تلفن همراه

بندانگشتی
تلفن همراه ناصرالدین شاه
تلفن همراه ناصرالدین شاه ساخت شرکت البیس
تلفن همراه یا گوشی همراه که به آن موبایل نیز می‌گویند، وسیله‌ای است برای ارسال و دریافت تماس تلفنی از طریق ارتباط رادیویی در پهنای وسیع جغرافیایی. منظور از موبایل وسیله‌ای است که برای اتصال به شبکه تلفن همراه به کار می‌رود. موبایل اولین بار در سال 1998 تولید شد. گوشی تلفن بی‌سیم در سال 1973 با وزنی نزدیک به 2 کیلوگرم تولید شد. موبایل نسل‌های گوناگونی دارد و توسط شرکت‌های سازنده گوناگونی تولید می‌شود و به فروش می‌رسد.
برخی از شرکت‌های بزرگ تولیدکننده گوشی همراه در دنیا شامل نوکیا، سامسونگ الکترونیکس، ال‌جی الکترونیکس، موتورولا، سونی، اپل و اچ‌تی‌سی هستند.
طبق آخرین آمار جهانی (در تاریخ اول سپتامبر ۲۰۱۵) تعداد مشترکان تلفن همراه ۷٫۲ میلیارد نفر برآورد شده که البته رقم واقعی افراد ۴٫۹ میلیارد نفر است زیرا بعضی افراد بیش از چند خط و اشتراک دارند. تعداد گوشی‌های فروخته شده در بازه زمانی نیمه دوم سال ۲۰۱۵ نیز ۳۴۰ میلیون دستگاه اعلام شده که ۴۵ درصد آن را تلفن‌های هوشمند تشکیل می‌دهد.
در تلفن‌های همراه به‌طور معمول یک مجموعه نرم‌افزار یا سیستم‌عامل برای کنترل سخت‌افزار به کار می‌رود و برنامه‌های جانبی توسط سیستم‌عامل اجرا می‌شوند. از سیستم‌های عامل معروف برای تلفن همراه، می‌توان به اندروید، آی‌اواس و ویندوز فون اشاره کرد.
بررسی بلوک‌های داخلی تلفن همراه
بلوک RF
این بلوک متشکل از قطعاتی است که وظیفه آن‌ها ارتباط دادن گوشی به BTS است؛ در حقیقت بلوک RF فرکانس GSM را از BTS دریافت کرده، سپس اطلاعات روی آن را جدا نموده و به واحدهای دیگر موبایل می‌دهد. به زبان دیگر بلوک RF وظیفه تبدیل فرکانس بالای GSM را به فرکانس کمتری به نام IF بر عهده دارد.
امواج موجود در فضا توسط آنتن موبایل دریافت شده و وارد قطعه‌ای به نام آنتن سوییچ می‌شوند.
آنتن سوییچ وظیفه تعیین حالت فرستندگی یا گیرندگی آنتن را به عهده دارد. بسته به این که موبایل سازگار با چند باند GSM باشد، تعداد پایه‌های آنتن سوییچ متفاوت خواهد بود. آنتن سوییچ برای هر باند GSM، آنتن را به یک خروجی به نام RX و یک ورودی به نام TX وصل می‌کند.
در حقیقت آنتن سوییچ مانند یک کلید است که با فرمان‌هایی آنتن را مرتبا به خط RX یا به TX متصل می‌کند. در بلوکی که مشاهده کردید، موبایل قابلیت کار با دو باند GSM900 و GSM1800 را دارد؛ بنابراین آنتن سوییچ دو خروجی RX و دو ورودی TX خواهند داشت که در شبکه‌های تلفن ایران از آن جایی که GSM 900 است خط RX و TX باند ۱۸۰۰ بدون استفاده خواهد بود.
آنتن سوییچ یکی از قطعات حساس برد موبایل است و خرابی در آن باعث به وجود آمدن عیوبی از قبیل پرش آنتن یا نداشتن دریافت یا ارسال خواهد شد.
