通过的测试达成了一致。联合国下属的专门机构国际电信联盟（ITU）通过国际移动通信（IMT）系列框架确定了顶层架构。3GPP 制定的 UMTS、LTE 和 5G NR 标准，分别与国际电联的 IMT-2000、IMT-Advanced 和 IMT-2020 框架保持一致。

国际电联的第六代框架出台较晚。建议书 ITU-R M.2160，即“IMT-2030框架”，由无线电通信全会（RA-23）在迪拜的会议上批准。它确定了6G的15项能力，其中9项沿用自5G。下一步是评估。候选无线电接口技术的提案将于2027年2月至2029年2月期间提交给国际电联。2026年2月，ITU-R第5D工作组就IMT-2030的最低技术性能要求达成一致，正式批准有望在其上级研究组于2026年12月召开会议时完成。国际电联计划于2030年前批准最终的6G技术标准。

蜂窝网络的大部分详细规范由第三代合作伙伴计划（3GPP）编写，该组织并不隶属于国际电联。3GPP 不是国际电联的一部分，但二者密切合作，以确保移动网络的全球互操作性与兼容性。该项目最初的目标是基于 GSM 标准家族，制定一份全球适用的第三代规范。其工作由技术规范组（TSG）组织开展，涵盖无线接入网、业务和核心网。规范与研究工作由成员公司在各工作组及技术规范组层面提出的提案推动。完成的成果以编号版本的形式发布。2018年完成的 Release 15 定义了5G。后续版本预计涵盖 Rel-18 至 Rel-20 的5G-Advanced，之后才开始制定6G规范。一旦某项3GPP规范完成，即可提交给国际电联，申请认定为国际标准。国际电联会审查3GPP的成果，并可能将其纳入其全球标准体系。

频谱是最稀缺的资源，其分配通过国际电联的条约程序进行。世界无线电通信大会（WRC）负责审议和修订《无线电规则》，这是一项规范无线电频谱和卫星轨道使用的国际条约。大会每三到四年召开一次。2023年在迪拜召开的大会确定了若干国家和地区可用于IMT的新频段：3300–3400 MHz、3600–3800 MHz、4800–4990 MHz 和 6425–7125 MHz。不过，各地的频谱协调仍不完整。大会将上部6 GHz频段确定用于欧洲、非洲及其他少数国家的IMT，但否决了将这一确定扩展至其他多个国家的提案，也否决了在2027年大会上重新审议该事项的提议。该条约也承认各国之间的差异，其相关考量指出，各主管部门可能会根据国情和具体情况，对IMT的频谱需求有所不同。下一届大会WRC-27的议程包括：在保护现有主要业务的前提下，研究4400–4800 MHz、7125–8400 MHz 和 14.8–15.35 GHz 频段中IMT的共用与兼容性问题。

在这些国际划定的频段内，各国监管机构决定谁可以使用哪些频率，通常通过颁发牌照实现。牌照常通过拍卖发放，拍卖结果决定网络运营商控制哪些频段，进而决定手机必须支持哪些频段。竞争主管部门和监管机构还会设定覆盖范围和牌照条件，这些条件会影响运营商的投资。

手机在销售前通常需要获得销售市场监管机构的批准。这一般要求提供证明，表明其无线电辐射符合适用限值，并满足所支持频段的无线电标准。依据3GPP定义的测试规范进行的一致性测试，通常用于证明设备能够与网络正常协作。运营商在其网络上支持某款设备之前，也可能要求其通过自身的认证。

GSM协会（GSMA）是移动网络运营商的行业协会。它不负责编写无线电标准，而是致力于运营层面的事务，包括互操作性指南，以及使用户能够在境外使用网络的漫游协议。因此，其工作主要具有商业和运营性质，与3GPP制定的技术规范形成互补。

移动数据服务与应用

短信是移动电话上最早被广泛使用的数据服务，其早期历史与 GSM 标准的制定密不可分。短信（SMS）概念最早于1984年在法德两国的 GSM 合作项目中提出，由 Friedhelm Hillebrand 和 Bernard Ghillebaert 发起。短信的160个字符上限源自当时短信的最大容量，此后数十年间一直塑造着这种通信格式。1992年12月3日，Sema Group Telecoms 的开发人员 Neil Papworth 从一台个人电脑向 Vodafone 同事的手机发出了第一条短信，内容是一句问候语。当时的手机没有键盘，因此这条短信是在电脑上编写的。短信的普及起步缓慢。1993年，诺基亚成为首家在其全部 GSM 产品线上支持用户发送短信的手机厂商。1995年，美国用户人均每月仅发送0.4条短信；跨网络互发短信直到1999年才实现。到2000年，美国人均每月短信量已升至35条。

