ما هي مكونات الهاتف المحمول

تصميم الهاتف المحمول يمثل تحدياً خاصاً، بحيث إنّ الهاتف يحتاج إلى توفير مستويات عاليةً من الأداء مع القدرة على التناسق مع مساحة صغيرة جداً، بالإضافة إلى أنّ داراته الإلكترونية تحتاج إلى استهلاك القليل جداً من الطاقة بحيث يمكن الحفاظ على العمر بين الشحنات.

تحتوي الهواتف المحمولة على كمية كبيرة من الدوائر وكل منها يتم إنتاجه بطريقة مميزة لتحسين أدائه، كما يتألف الهاتف المحمول من الإلكترونيات التماثلية بالإضافة إلى الدوائر الرقمية التي تتراوح من المعالجات إلى أجهزة العرض وإلكترونيات لوحة المفاتيح، بحيث يتكون الهاتف المحمول عادةً من لوحة واحدة ولكن يوجد بداخلها عدد من المجالات الوظيفية المميزة، ولكنّها مصممة للتكامل لتصبح هاتفاً محمولاً كاملاً:

1. تردد الراديو أي المتلقي والمرسل – Radio frequency receiver and transmitter:

يُعتبر جزء التردد اللاسلكي للهاتف المحمول أحد المجالات المهمة في تصميم الهاتف المحمول، حيث تحتوي هذه المنطقة من الهاتف المحمول على جميع دوائر الإرسال والاستقبال، وعادةً ما تستخدم تقنيات التحويل المباشر بشكل عام في تصميم مستقبل الهاتف المحمول.

كما يتم تطبيق ناتج الإشارة من جهاز الاستقبال على ما يسمى بمزيل معدل الذكاء، بحيث يتم تطبيق البيانات في شكل مكونات (In-phase) و(Quadrature) على مزيل تشكيل معدل الذكاء (IQ) والبيانات الخام المستخرجة للمعالجة الإضافية بواسطة الهاتف.

أمّا على جانب الإرسال، يتمثل مزيل معدل الذكاء بأنّه أحد العناصر الأساسية لتصميم الدائرة في الحفاظ على استهلاك البطارية عند الحد الأدنى، أمّا بالنسبة إلى (GSM) لا يمثل هذا مشكلة كبيرة، بحيث أنّ التعديل المستخدم هو (Gaussian Minimum Shift Keying)، ولا يصم هذا النوع من الإشارات على اختلافات في الاتساع وبالتالي لا يحتاج إلى مكبرات صوت خطية، وهذه ميزة واضحة لأنّ مضخمات التردد اللاسلكي غير الخطية أكثر كفاءة من مضخمات التردد اللاسلكي الخطية.

كما تضم (EDGE) مفتاح إزاحة طور ثماني نقاط (8PSK) كما يحتاج إلى مكبر صوت (RF) خطي، ونظراً لأنّ المضخمات الخطية تستهلك تياراً أكبر بكثير فهذا عيب واضح، وللتغلب على هذه المشكلة يتم تنظيم تصميم الهاتف المحمول بحيث يتم إضافة معلومات المرحلة إلى الإشارة في مرحلة مبكرة من سلسلة الإرسال، ويتم إضافة معلومات السعة في مكبر الصوت النهائي.

2. معالجة الإشارة الرقمية – Digital signal processing:

تكون مكونات (DSP) لتصميم الهاتف المحمول مسؤولة عن جميع عمليات معالجة الإشارات، بحيث تقوم هذه الدائرة بعمليات؛ مثل ترشيح الترددات الراديوية وتكييف الإشارة عند الترددات المنخفضة، بالإضافة إلى ذلك يتم إجراء تسوية وتصحيح لتأثيرات تعدد المسارات في هذا المجال من التصميم، وعلى الرغم من أنّ هذه المعالجات عادةً ما تكون محتاجة حالياً إلى الإشارات، إلّا أنّ المعالجات الحالية تمكن من إجراء معالجة الإشارة بطريقة أكثر فاعلية للطاقة بكثير ممّا لو تم استخدام الدوائر التماثلية.

