Provavelmente, é só verificar o user-agent (enviado em todas as solicitações pelo navegador). Embora seja possível alterá-lo (e fingir ser um desktop), a maioria das pessoas realmente não faz isso.
A maioria dos servidores proxy (muito usados por provedores móveis) não são anônimos e expõem o endereço IP real do usuário através do cabeçalho HTTP X-Forwarded-For. Embora essas informações também possam ser forjadas, elas podem ter na lista de permissões servidores proxy conhecidos e escolheram confiar nelas. Eles também podem usar cookies, mas como limpar o histórico de navegação é muito fácil hoje em dia, não é mais uma opção.