资费结构影响了人们使用短信的方式。早期短信价格昂贵且数量受限，自1999年前后起，短信最初按条计费。运营商later改为套餐包含一定条数，再发展为无限短信套餐，使得每增加一条短信的成本几乎为零。2000年代初，多媒体信息服务（MMS）随之出现，可以传输图片、音频和视频。运营商对彩信收取较高费用，其使用量增长速度也慢于短信。在美国，彩信发送量从2009年的约570亿条增长到2012年的约740亿条。自2000年代后期起，通过移动数据网络运行的互联网即时通讯应用在日常聊天中基本取代了运营商计费的短信和彩信。这些应用通常按数据流量套餐使用，而非按条收费，并支持群聊、已读回执以及短信难以良好处理的多媒体内容。

移动网页与短信同步发展，迫使网站适应小尺寸屏幕和触控输入。早期网站通常使用独立的移动版网址，或采用动态服务方式，即同一网址根据设备返回不同的 HTML 内容。能够根据屏幕自动调整布局的响应式网页设计后来成为主流做法。这一转变在搜索领域十分明显。随着移动端使用量超过桌面端，谷歌将重点转向优先收录移动端内容，并于2016年11月首次宣布推行移动优先索引。各方对这一转变何时完成的说法并不一致：有一种说法认为截至2023年5月已经完成，而据其他方面引述的谷歌官方时间表，全面迁移则是在2024年7月完成。如今，全球超过64%的网页流量来自移动设备，移动优先设计已成为网络服务的基本要求。

移动支付是影响最为深远的数据应用之一，在银行网点稀少的地区尤其如此。在肯尼亚推出的 M-Pesa 是最为人所知的例子。M-Pesa 于2007年3月6日由 Vodafone 与 Safaricom 共同推出，其设计目标是服务于正规银行体系之外的人群。客户无需银行账户，只需在 Safaricom 登记注册 M-PESA 账户即可使用。用户可在 Safaricom 代理商处将现金兑换为电子货币，然后通过受 PIN 码保护的短信发送余额。该服务依托由话费充值商和零售网点等组成的代理网络运作，因此属于一种无网点银行服务。在该服务推出之前，肯尼亚成年人中拥有银行账户的不到20%，而超过半数的人拥有或可以使用手机。到2010年，该服务已成为发展中国家最成功的手机金融服务。但其影响存在局限。对 M-Pesa 的研究发现，每日或每周使用的用户通常更为富裕、受教育程度更高且居住在城市，而且许多用户只是偶尔使用。在其他市场复制该模式的尝试效果不一，分析人士将差距归因于社会规范和当地环境。

基于位置的服务利用设备的位置信息提供地图、导航、附近搜索、网约车和地理围栏提醒等功能。这些服务结合卫星接收信号、蜂窝信号数据和 Wi-Fi 网络，即使在室内和高楼密集的城区也能提供可用的定位结果。由于这些服务会持续记录用户的行踪，它们引发了关于运营商和应用如何存储、共享和变现这些数据的隐私问题，相关内容见安全与数据保护部分。

传感器、摄像头与定位

摄像头与计算摄影

手机摄像头受限于其体积。现代智能手机的图像传感器尺寸约为5×4毫米，而许多单反相机仍使用全画幅36×24毫米的传感器。由于到达传感器的光线较少，手机传感器生成的图像明显比单反传感器拍摄的图像噪点更多。制造商的应对方式是采用多颗定焦镜头，而不是单颗可变焦镜头，使每颗镜头承担不同用途（主摄、长焦、广角等）。传感器通常为互补金属氧化物半导体器件，为提高感光能力，其像素常被合并。例如，一颗6400万像素的传感器默认可能输出1600万像素的图像，因为它采用了四像素合并（quad-pixel binning）。

旗舰机型的传感器尺寸一直在增大。2022年，小米12S Ultra成为首款被广泛认可、搭载完整1英寸索尼IMX989 5000万像素传感器的智能手机，推动了此类大尺寸传感器在旗舰机型中的普及。较大的传感器受限于设备厚度，有一款早期机型的摄像模组厚度达15.4毫米，这明显影响了握持手感。