در مورد سلف و خازن قبل از اتصال آنتن به آنتن سوییچ نیز از آن جایی که امپدانس خروجی آنتن بسیار کم است و از طرفی امپدانس ورودی آنتن زیاد است، باید قبل از اتصال این دو، عمل تطبیق امپدانس توسط قطعه‌ای انجام شود. معمولا در مدارات، قسمت آنتن موبایل از یک سلف که به صورت موازی بین آنتن و زمین بسته می‌شود استفاده تشکیل می‌شود. این سلف می‌تواند باعث عمل تطبیق امپدانس بین آنتن و آنتن سوییچ شده و مانع از هدایت جریان DC بین این دو واحد گردد تا این دو واحد اثر منفی در عملکرد یکدیگر نداشته باشند.
وظیفه فیلتر SAW حذف فرکانس‌های کانال همسایه و فرکانس‌های مزاحم است.
خط خروجی RX از آنتن سوئیچ وارد SAW شده و بعد از آن فرکانس‌های مزاحم حذف می‌شود و فقط فرکانس‌های باند GSM در خروجی آن دیده می‌شود. SAW همان‌گونه که فرکانس‌های مزاحم را حذف می‌کند، فرکانس‌های اصلی GSM را هم خیلی ضعیف می‌کند.
برای تقویت سیگنال‌های دریافتی GSM بعد از SAW از یک تقویت‌کننده به نام LNA استفاده می‌شود.
آی‌سی RF: به این آی‌سی HAGAR هم گفته می‌شود که اصلی‌ترین قطعه بلوک RF است و وظیفه آن عمل مدولاسیون و دمودلاسیون است.
مدولاسیون به سوار کردن اطلاعات روی یک موج گفته می‌شود، در این صورت با توجه به این که موج می‌تواند در فضا منتشر شود اطلاعات ما نیز همراه موج جابجا می‌شود.
به موجی که اطلاعات روی آن سوار می‌شود، موج حامل گویند، یکی از وظایف آی سی HAGER انجام این عمل است. عمل مدولاسیون برای اطلاعاتی که از موبایل به BTS ارسال می‌شود انجام می‌گردد.
دمودولاسیون به عمل جداسازی اطلاعات از روی فرکانس حامل می‌گویند. این عمل نیز توسط آی سی HAGER انجام شده و روی سیگنال‌های دریافتی از BTS انجام می‌شود.
کریستال: برای مدولاسیون و دمودولاسین، آی سی HAGER نیاز به فرکانس دارد. این فرکانس توسط قطعه‌ای به نام کریستال که معمولا در کنار آی‌سی RF قرار دارد تولید می‌شود.
کریستال مولد فرکانس بسیار دقیقی است که در بسیاری از مدارهای الکترونیکی به عنوان تولیدکننده فرکانس یا پالس ساعت از آن استفاده می‌شود.
کریستال که اسیلاتور نیز نامیده می‌شود به صورت یک قطعه دو، سه یا چهارپایه است. چند خازن به عنوان فیلتر در داخل اسیلاتور قرار می‌گیرد.
آی سی P.A: قبل از ارسال اطلاعات، از یک آی‌سی تقویت‌کننده به نام P.A استفاده می‌شود و سیگنالی که از موبایل خارج می‌شود در نهایت توسط این واحد تقویت خواهد شد.P.A سیگنال‌هایی را که باید تقویت کند از آی سی RF دریافت می‌کند. این آی سی جهت تقویت سیگنال‌های TX به تغذیه نیاز دارد که تغذیه آن به صورت مستقیم از باتری گرفته می‌شود.
آی سی VCO: یک گوشی موبایل بایستی بتواند روی فرکانس‌های مختلفی که BTS هر منطقه روی آن تنظیم شده قرار گیرد تا با آن ارتباط پیدا کند.
به بیان دیگر آی سی HAGER روی فرکانس‌های مختلفی باید بتواند مدولاسین و دمودلاسین انجام دهد. این عمل مستلزم این است که بتوان فرکانس حامل HAGER 4 را با دقت زیاد تغییر داد، این عمل در موبایل توسط قطعه‌ای به نام VCO انجام می‌شود.
