對絕大多數人而言，最常見的無線通訊系統是手機／行動電話，這是一項在1980年代幾乎還不存在的技術，但現在被全球過半數人口使用。手機是本書討論的種種主題——硬體、軟體、通訊——的一個案例研究，伴隨著豐富的社會、經濟、政治及法律爭議。
第一個商用手機系統是AT&T於1980年代開發出來的，當時的手機很笨重，廣告中，使用者提著一個裝電池的小手提箱，站在有天線的一輛車旁邊。
為何手機的英文名稱是「cell phone」呢？因為頻譜及無線電範圍皆有限，一個地區被劃分為「細胞」（cells），像許多六邊形構成的蜂巢（參見＜圖表8-2＞），每個細胞有一個基地台（base station），基地台與電話系統的其他部分連結。手機通話時，接收及傳送訊號的是最靠近的基地台，當手機從一個細胞移動至另一個細胞時，正在通話中的訊號就從之前那個細胞中的基地台移交給現在這個細胞中的基地台處理，多數時候，使用者不知道他從一個基地台的轄區進入了另一個基地台的轄區。
由於接收功率的下滑與距離平方成反比，分配到的頻譜內的頻帶在非鄰近的細胞中可以重複使用，不會有明顯的干擾，這個洞察使得能夠有效地使用有限的頻譜。在＜圖表8-2＞中，細胞1中的基地台不會和細胞2至細胞7中的基地台共用頻率，但可以和細胞8至細胞19的基地台共用，因為那些細胞離得夠遠，可以避免相互干擾。這其中的細節取決於其他因素，例如天線型態；這圖示只是一個理想化概念。
細胞的大小不一，直徑從幾百公尺到幾十公里皆有，取決於流量、地形、障礙物等等。
手機是正規電話網路的一部分，但手機透過無線電波，經由基地台這橋梁，和這正規電話網路連結，而不是透過線路。手機的精髓是可移動性——能長距離移動，且經常是高速移動，可能在完全未示警之下，出現於一個新地點，例如長途飛行到目的地後，再度開機不會有任何異樣。
手機共用一個狹窄的無線電頻譜，傳輸資訊的容量有限。由於手機使用電池，它們必須以低無線電功率運作，而且，根據規則，他們的傳輸功率受限，以避免相互干擾。電池愈大，需要充電的間隔時間愈長，但手機也會因此愈大且愈重，這是設計師必須做出的另一個權衡。
手機系統在世界不同地區使用不同的頻帶，但通常介於900 MHz和1900 MHz之間，較新的手機（例如5G手機）也使用較高的頻率。每一個頻帶被區分成多頻道，一個交談使用一方向一個頻道，所有手機在一細胞內共用訊號頻道，這些訊號頻道也用於簡訊及一些系統的資料傳輸。
每一支手機有一個獨特的15位數字識別號碼，此稱為這支手機的「國際行動裝置識別碼」（International Mobile Equipment Identity，IMEI），類似於一個以太網路位址。當一支手機開啟時，它會廣播它的識別號碼，距離最近的基地台聽到這廣播，向電話網路總部系統驗證。當一支手機移動時，基地台會持續更新它的所在位置，報告給電話網路總部系統；當有人打電話給這支手機時，總部系統知道哪個基地台目前和這支手機聯繫。
手機和訊號最強的基地台通訊，手機持續調節其功率，在它最接近基地台時，使用較低的功率，這可以讓它的電池省電，並且降低對其他手機的干擾。手機若只是處於和基地台保持聯繫狀態的話，使用的功率遠少於通話時的耗功，這是待機時間用天數來衡量、而通話時間以時數來衡量的原因。但是，若手機身處一個低訊號或無訊號地區，它用掉電池的速度就更快，因為它一直在徒勞無功地尋找基地台。
所有手機都使用資料壓縮技術去把訊號壓縮至盡可能更少的位元，然後加入糾錯碼（error correction code），以應付無可避免地把資料傳送到一個嘈雜的無線電頻道裡而遭遇干擾的錯誤情況。我們稍後會再回頭討論這個。