很大一部分图像质量来自图像信号处理器（ISP），这是一种专用的信号处理单元。它接收传感器的原始数据，并进行降噪、色彩校正、锐化及其他调整。这种由软件驱动的方法被称为计算摄影，HDR合成、夜间模式和人像景深效果等功能都建立在它的基础之上。它借鉴了图像处理的方法，并且越来越多地依赖机器学习。

卫星定位

智能手机接收多个全球导航卫星系统的信号，这些系统统称为GNSS。其中Navstar GPS，简称GPS（全球定位系统），自1980年代起投入实际运行。俄罗斯的GLONASS系统现已完成现代化升级，性能与GPS相当。中国目前正在建设名为北斗的全球系统，欧盟也在加快推进伽利略（Galileo）系统的建设。同时接收多个星座信号的接收机能看到更多卫星。加入伽利略之后，GPS/伽利略组合接收机可见的导航卫星数量基本翻倍，GPS/GLONASS/伽利略组合接收机则增至三倍，从而提高了密集城区的可用性和定位精度。

手机还采用辅助定位。A-GNSS的工作原理是通过无线电网络向设备提供所需数据，而不是依赖缓慢的卫星链路，相当于为接收机"预热"，以便更快地完成定位。这缩短了首次定位时间（TTFF），该技术是与蜂窝手机密切配合开发的。如今，智能手机中的所有GNSS接收机都是A-GNSS接收机，即在本质上将GNSS与地面系统结合为一种定位技术。

运动与环境传感器

当前大多数手机都配备了一组小型传感器。几乎所有机型都包括加速度计、陀螺仪、磁力计、麦克风、摄像头、环境光传感器、接近传感器、触摸屏和GPS；气压计、激光雷达（LiDAR）和指纹识别器则只在部分设备上配备。大多数运动传感器是MEMS器件，即在硅芯片上制造的机械结构。加速度计可以检测三个轴向上的变化，支持屏幕自动旋转和计步功能。陀螺仪则测量设备旋转的速度。加速度计可以修正这种漂移问题，并提供有关设备运动的信息。两者结合可以测得真实加速度。

磁力计提供航向信息。其三个基于MEMS的磁场传感器彼此垂直固定，用于[找出]磁北方向。将其读数与加速度计和陀螺仪的数据融合，即可得到设备的方位，导航和增强现实应用正是借此追踪方向的。接近传感器通常基于红外线工作。它通过关闭LCD背光来降低显示功耗，并在通话时手机贴近面部时禁用触摸屏，以避免误触。

生物识别认证

手机还通过生物特征来验证用户身份。指纹识别器曾只见于部分机型，现在已经很普遍；人脸识别则依赖深度感应摄像头，而非普通照片。此类系统通常投射红外图案以构建面部的三维图，因此更难被照片欺骗。生物识别数据通常存储并比对于设备内的安全元件中，而不会上传到服务器，这也是这些功能被广泛接受的原因之一。

健康、射频辐射暴露与产品安全

手机发射和接收的射频电磁场位于电磁频谱的非电离一端。在这些频率下，每个光子携带的能量太低，不足以将原子中的电子移除，因此主要的生物学担忧是组织受热，而不是电离辐射直接造成的分子损伤。监管机构用比吸收率（SAR，单位为瓦每千克）来量化这种能量有多少被人体吸收。智能手机包装盒上或手机法律信息菜单中标示的SAR数值，是该设备对应的最高值。由于测试是在最大辐射条件下进行的，它反映的是最坏情况，而非典型使用情况。

暴露限值与合规

目前主要有两套体系。国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）自1998年起建议限值为2 W/kg，对于手机及其他手持设备，SAR限值为对吸收信号最多的10克组织取平均后不超过2 W/kg。美国联邦通信委员会（FCC）则规定，在包含1克组织质量的体积上取平均，数值不超过1.6 W/kg。由于结果在很大程度上取决于平均体积，若不知道所用的平均体积，就无法比较不同测量结果。ICNIRP于2020年发布了新的射频指南，但SAR限值本身保持不变。制造商在销售前必须证明产品合规，测量遵循标准化程序，其中一项欧洲标准涵盖通话时贴近头部使用的情况，另一项涵盖佩戴在身上的手机。