بلوک AF
بلوک AF (واحد صدای دستگاه) وظیفه تبدیل اطلاعات دریافتی از واحد RF به صدا را بر عهده دارد. همچنین صدایی که باید از موبایل به BTS منتقل شود، قبل از ارسال وارد واحد AF می‌شود که پس از یکسری تبدیلات و آماده‌سازی از طریق واحد RF منتقل می‌شود. در حقیقت واحد AF رابط بین کاربر موبایل و واحد RF است. این بلوک از یک طرف به میکروفون و بلندگو و از طرف دیگر به بلوک RF متصل است.
جابجایی اطلاعات بین موبایل و BTS به صورت دیجیتال است. دیجیتال، یعنی منطق صفر و یک؛ بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که هر گوشی در یک ثانیه فقط مدت زمان کوتاهی را برای دریافت یا ارسال در اختیار دارد.
گوشی در لحظه داشتن کانال می‌تواند اطلاعات را جابجا کند، ولی در لحظه‌ای که فرکانس در اختیار گوشی دیگری است، نمی‌تواند به BTS اطلاعات انتقال دهد و این بدین مفهوم است که دائما ارتباط بین گوشی و BTS قطع و وصل می‌شود که باعث می‌شود که صدا نیز قطع و وصل شود.
برای رفع مشکل اگر صدا به صورت دیجیتال باشد، می‌توان آن را روی حافظه نگهداری کرد و زمان کانالدار بودن موبایل، تمامی اطلاعات حافظه را منتقل کرد؛ بدون این که بخشی از صدا در لحظات قطع و وصل از بین برود.
بلوک MCU
کنترل عملکرد بلوک‌های مختلف در موبایل بر عهده این واحد است. این واحد از قطعات مختلفی مثل آی‌سی پردازشگر و حافظه‌ها تشکیل شده‌است که توسط یک برنامه سیستم‌عامل می‌تواند کل گوشی را کنترل کند. برنامه سیستم‌عامل توسط طراح گوشی در یکی از حافظه‌های گوشی ذخیره می‌شود. باید توجه داشت که آی‌سی CPU فقط پردازش‌کننده اطلاعات و عملکرد آن تحت تاثیر برنامه سیستم‌عامل است.
بلوک UI
این بلوک که به آن رابط (کاربر) نیز گفته می‌شود وظیفه راه‌اندازی کلیه اعلام‌کننده‌ها از قبیل زنگ، موتور لرزاننده و LEDهای روشن‌کننده صفحه نمایشگر و صفحه کلید در شب را بر عهده دارد. در بعضی از گوشی‌های موبایل بلوک UI به صورت یک آی سی ساخته می‌شود و در بعضی گوشی‌ها قسمت‌های مختلف آن ترانزیستوری است و به صورت مجزا روی برد قرار می‌گیرد.
بلوک منبع تغذیه و شارژینگ
منبع تغذیه موبایل واحدی است که ولتاژ لازم بلوک‌های دیگر را از طریق باتری فراهم می‌کند. واحد منبع تغذیه از رگولاتورهای مختلفی تشکیل شده و داخل یک بسته‌بندی قرار دارد.
این بسته‌بندی به آی‌سی CCONT موسوم است. واحد شارژینگ نیز مجموعه قطعاتی است که از طریق ولتاژ دریافتی از آداپتور، باتری را شارژ می‌کند.
معمولا این واحد نیز از یک آی‌سی به نام CHAPS تشکیل شده‌است. آی‌سی CCONT و CHAPS با یکدیگر در ارتباط هستند، زیرا آی‌سی CHAPS برای شارژ باتری بایستی از CCONT کنترل شود.
COBBA
در بلوک AF از یک آی‌سی به نام COBBA استفاده می‌شود. این آی‌سی مبدل سیگنال‌های آنالوگ به دیجیتال و برعکس است. امواج دریافتی آنتن بعد از این که توسط آی‌سی RF دمودولاسیون شدند با خطوط RX وارد آی‌سی COBBA در واحد AF می‌شوند.
