تلفن همراه دستگاهی است که از طریق آن میتوان به یکی از شبکه‌های موجود که کاربر مشترک آن شده است ، متصل شد و حداقل ارتباط آنالوگ کلامی را برمبنای نسل اول ۱g برقرار نمود .
تلفن‌های همراه از نظر امکانات، سرعت و نوع ارتباط، تا کنون در ۴ نسل ارائه شده اند :
۱g – ارتباط بیسیم تلفنی به صورت آنالوگ ۲g – ارتباط بیسیم دیجیتال برای مکالمه و پیام کوتاه ۲٫۵g – امکان GPRS برای اتصال به اینترنت، ارسال پیام‌های چند رسانه ای، تماس تلفنی همزمان با چند مشترک ارسال یک پیام برای چند مشترک. ۳g – افزایش پهنای باند و بالا رفتن سرعت در ارتباط اینترنتی. ۴g – ارتباط بیسیم SDR و حداقل ده برابر شدن ظرفیت، جلوگیری از تداخل، امکان ارتباط ویدئویی با سرعت بالا ، افزایش سرعت اینترنت.
تلفن همراه یا تلفن موبایل که در فارسی موبایل هم گفته می‌شود، یک وسیلهٔ شخصی و قابل حمل برای ارتباط مخابراتی است.
برای استفاده از تلفن همراه باید شخص استفاده کننده که مشترک نامیده می‌شود، به یک شبکهٔ مخابراتی متصل گردد. برای اتصال به شبکه باید حساب اشتراک تلفن همراه در نزدیک سرویس دهنده (اپراتور) برای مشترک خاص، ایجاد شده باشد. شبکه‌های مخابراتی تلفن عمومی در تمام دنیا با قراردادهای تجاری و شیوه‌های حسابرسی ویژهٔ خود، به هم متصل می‌شوند و هر مشترک تلفن همراه معمولاً می‌تواند با گوشی خود، یک ارتباط تلفنی با دارندگان تلفن‌های ثابت یا همراه در هر جای زمین (مشروط به ارایهٔ سرویس در آن نقطه) برقرار کند.
گوشی همراه
منظور از موبایل (گوشی همراه) (Cell Phone – Mobile Phone) وسیله‌ای است که برای اتصال به شبکهٔ تلفن همراه به کار می‌رود. این وسیله که نسل‌های گوناگونی دارد توسط شرکت‌های سازنده تولید می‌شود و به فروش می‌رسد. برخی از شرکت‌های بزرگ تولیدکننده گوشی همراه در دنیا:
- نوکیا
- موتورولا
- سونی اریکسون
- سامسونگ
- ال‌جی
- آی میت
- ساژم
- اپل
- اچ تی سی
در تلفن‌های همراه معمولاً یک مجموعه نرم‌افزار یا سیستم‌عامل برای کنترل سخت‌افزار به کار می‌رود و برنامه‌های جانبی توسط سیستم‌عامل اجرا می‌شوند. یکی از سیستم‌عامل‌های معروف برای تلفن همراه، سیستم‌عامل سیمبیان (Symbian) است.
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 وظیفهٔ تبدیل فرکانس بالای GSM را به فرکانس کمتری به نام IF بر عهده دارد.
بلوک AF
بلوک AF یا همان واحد صدای دستگاه، وظیفه تبدیل کردن اطلاعات دریافتی از واحد RF را به صدا بر عهده دارد. همچنین صدایی که از موبایل به BTS باید منتقل شود، قبل از ارسال وارد واحد AF شده که پس از یکسری تبدیلات و آماده سازی 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 بلنگو متصل است و از طرف دیگر به بلوک RF.
بلوک MCU
کنترل عملکرد بلوک‌های مختلف در موبایل باید به عهده این واحد باشد. این واحد از قطعات مختلفی مثل آی سی پردازشگر و حافظه‌ها تشکیل شده که توسط یک برنامه سیستم‌عامل می‌تواند کل گوشی را کنترل کند. برنامه سیستم‌عامل توسط طراح گوشی در یکی از حافظه‌های گوشی ذخیره می‌شود. توجه داشته باشید که آی سی CPU فقط پردازش کننده اطلاعات است و عملکرد آن تحت تاثیر برنامه سیستم‌عامل است.