国际癌症研究机构的分类

2011年5月，来自14个国家的31名科学家组成的工作组在法国里昂的国际癌症研究机构开会，评估射频电磁场暴露可能存在的致癌危害。该工作组将这些射频场列为2B类，即"对人类可能致癌"，理由是无线电话使用与胶质瘤（一种恶性脑肿瘤）之间存在关联。在重度手机用户中，听神经瘤也被提及，但证据有限。该工作组的依据是人类和动物实验中致癌证据有限，而该分类并不能确立因果关系。证据并不一致：2010年发表的INTERPHONE研究发现，总体而言，曾经使用过手机的人患胶质瘤的风险似乎略低于从未使用过的人。完整专论后来作为《IARC专论》第102卷发表。

此后的综述并未平息争议。一项流行病学更新认为，国际癌症研究机构目前将射频辐射列为可能的人类致癌物（2B类）的做法应当提升为人类致癌物（1类），作者的依据是较新的证据。国际癌症研究机构随后的一个咨询小组建议，基于人类和动物研究的新证据，应优先重新评估射频电磁场的致癌性。调查还表明，"可能"一词常常被普通公众和专家都误解。

电池安全与热失控

电池危害是更为具体的安全问题。热失控是锂离子电池在受损或短路时内部可能发生的、无法控制的放热反应。这一连锁反应始于隔膜失效、电极相互接触，此后分解反应释放热量的速度超过了电池散热的速度。消费级电池的短路往往源于电池内部的微小金属颗粒，这些颗粒在制造过程中接触到电池的其他部分。过充、快速大电流充电以及机械损伤也可能引发这一过程。手机中常见的钴基电池，温度绝不应超过130°C；到达150°C时，电池会变得热不稳定，可能导致热失控，并喷出燃烧气体。消费级电池在获得认证前，通常需要通过UL 1642和IEC 62133等标准的测试。

召回事件与监管应对

大规模召回事件塑造了行业的做法。2016年，三星因电池过热召回了其Galaxy Note 7。关于召回规模，各方说法不一：一种说法是250万部，另一种说法是超过100万部Galaxy Note7智能手机。该公司的官方解释是"电池制造缺陷"，航空管理部门随即作出反应，美国联邦航空管理局（FAA）对携带锂离子电池登机作出了限制。更早的一个案例涉及笔记本电脑电池缺陷：约二十万分之一的故障率促使戴尔和苹果生产的笔记本电脑所用的近六百万块锂离子电池组被召回。最近，美国监管机构宣布召回超过40万个"电源包"，即便携式无线充电器，其锂离子电芯可能过热；美国联邦航空管理局also警告称，所有锂离子电池都有可能过热并发生热失控。

安全、隐私与合法监听

蜂窝网络的安全性一代比一代有所提升，但各代的防护水平从来不统一。第二代GSM只让手机对网络进行身份验证，而没有反向验证，因此手机几乎无法确认基站是否真实。在2G（GSM）乃至部分3G/4G实现中，认证都是单向的：基站验证你的手机，而你的手机并不验证基站。3G标准增加了双向认证，要求手机和网络双方都进行验证，从而降低了风险、增强了协议安全性，并消除了GSM中的伪基站攻击。即便如此，一些针对3G和LTE的复杂攻击仍可能将连接降级到非LTE网络服务，而这类服务并不要求双向认证。

这一弱点最典型的例子是IMSI捕获器，也称为Stingray或基站模拟器。IMSI捕获器伪装成基站，迫使一定半径范围内所有模拟网络运营商的手机接入。之所以奏效，是因为手机通常会优先选择信号最强的基站，而附近的伪造基站往往能提供更强的信号。设备还可以通过特殊的身份请求强制发送IMSI。此类攻击中常见的一步是将连接降级至2G。GSM所用的A5/1加密算法已于2009年被破解，而A5/0根本不提供任何加密，因此被迫切换到2G的手机会失去大部分防护。因此，防御者将无故回落到2G视为一种预警信号，在允许的设备上禁用2G也是一项普遍推荐的措施。

攻击也针对核心网络。七号信令系统（SS7）负责连接各运营商之间的网络，但它缺乏健全的认证和加密机制，因此容易遭到利用。攻击者一旦获得对这一信令层的访问权限，便可利用SS7设计上的缺陷实施数据窃取、窃听、短信拦截和位置追踪。由于位置可以从网络侧推断，基站信息便可用于三角定位用户位置，即使关闭GPS也能追踪用户的行踪。电子前沿基金会（EFF）认为，4G和5G虽然避开了SS7本身，但仍使用Diameter协议，而该协议存在许多与SS7相同的安全问题，例如位置追踪。常见的防御手段包括：实时检查信令消息并阻断恶意或异常请求的信令防火墙，以及对漫游连接进行合作方验证。