این آی‌سی ابتدا سیگنال‌های دریافتی از RF را توسط خطوط ارتباطی PCM به بلوک MCU می‌دهد. در این بلوک اطلاعات از طریق آی‌سی CPU روی حافظه موقت گوشی ریخته می‌شود. سپس آی‌سی COBBA دوباره از طریق همان خطوط ارتباطی، اطلاعات را از روی حافظه موقت خوانده و به سیگنال آنالوگ تبدیل می‌کند که از طریق بلندگو قابل استفاده خواهد شد.
به همین طریق برای اطلاعاتی که بایستی از موبایل خارج شود، صدایی که توسط میکروفون دریافت می‌شود، به صورت سیگنال آنالوگ است. این سیگنال بعد از ورود به آی‌سی COBBA، تبدیل به صدای دیجیتال می‌شود. این صدا از طریق خطوط PCM به واحد MCU منتقل می‌شود تا در حافظه موقت نگهداری شود و به محض کانال‌دار شدن موبایل تمامی اطلاعات قسمت میکروفون از طریق واحد RF به BTS ارسال می‌شود.
PCM
PCM یکی از روش‌های انتقال اطلاعات بین دو واحد است. این واحد خطوط ارتباطی بین آی‌سی COBBA و CPU بوده و در نقشه‌ها از آن به عنوان خطوط PCM نام برده می‌شود.
این انتقال به صورت کد شده انجام می‌شود که انواع آن RX و TX است.
خطوط PCM TX مربوط به مسیر جابجایی اطلاعات دیجیتال میکروفون به حافظه.
خطوط PCM RX مربوط به مسیر انتقال اطلاعات دیجیتال دریافتی به حافظه.
خطوط PCM TX و PCM RX در نقشه‌های گوشی‌ها بین آی سی COBBA و آی‌سی CPU مشخص می‌باشد.
آنالوگ و دیجیتال
سیگنال آنالوگ به آن دسته از سیگنال‌هایی اطلاق می‌شود که مقدار ولتاژ آن در لحظات مختلف در حال تغییر باشد؛ به این صورت که در یک لحظه ۲ ولت، لحظه‌ای دیگر ۳ ولت و به همین صورت در حال تغییر باشد. این سیگنال می‌تواند توسط یک میکروفون ساخته شود.
ماهیت تغییرات سیگنال آنالوگ، به عنوان مثال صدا، به مولد آن، که می‌تواند صدای یک انسان باشد، بستگی دارد.
سیگنال‌های آنالوگ را در آی‌سی‌های حافظه نمی‌توان ذخیره کرد. همچنین در انتقال آن نیز امکان نویز پذیری بالا است. در مدارات منطقی و کنترلرها اگر بخواهیم یک سیگنال آنالوگ را وارد کنیم باید آن را به دیجیتال تبدیل کنیم.
دیجیتال یعنی صفر و یک، در حقیقت در سیستم دیجیتال تغییرات در لحظات مختلف وجود دارد، ولی همیشه این تغییرات به صورت صفر و یک است. منظور از صفر و یک، دو سطح منطقی است. ما می‌توانیم صفر منطقی را به سطح ولتاژ صفر ولت و یک منطقی را به سطح ولتاژ پنج ولت تعریف کنیم. در این صورت سطوح ولتاژ دیگری به غیر صفر و پنج ولت نخواهیم داشت.
مزیت دیجیتال در ذخیره‌سازی آن توسط آی‌سی حافظه و همچنین انتقال راحت آن با کیفیت خوب است. برای تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال روش‌های مختلفی وجود دارد. اصول تبدیل آن به این صورت است که ابتدا از آنالوگ در لحظات مشخص نمونه‌برداری می‌کنیم، سپس نمونه‌ها توسط یک مبدل به دیجیتال تبدیل می‌شود. هر چه تعداد نمونه‌گیری‌ها از سیگنال آنالوگ بیشتر باشد، ما توانسته‌ایم آنالوگ را با کیفیت بهتری به دیجیتال تبدیل کنیم. فقط بایستی این مطلب را در نظر بگیریم که افزایش تعداد نمونه برداری‌ها باعث افزایش حجم تبدیل خواهد شد.