3. التماثلية أو التحويل الرقمي – Analogue or digital conversion:

في أي تصميم للهاتف المحمول تُعد الدوائر التي تحول الإشارات بين الأشكال التماثلية والرقمية المستخدمة في مناطق مختلفة مهمة جداً، حيث تُستخدم أقسام التردد الراديوي في التصميم تقنيات تماثلية، في حين أنّ المعالجة كلها رقمية.

تتيح دائرة التحويل الرقمي أو التماثلية تحويل الصوت إمّا من تنسيق تماثلي أو رقمي إلى تنسيق رقمي لمسار الإرسال، ولكن أيضاً بين رقمي وتماثلي لمسار الاستقبال، كما يوفر وظائف مثل توفير الفولتية التماثلية لتوجيه (VCO) في المركب بالإضافة إلى مراقبة جهد البطارية خاصةً أثناء الشحن، كما يوفر إمكانية تحويل الإشارات الصوتية من وإلى الميكروفون وسماعة الأذن بحيث يمكن أن تتفاعل مع وظائف معالجة الإشارات الرقمية.

يوجد عدد من أنظمة الترميز التي يمكن استخدامها، وكلها تُعد مدعومة بواسطة المحطات الأساسية، وأول واحد تم استخدامه في (GSM) كان يُعرف باسم ترميز التنبؤ الخطي أو إثارة النبض المنتظم (LPC-RPE)، كما يتم الآن استخدام مخطط آخر يُعرف باسم معدل متعدد التكيف (AMR) على نطاق لأنّه يمكّن من خفض معدل البيانات بشكل أكبر عندما تسمح الظروف دون الإضرار بجودة الكلام كثيراً، ومن خلال تقليل معدل بيانات الكلام يتم تحرير المزيد من السعة على الشبكة.

4. معالج التحكم – Control processor:

معالج التحكم (Control processor): هو جوهر تصميم الهاتف، بحيث يتحكم في جميع العمليات التي تحدث في الهاتف من واجهة (MMI) أي واجهة جهاز (Man) التي تراقب ضغطات لوحة المفاتيح وترتيب المعلومات التي سيتم عرضها على الشاشة، كما أنّه يعتني بجميع عناصر (MMI) الأخرى بما في ذلك جميع القوائم التي يمكن العثور عليها على الهاتف.

وكما يضم معالج التحكم إدارة الواجهة مع المحطة الأساسية للشبكة المتنقلة، كما يُعرف البرنامج المطلوب لهذا بمكدس البروتوكول وهو يمكّن الهاتف من تسجيل المكالمات وإجراءها واستقبالها وإنهائها وأيضاً التعامل مع عمليات التسليم المطلوبة عندما ينتقل الهاتف من خلية إلى أخرى، كما يقوم البرنامج بترتيب البيانات التي سيتم إرسالها بالترتيب الصحيح مع احتوائها على رموز تصحيح الخطأ، كما يمكن أن تكون كمية البيانات على هذا المعالج مرتفعة جداً خاصة عند وجود تفاعلات مع الشبكة.

تُعد البروتوكولات المستخدمة للتفاعل مع الشبكة معقدة بشكل متزايد مع التقدم من (2G إلى 3G)، إلى جانب العدد المتزايد من تطبيقات الهاتف يتزايد الحمل على المعالج، ولمكافحة هذا غالباً ما يستخدم تصميم هذه المنطقة من دوائر الهاتف معالجات (ARM)، بحيث يتيح ذلك تحقيق مستويات عالية من المعالجة لمستويات منخفضة نسبياً من الصرف الحالي.

هناك تطبيق آخر يتم التعامل معه في هذا المجال من تصميم الهاتف المحمول، وهو مراقبة حالة البطارية والتحكم في الشحن، ونظراً للمراقبة والتحكم المعقد المطلوب لضمان شحن البطارية بشكل صحيح وإبلاغ المستخدم بمستوى الشحن المتبقي، فهذه منطقة مهمة في التصميم.