SIM卡互换则是另一类威胁，它针对的是电话号码而非无线链路。SIM卡互换诈骗是一种账户接管欺诈，通常利用双因素认证（2FA）和两步验证中的弱点，即第二重验证是发送到手机的短信或语音电话。诈骗者一般会说服运营商将受害者的号码转移到诈骗者控制的SIM卡上。号码转移完成后，受害者的手机可能会失去网络连接，而诈骗者则可能收到原本发给受害者的所有短信和语音来电，从而截获一次性密码。应对措施包括"端口冻结"，即允许用户选择禁止SIM卡复制请求；监管机构也在朝同一方向推进。美国联邦通信委员会已提议，运营商在将电话号码转移到新设备或新运营商之前，应先对客户进行身份验证。运营商还会监测异常信令，例如IMSI或ICCID值的突然变化，部分运营商在发生可疑号码转移后，会在一段时间内阻止向该号码发送一次性密码。

位置和使用数据还带来了一种超出攻击者范畴的隐私问题。运营商会记录设备使用了哪些基站以及使用的时间，应用程序也会收集其自身的位置、使用情况和标识符数据。这些记录是许多数据保护规则的基础，包括欧洲的《通用数据保护条例》（GDPR），也是各国关于数据留存与披露的立法的依据。运营商和平台必须在这些义务与商业用途、以及来自执法机构的请求之间取得平衡。

合法监听则增加了一个政策层面的问题。许多司法管辖区要求运营商内置能力，以便授权机构截取通话、消息及元数据，而这些系统的技术标准由标准化组织制定。核心争议在于：设备和消息服务上的强加密是否应当被削弱，或是否应当通过向调查人员开放访问权限来加以补充。2016年美国联邦调查局与苹果公司因一起恐怖主义案件中解锁iPhone一事产生争执，使这一问题进入公众视野，而围绕端到端加密的辩论至今仍在多个国家持续。主张开放访问的一方认为执法需要这一能力；安全研究人员则反驳称，任何内置的访问入口都可能被犯罪分子和敌对国家利用。因此，这一问题在各国政府、运营商以及网络安全界之间仍存在争议。

制造、供应链与全球市场

品牌与代工厂之间的分工

大多数主要手机品牌都将设计与生产分开。苹果公司掌握产品设计、软件和采购的主导权，但将实际组装外包给包括富士康、和硕和塔塔集团在内的代工厂网络。富士康的正式名称为鸿海精密工业股份有限公司，成立于1974年，总部位于台湾新北市土城区，以组装iPhone而闻名。其他品牌也采用类似模式：越南是三星智能手机组装的核心，谷歌Pixel旗舰机型也主要在越南组装。组装业务仍集中在亚洲，但其地理分布正在扩散。据彭博社（转引自一份咨询机构报告）称，苹果供应商在2024财年于印度生产的iPhone价值约140亿美元，约占全球iPhone产量的七分之一。

半导体与2020年代的芯片短缺

智能手机的处理器、存储器、无线电和摄像头芯片大多由专门的晶圆代工厂制造，而非由品牌商自行生产。例如，苹果的处理器来自台积电，这种供应关系一直是供应安全的重要保障。由于芯片通常针对特定设备定制，更换供应商并不容易，长期合同和认证流程又使情况更加复杂。

始于2020年代初的半导体短缺有多重相互交织的成因：汽车行业需求急剧增长、疫情相关的供应中断，以及新建晶圆产能所需的漫长周期。一些具体事件进一步加剧了紧张局势。2020年美国对中国中芯国际（SMIC）的限制促使订单转向台积电和三星；2021年台湾的干旱限制了芯片工厂使用的供水；2021年瑞萨电子（Renesas）一座工厂发生火灾，花了三个月才恢复到满负荷产能。Counterpoint Research估计，2021年智能手机产量下降约6%。苹果、三星等大公司受影响较小，而较小的品牌议价能力较弱，多家品牌推迟了新品发布、削减产量，或改用较旧的元器件。

原材料与加工

智能手机电池依赖锂离子电芯，其中使用锂、钴和镍；磁体、振动马达等部件则依赖稀土元素。钴的开采高度集中在刚果民主共和国，而锂、钴和稀土的精炼与加工则由中国主导。这种集中格局意味着，一项政策决定、一次出口限制或当地的一场中断，都可能影响远离采矿地的生产，因此各国政府和制造商越来越有兴趣实现采购来源多元化，并发展回收利用。