طریقه تبدیل آنالوگ به دیجیتال
لازم است در تبدیل مجموع ارزش بیت‌هایی که یک هستند، برابر با مقدار ولتاژ آنالوگ شود.
بیت‌های به دست آمده را می‌توان توسط سلول‌های حافظه موقت یا دائم ذخیره کرد تا در زمان‌های لازم از آن استفاده کنیم. این عمل در موبایل انجام می‌شود و صدای میکروفون ابتدا به دیجیتال تبدیل شده، سپس در حافظه موقت موبایل قرار می‌گیرد تا در لحظه داشتن کانال ترافیکی یک جا بیت‌ها را ارسال کنیم. این باعث می‌شود که در لحظاتی که BTS کانالی را از موبایل می‌گیرد، صدای مشترک در موبایل ذخیره شده و به صورت منقطع به مخاطبین نرسد. برای صدای دریافتی نیز این عمل انجام می‌شود، فقط در آن حالت باید آی‌سی COBBA مجهز به یک مبدل D to A شود تا بتوانیم اطلاعا دیجیتال دریافتی از BTS را به آنالوگ تبدیل کنیم.
به تبدیل آنالوگ به دیجیتال باشد. هر چه فرکانس سیگنال آنالوگ بیشتر باشد، لازم است تعداد نمونه برداری‌ها افزایش یابد تا امکان تبدیل تغییرات سریع آن را داشته باشیم.
بلندگو
speaker یا COBBA زمانی که تبدیلات را انجام داد باید خروجی آنالوگ را به بلندگو بدهد. معمولا در بعضی از بردهای موبایل قبل از اتصال سیگنال COBBA به بلندگو ا6ومت محدودکننده به صورت سری با بلندگوهای موبایل استفاده می‌کنند.
میکروفن
Earphon برای دریافت صدا و انجام تبدیلات و ارسال، از یک میکروفون خازنی در موبایل استفاده می‌شود. میکروفون خازنی معمولا از یک صفحه کریستالی است که به صدا حساس است و همراه آن یک ترانزیستور تقویت‌کننده وجود دارد.
کیفیت دریافت میکروفون خازنی در مقایسه با انواع دیگر میکروفون‌ها بسیار زیاد است که یکی از دلایل آن داشتن ترانزیستور تقویت‌کننده داخل میکروفون است. ترانزیستور میکروفون جهت تقویت نیاز به ولتاژ DC دارد.
این ولتاژ را بایستی توسط قطعاتی در برد موبایل فراهم کنیم. هرچه سطح ولتاژ را افزایش دهیم، حساسیت و قدرت دریافتی میکروفون بیشتر می‌شود.
در بعضی از موبایل‌ها این ولتاژ توسط آی سی COBBA ساخته می‌شود و قطعه خارجی دیگری نداریم، ولی در بعضی از موبایل‌ها این ولتاژ توسط یک ترانزیستور در کنار آی سی COBBA فراهم می‌شود. البته راه‌اندازی ترانزیستور از طریق آی سی COBBA است.
تعمیر موبایل
برای تعمیر موبایل باید دوره‌های مربوطه را گذراند و در کنار آن دانش الکترونیکی را به اندازه کافی افزایش داد. مشکلاتی که برای موبایل‌ها بوجود می‌آیند به دو دسته نرم‌افزاری و سخت‌افزاری تقسیم می‌شوند. برای تعمیرات نرم‌افزاری راه‌های ساده و آسانتری وجود دارد. برای تعمیرات مربوط به سخت‌افزار باید کمی جانب احتیاط را رعایت کرد چرا که این کار نیاز به تخصص بالای الکترونیکی دارد. به‌طور خاص به دلیل پیشرفته شدن تجهیزات موبایل‌ها کار کردن با آن‌ها هم نیاز به تخصص بیشتری دارد. گاهی دیده می‌شود که وقتی توسط شخصی مبتدی تعمیر سخت‌افزار انجام می‌شود برای قسمت دیگری از موبایل مشکل بوجود می‌آید.