行動電話引發不少政治與社會爭議。頻譜分配顯然是其中之一；在美國，政府限制分配到的頻率的使用，每個頻帶至多只能有兩家公司，這麼一來，頻譜就成為珍貴資源。斯普林特（Sprint）與美國T-Mobile這兩家電信公司於2020年合併，背後動因之一是為了把它們有點分散的頻譜合併起來，以做出更佳使用。
基地塔設立地是另一個潛在衝突源。手機基地塔可不是最富美感的戶外構造物，例如，＜圖表8-3＞是一棵「科學怪松」（Frankenpine）——一座基地塔被偽裝成一棵松樹，卻偽裝得很醜。許多社區不想要這種基地塔設在它們的地盤上，雖然，它們當然想要高品質的電話服務。
手機通訊很容易成為一種被統稱為「刺魟」（stingray，取名自一種名為「StingRay」的商業產品）的設備攻擊的目標，這種設備模仿基地台，使得附近手機與這器材通訊，而不是和真實的基地台通訊（譯註：為了避免與真正的魚類「刺魟」混淆，下文一律把這種器材直接譯為「偽基地台」）。這種偽基地台可被用於被動監測或主動地和手機往來（一種「中間人攻擊」），手機的設計本來就是要與訊號最強的基地台通訊，因此，在一個小區域內，只要一個偽基地台的訊號強過任何附近真實基地台的訊號，它就能成功地遂行攻擊。
美國顯然有愈來愈多地方執法機構使用這種偽基地台器材來蒐集情資或辦案資訊，但對此保密或至少保持低調。它們使用這種器材來收集有關於潛在犯罪活動的資訊，是否合法，目前仍存在爭議，尚不完全明朗。
在社會方面，手機徹底改變了生活的許多層面。我們用智慧型手機打電話的程度少於使用它們的其他功能，手機已經成為連結網際網路的首要形式，因為它們提供瀏覽網頁、收發電子郵件、線上購物、娛樂及社交網路等等功能，只不過螢幕較小罷了。事實上，筆記型電腦和手機之間已經有一些趨同現象，因為後者在保持高度攜帶便利性的同時，也變得更強大。手機也取代了其他設備的功能，從手錶及通訊錄本子，到相機、GPS導航器、健身追蹤記錄儀、錄音器材、音樂及電影播放器等等。
把電影下載到手機上，需要大量頻寬，隨著手機使用的擴增，現有頻寬容量只會愈來愈吃緊。在美國，電信商對它們的資費方案中的數據用量訂定計量／計時收費及頻寬上限（bandwidth caps，超限後網路減速），明顯是意圖限制那些經常下載整部電影的頻寬貪用者，但就算是流量少的時候，這些頻寬上限也仍然適用。
你也可以使用手機作為一個「熱點」（hotspot），讓你的電腦透過手機的蜂巢式連結來連通網際網路，這有時被稱為「網路共享」（tethering）。電信商有可能對此施加限制及多收費，因為熱點也可能使用大量頻寬。
作者介紹｜布萊恩．柯尼罕
加拿大籍世界頂尖電腦科學家，普林斯頓大學電腦科學系教授，曾服務於貝爾實驗室，參與UNIX系統的早期開發，UNIX這個名稱也是他首先提出的。柯尼罕也是數學程式語言AMPL以及編程及資料操作語言AWK的共同創造者，他和C程式語言創造者丹尼斯．里奇（Dennis MacAlistair Ritchie）合著了第一本有關於C程式語言的著作《C程式設計語言》（The C Programming Language），也協助開發過許多程式語言及軟體工具。
柯尼罕擁有多倫多大學工程物理學學士學位，以及普林斯頓大學電機工程博士學位，並從2000年任教該校電腦科學系暨大學部系主任至今，他每年秋季為非電腦科學主修學生開設的「我們的世界裡的電腦」（Computers in Our World）課程被譽為普林斯頓大學最熱門的電腦與數位世界入門課。因為對電腦軟體及程式語言的卓著貢獻，他在2002年獲選為美國國家工程學院（National Academy of Engineering）院士，2019年獲選為美國人文與科學學院（American Academy of Arts and Sciences）院士。
本文經授權轉載自商業周刊《普林斯頓最熱門的電腦通識課：數位時代人人必懂的資訊基礎 × 最新應用》
責任編輯／郭家宏