市场集中度与更换周期

全球出货量由少数几家厂商主导。据IDC的初步数据，2025年全球智能手机出货量约为12.6亿部，同比增长1.9%；三星紧随苹果之后位居第二，出货2.41亿部，市场份额为19.1%。两大巨头合计占据全球市场近40%。IDC数据还显示，在持续超过14年的时间里，苹果于2025年第四季度超越三星，成为全球头号智能手机厂商。不同机构的估计存在差异：例如，一家数据聚合机构将苹果2025年的总出货量估为2.406亿部，因此具体排名取决于统计机构的口径。

销量高度依赖换机周期。2022年初，消费者因担心价格可能上涨而急于购买；2025年，推动增长的很大一部分动力来自消费者转向折叠屏等高端机型。2026年的前景较为悲观。IDC的一份摘要报告称，2026年第二季度全球出货量同比下降7.4%，并且IDC预计，随着内存短缺推高平均售价，全年将出现大幅下滑。由于该数据来自IDC数据的二手摘要，应与原始发布内容核对。

环境影响、电子废弃物与维修

排放的来源

手机的大部分气候足迹产生于设备首次开机之前。已发表的手机和笔记本电脑生命周期评估（LCA）显示，制造环节约占全生命周期碳足迹的70%–90%，但不同研究采用的系统边界或宽或窄。苹果公司自己公布的数据显示，iPhone 13 的全生命周期总量约为64千克二氧化碳当量，其中81%产生于生产阶段，16%产生于使用阶段，其余部分来自运输和回收。生产排放的估算因方法而异。2023年一项关于通信设备的研究采用50千克二氧化碳当量作为智能手机的代表值。碳核算公司 Greenly 在2026年对多款旗舰机型进行的分析发现，生产、物流和报废处理约占智能手机生命周期足迹的80%–85%；其制造排放量从约43千克二氧化碳当量（Galaxy S25）到约74千克（Pixel 10）不等，数据由报告中的磅值换算而来。

由于手机的运行能耗很小，从计算上看有利于延长使用时间。一项分析指出，只有使用三到四年，使用阶段的排放占比才会超过生产阶段，而手机的平均使用时间约为两年。研究设备再利用的学者认为，要分摊移动设备的碳足迹，至少需要持续使用三年。

电子废弃物的产生与回收

联合国《2024年全球电子废弃物监测报告》称，全球产生了6200万公吨电子废弃物，较2010年增长82%。2022年产生的电子废弃物中，仅22.3%有记录显示被收集并回收。包括手机在内的小型IT和电信设备类别产生了50亿千克电子废弃物，其中仅22%有记录显示经过正规收集和回收。报告预测，到2030年，有记录的回收率可能降至仅20%。报告列举的主要原因包括：维修选择有限、产品生命周期缩短、设计缺陷以及电子废弃物管理基础设施不足。

问题的利害关系部分在于材料。手机含有金属和关键原材料，报告指出，世界对少数几个国家的稀土元素依赖程度“令人震惊”。政策覆盖并不均衡：只有46个国家设定了收集率目标，只有36个国家设定了回收率目标。同一报告估计，到2030年实现60%的收集和回收率，其收益将比成本高出380多亿美元。规模问题对手机尤为突出：欧洲新闻网（Euronews）引用的一项估计称，每年有超过1.5亿部智能手机被丢弃。

可维修性与维修权规则

欧盟已成为主要的监管试验场。根据其电池法规，在欧盟销售的手机必须设计成电池可以取出和更换，且不会损坏设备或电池本身。该义务自2027年2月起适用，用户必须能够使用市售工具完成更换，甚至无需任何工具。另有一套欧盟规则自2025年6月起已经生效，要求品牌方在多年内保持零部件供应，且不得阻止独立维修服务。

这些规则包含耐用设备的豁免条款。据一份摘要称，如果电池在1000次循环后仍保持80%的容量，且设备达到IP67防水等级，则可以保持密封状态，不过维修人员仍必须能够轻松更换电池。各方来源对这些门槛的说法并不完全一致。一篇文章描述了一项现行的耐久性标准，要求在800次完整充电循环后至少保持原始容量的80%。行业的反应也各不相同，一些制造商已经开始销售自助维修套件。