IMEI
در واقع برگرفته از عبارت "International Mobile Equipment Identity" یا «شناسه بین‌المللی تجهیزات موبایل» است. در زمان خرید گوشی، این کد بر روی جعبه یا حتی رسید خرید نوشته شده است.
IMEI، یک کد ۱۴ رقمی به همراه ۲ رقم کد "SV" یا "Software Version" (نسخه نرم‌افزار) است که بیشتر در دستگاه‌های جدید دیده می‌شود. هدف استفاده از IMEI، برای شناسایی تلفن‌های همراه و همچنین مسدود کردن آن‌ها از طریق شبکه است. در صورت مفقود یا دزدیده شدن گوشی، با ارائه این کد به اپراتور، گوشی مسدود می‌شود تا احیانا از آن سوء استفاده نشود. پلیس هم معمولا گوشی‌های دزدیده شده را با IMEI آن‌ها طبقه‌بندی و ردیابی میکند.
از سال ۲۰۰۴ به بعد، فرمت این کد به صورت AA-BBBBBB-CCCCCC-D شده‌است. دو بخش اول، یعنی بخش A و B به عنوان کدهای تخصیص نوع (Type Allocation Code) یا TAC شناخته می‌شوند که با استفاده از آن‌ها میتوان فهمید که این کد مربوط به کدام سازنده تلفن همراه و همچنین کدام مدل از محصولات آن سازنده است. بخش بعدی یا همان بخش C یک کد منحصر به فرد برای همان گوشی است که توسط سازنده تعیین می‌شود. آخرین بخش یا همان بخش D، فقط برای بررسی صحت بخش‌های پیشین یعنی A و B و C در نظر گرفته شده و با داشتن این ۳ بخش، میتوان بخش آخر را محاسبه کرد و از صحت آن‌ها اطمینان حاصل کرد!
اثرات امواج تلفن همراه بر سلامت انسان
نگرانی‌ها درباره اثرات امواج تلفن همراه بر سلامت انسان با رشد بیش از حد تلفن‌های بی‌سیم همراه (۲ میلیارد در اوت ۲۰۰۵) بیشتر شده‌است. این نگرانی‌ها به خاطر این هستند که تلفن همراه از خود امواج الکترومغناطیسی در مقیاس مایکروویو ساطع می‌کند.
اعتیاد به گوشی همراه
بررسی‌ها در زمینه میزان استفاده از تلفن‌های همراه نشان می‌دهد که تعداد زیادی از مردم در حالی به خواب می‌روند که تلفن همراه خود را در دست دارند یا آن را کنار خود گذاشته‌اند. بر اساس پژوهشی که در کشورهای آمریکا، انگلیس، برزیل، چین، اسپانیا، مکزیک و هند انجام شده است، فناوری نوین ارتباطی ازجمله تلفن همراه، جزو جدایی‌ناپذیر زندگی انسان‌ها شده‌است و هر روز وابستگی افراد به آن بیشتر می‌شود.
بنا بر پژوهشی که یک متخصص علوم رفتاری اعلام کرد، ۶۰ درصد از دختران مورد پژوهش از گوشی‌های همراه برای ورود به شبکه‌های اجتماعی و بازی‌های مرتبط استفاده می‌کنند و ۳۰ درصد آن‌ها هنگام اتمام شارژ یا جا ماندن تلفن یا قطع آن به هر شکلی دچار استرس می‌شوند، وی با اشاره به اینکه دختران دو برابر پسران به تلفن همراه وابستگی دارند، درنتیجه از اعتیاد دو برابری دختران نسبت به پسران در زمینه استفاده از تلفن همراه بر اساس این پژوهش انجام‌شده خبر داد.
تلفن هوشمند
نسل سوم شبکه تلفن همراه
مایکروسافت موبایل
تلفن همراه نوردیک
بلوتوث