5. التحكم في الطاقة والبطارية – Power control and battery:

تطور تصميم البطارية بشكل كبير في السنوات القليلة الماضية، وقد مكّن هذا الهواتف المحمولة من العمل لفترة أطول، وفي البداية تم استخدام خلايا النيكل والكادميوم؛ ولكنّها هاجرت إلى خلايا هيدريد النيكل ومعدن ثم إلى خلايا أيون الليثيوم، ونظراً لأنّ الهواتف أصبحت أصغر حجماً وتتطلب تشغيلها لفترة أطول من شحنة واحدة، فإنّ سعة البطارية مهمة جداً ويتم تحسين أداء هذه الخلايا طوال الوقت.

6. بطاقة SIM or USIM.

الوصلات الخلوية أو المتنقلة:

في شبكات الاتصالات، يكون كل جزء من التوصيل من الشبكة مكون من الروابط بين الشبكة الأساسية والشبكات الفرعية الصغيرة البعيدة عند الحافة، كما تُستخدم عناصر التوصيل عادةً لشبكة متنقلة لنقل البيانات من المحطات الأساسية أو العقدة (B) أو (eNode Bs) إلى المناطق المركزية للشبكة ككل، ونظراً لأنّ الشبكات تحمل المزيد من البيانات، فإنّ وصلات التوصيل المتنقلة أو عناصر التوصيل الخلوي تشكل جزءاً متزايد الأهمية من النظام الخلوي الكلي.

1. أنظمة E1 / T1:

يتم استخدام أنظمة (E1 / T1) على نطاق واسع في الاتصالات السلكية واللاسلكية عندما تم إنتاج ونشر تقنيات (2G) بما في ذلك (GSM)، بحيث يمكن تشغيل هذه الدوائر بالتوازي لتوفير سعة إضافية وبالتالي تمكين متطلبات مجموعة متنوعة من حالات التوصيل، كما يتم استخدام أشكال أخرى من التوصيل لتمكين نقل معدلات بيانات أعلى بكثير، على الرغم من أن العديد من هذه الدوائر لا تزال قيد الاستخدام.

2. أنظمة Carrier Ethernet:

يتميز (Carrier Ethernet) بالتنسيق المثالي لنقل البيانات عبر الهاتف المحمول، ويتم استخدام (uit) على نطاق واسع في هذا التطبيق، كما يوفر نطاقاً ترددياً كبيراً مع واجهة أو بروتوكول قياسي في الصناعة، بحيث يمكن حمله فوق النحاس أو الألياف أو الميكروويف.

3. تقنية DSL:

يُعد استخدام تقنيات مثل (DSL) و(ADSL) بشكل متزايد لتقنيات تفريغ التحميل شائع جداً، فعلى سبيل المثال ستتحول العديد من الهواتف المحمولة إلى شبكة (Wi-Fi) عندما تكون ضمن نطاق نقطة اتصال، ويتم توصيل العديد منها مرة أخرى عبر أحد أشكال ارتباط (DSL)، بالإضافة إلى ذلك يتم نشر عدد متزايد من خلايا (femtocell) في المنازل حيث يتم استخدام (ADSL) على نطاق واسع من أشكال ارتباط البيانات التي تشكل اتصال التوصيل المتنقل.

4. وصلات النحاس:

يُعتبر النحاس إحدى الطرق التقليدية لنقل البيانات، أمّا السرعات ليست عالية مثل تلك التي يمكن تحقيقها باستخدام الألياف، بحيث تُستخدم التقنيات بما في ذلك (E1 / T1 وDSL) على نطاق واسع النحاس للوسيط الذي يتم نقل البيانات من خلاله.

5. وصلات الألياف:

يتم تثبيت روابط الألياف واستخدامها بشكل متزايد، كما إنّها مناسبة ولديها نطاق ترددي أعلى بكثير من النحاس.

6. وصلات الميكروويف:

يُعد الميكروويف مفيداً بشكل خاص في المواقف التي لا يسمح فيها استخدام وصلة نحاسية أو ألياف، كما تُعد المواقع البعيدة التي لا يمكن تشغيل رابط مادي أو حتى يتم فيها تركيب خلايا صغيرة على أثاث الشوارع فرص مثالية؛ لاستخدام وصلات الميكروويف.