再利用、翻新与更换周期

设备更换是最核心的杠杆。一份2026年的行业分析得出结论：材料和制造效率的提升确有其效，但该行业的环境足迹仍与消费者更换手机的频率密切相关。因此，延长使用寿命可以降低每年的排放量，而维修、转售和翻新是实现这一结果的主要途径。学术研究也直接考察了再利用：一项研究发现，在其测试的各类设备中，用于计算的二手智能手机在减碳方面潜力最大。这些效应的强度取决于有多少翻新设备替代了新品销售，而非被额外购买；对此问题，本文所参考的资料只提供了有限的定量证据。

社会、文化与经济影响

手机重塑了日常交流的规范。简短、非同步的消息让人们形成了快速回复的预期；短信那种非正式的书面风格，连同其中的缩写、表情符号和emoji，迅速传播到各个语言社群中。许多这类惯例源自早期的字数限制和狭小的键盘，即便触屏取消了这些限制，它们仍然延续了下来。随时可被联系到的状态也模糊了工作、家庭与休闲之间的界限，进而改变了公共场所和会议中的礼仪。

经济方面，在发展中地区，手机最受研究关注的影响在于其在移动货币和市场准入中所起的作用。除了降低通信成本、改善信息获取之外，手机还是其他创新的赋能技术。在2014年对肯尼亚小农户家庭的一项固定样本追踪研究中，使用移动货币的家庭报告其年收入比未使用者高出约85%，他们也倾向于购买更多农业投入品，并出售更大比例的收成。移动货币使用者会使用更多购买来的农业投入品，销售更大比例的产出，利润也高于不使用该技术的人。另一项来自乌干达农村的固定样本研究则显示，采用该技术所关联的人均农业收入增幅约为13%。这些数字更多描述的是关联和选择效应，而非因果关系，因此研究者将其视为有启发性的证据，而非定论。关于更广泛福利影响的证据则较为复杂：一项针对乌干达北部农村推广移动货币代理网点的评估发现，这一扩张与贫困家庭中粮食安全程度低的比例下降有关。该推广使农村贫困家庭中粮食安全程度低的比例有所降低。

市场信息是另一条渠道，但其覆盖范围并不均衡。对津巴布韦、乌干达和印度尼西亚小农户的调查发现，农民在获取价格信息时仍然严重依赖商贩、朋友、亲戚和邻居，只有极少数人通过短信获得此类信息。乌干达和印度尼西亚通过短信获取信息的农民不足3%。同样的调查还发现，糟糕的市场基础设施和不公平的中间商对收入的制约，比信息本身更大，这表明手机拓宽了获取渠道，却并未消除结构性障碍。

与此同时，数字鸿沟仍与收入、地域和性别密切相关。国际电信联盟（ITU）2025年的估计显示，高收入国家94%的人口使用互联网，而低收入国家只有23%，不过手机的持有率远高于互联网使用率。大约五分之四的10岁以上人口拥有手机，这一比例在高收入国家达到95%，在低收入市场则降至56%。约五分之四的10岁以上人群拥有手机，但这在高收入国家更为普遍——那里10岁以上人口中有95%拥有手机——而低收入市场仅为56%。一旦考虑数据流量，差距会进一步拉大：如今高收入国家的典型用户产生的移动数据量，几乎是低收入国家用户的八倍。负担能力是缩小这些差距的主要障碍：尽管移动宽带数据的中位价格在下降，国际电联仍认为，约60%的中低收入国家的网络接入费用超出了用户的承受能力。农村居民的网络连接程度也远低于城市居民，而女性的互联网使用率落后于男性。

关于日常使用的研究越来越多地聚焦于注意力和屏幕时间，但相关发现更多是启发性的，而非结论性的。北卡罗来纳大学教堂山分校2026年的一项研究，在两周内逐小时追踪了初高中学生的手机使用情况。研究人员发现，更频繁查看手机的学生，其认知控制能力较差，而认知控制是学习和学业成功的关键技能。作者将这些结果解读为支持在上课时间限制智能手机使用。其他研究则指向睡眠问题：一项针对印度约1.6万名青少年和青年的横断面调查发现，前一天使用智能手机超过2小时的青少年和青年，报告睡眠问题的几率高于非使用者。并非所有研究结论都一致。一项针对6至10岁儿童的研究报告称，大量使用社交网站或网页浏览有时与更好的注意力表现相关，作者将这一结果描述为违反直觉。关于这些影响有多少源于设备本身，而非伴随重度使用而来的活动、社会环境或既有差异，公众的争论仍在继续。

未来发展方向

IMT-2030与6G时间表

国际电信联盟（ITU）已为第六代移动通信系统确立框架，称之为IMT-2030。其建议书ITU-R M.2160于2023年底在迪拜召开的无线电通信全会上获得批准。该建议书列出了六个使用场景和15项能力，其中九项是对5G已有能力的延伸，另外六项为全新能力。该框架建立在四项设计原则之上：可持续性、安全与韧性、连接未连接者，以及无处不在的智能。国际电信联盟还研究了92 GHz以上频段用于IMT部署在技术上是否可行，并发现在所考察的场景中是可行的。

接下来的步骤以数字为主。2026年2月，ITU-R第5D工作组就最低技术性能要求草案达成一致，其中包括候选技术必须满足的20项要求。正式批准预计在2026年12月ITU-R第5研究组会议上完成。国际电信联盟已邀请提交候选无线电接口技术方案，征集窗口为2027年2月至2029年2月。之后，独立评估小组将核实所宣称的性能，然后才会授予IMT-2030的认定。

3GPP的工作与此同步推进。Release 20是一个研究阶段，包含两条线：Rel-20_5GA用于完善面向近期网络的5G-Advanced，Rel-20_6G则开展6G早期研究。其6G工作涵盖用例与服务需求、AI、通感一体化、泛在连接以及无线场景。Release 21则是撰写6G规范正文的阶段。爱立信在2026年6月的总结中将Release 21周期定在2027年3月至2028年底之间。此前爱立信的估计是首批规范将在2028年底完成，但3GPP随后同意这些规范将于2029年初发布。商用部署一般预计在2030年前后。从5G向6G的迁移路径本身，也是已明确列出的需求之一。

非地面网络与直连手机卫星通信

下一代移动通信的一个核心目标，是让卫星成为移动网络的一部分。这一技术问题相当棘手。手机天线很小，发射功率约为200毫瓦，而低地球轨道卫星距离数百公里，并以约7.5 km/s的速度运动。在这些条件下建立无线链路，主要有两种途径：一种是使用未经改造的4G手机，另一种是遵循3GPP Release 17引入、专为新设备设计的非地面网络（NTN）标准。

商业服务已经开始出现。Skylo借助Release 17的NTN标准，在部分智能手机上提供卫星短信服务，在美国的部分Pixel和Galaxy机型上可以使用。星链直连手机（Starlink Direct-to-Cell）以卫星基站的形式，使用移动运营商的地面频谱，2024年起率先提供短信服务。AST SpaceMobile计划借助超大型卫星天线，向未经改造的手机提供宽带服务，这种天线是使链路预算成立所必需的。Iridium也宣布了计划中的5G非地面网络服务，面向消息和物联网设备。吞吐量、时延以及覆盖成本仍是制约因素，因此目前这些服务主要面向短信、紧急情况和基础数据业务。

可折叠与柔性显示屏

未来手机的外形也有望发生变化。可折叠手机采用铺设在薄聚合物基底上的柔性有机发光二极管面板，而非刚性玻璃，并配有可使屏幕折叠的铰链机构。主要的工程难题包括折痕处的耐久性、保护层的厚度、铰链周围的防尘能力，以及折痕线的可见度。设计上大致分为两类："书本式"设备像小册子一样展开，"翻盖式"设备则像粉饼盒一样对折。卷轴式和滑盖式的原型机也已展示。这些设计拓展了智能手机的触屏模式，因为屏幕可以改变大小，而不仅仅是改变位置。

端侧人工智能与大语言模型

机器学习正从云端转向手机本身。要在手机上运行大语言模型，需要片上系统中集成神经网络处理单元、足够的内存带宽，以及量化等能够缩减模型体积的压缩方法。功耗是一大制约，因为大量运算会迅速耗尽电池。因此，许多设计可能会拆分任务：文字建议、照片编辑等简单请求在本地运行，而较为复杂的查询则发送至云端。本地处理还能减少个人数据离开设备的数量，这也与更广泛的数据隐私问题相关。

网络侧也在朝类似的方向发展。国际电信联盟的"无处不在的智能"原则，以及3GPP Release 20中与AI相关的条目，都指向能够辅助无线资源管理和网络运行的模型。对手机的影响将取决于标准如何定义终端与网络之间的接口，以及运营商和制造商能否让这些功能在不同硬件上稳定可靠地运行。

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