بلوک UI
بلوکی است که به آن رابط (کاربر) نیز گفته می‌شود. وظیفه آن راه اندازی کلیه اعلام کننده‌ها از قبیل زنگ، موتور لغزاننده و LEDهای روشن کننده صفحه نمایشگر و صفحه کلید در شب است. 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 می‌گیرند.
بلوک منبع تغذیه و شارژینگ
منبع تغذیه موبایل واحدی است که ولتاژ لازم بلوک‌های دیگر را از باتری فراهم می‌کند. واحد منبع تغذیه از رگولاتورهای مختلفی تشکیل شده و داخل یک بسته بندی قرار دارد. این بسته بندی به آی سی CCONT موسوم است. واحد شارژینگ نیز قطعاتی هستند که از طریق ولتاژ دریافتی از آداپتور باتری را شارژ می‌کنند. معمولا این واحد نیز از یک آی سی به نام CHAPS تشکیل شده است. آی سی CCONT و CHAPS با یکدیگر در ارتباط هستند، زیرا آی سی CHAPS برای شارژ باتری بایستی از CCONT کنترل شود.
تشریح بلوک RF
امواج موجود در فضا توسط آنتن موبایل دریافت شده، سپس 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 فرمان هایی آنتن را مرتبا به خط RX و 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 ،۹۰۰ است خط RX و TX باند ۱۸۰۰ بدون استفاده خواهد بود. آنتن سوییچ یکی از قطعات حساس برد موبایل می‌باشد 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 باید اشاره کنیم، از آن جایی که امپدانس خروجی آنتن بسیار کم است و از طرفی امپدانس ورودی آنتن زیاد است، باید قبل از اتصال این دو به هم عمل تطبیق امپدانس توسط قطعه‌ای انجام شود. معمولاً در مدارات قسمت آنتن موبایل از یک سلف که به صورت موازی بین آنتن و زمین بسته می‌شود استفاده می کنیم. نبود این سلف می‌تواند باعث عمل تطبیق امپدانس بین آنتن و آنتن سوییچ می‌دهد و مانع از هدایت جریان DC بین این دو واحد می‌گردد 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 همان گونه که فرکانس‌های مزاحم را حذف می‌کند، فرکانس‌های اصلی GSM را هم خیلی ضعیف می‌کند. برای تقویت سیگنال‌های دریافتی GSM بعد از SAW از یک تقویت کننده به نام LNA استفاده می‌شود.
آی سی RF به این آی سی HAGAR هم گفته می‌شود که اصلی‌ترین قطعه بلوک RF است که 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 این عمل است. عمل مدولاسیون برای اطلاعاتی که از موبایل به BTS ارسال می‌شود انجام می‌شود. دمودولاسیون به عمل جداسازی اطلاعات از روی فرکانس حامل گویند. 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 معمولاً در کنار آی سی RF قرار دارد تولید می‌شود. کریستال مولد فرکانس بسیار دقیقی است که در بسیاری از مدارات الکترونیکی به عنوان تولید کننده فرکانس یا پالس ساعت آز آن استفاده می‌شود. کریستال که با نام اسیلاتور نیز مشخص می‌شود به صورت یک قطعه دو، سه یا چهار پایه است. چند خازن به عنوان فیلتر در داخل اسیلاتور قرار می‌گیرد.
آی سی P.A
قبل از ارسال اطلاعات از یک آی سی تقویت کننده به نام P.A استفاده می‌شود و سیگنالی که از موبایل خارج می‌شود، توسط این واحد در نهایت تقویت خواهد شد. P.A سیگنال هایی 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.
تشریح بلوک AF
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 و یا ارسال، زمان در اختیار دارد. گوشی در لحظهٔ داشتن کانال می‌تواند اطلاعات را جابجا کند، ولی در لحظه‌ای 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 نگه داری کرد و زمان کانال دار بودن موبایل، تمامی اطلاعات حافظه را منتقل کرد بدون این که بخشی از صدا در لحظات قطع و وصل از بین برود.
COBBA
در بلوک AF از یک آی سی به نام COBBA استفاده می‌شود . این آی سی مبدل سیگنال‌های آنالوگ به دیجیتال و همچنین دیجیتال به آنالوگ است .امواج دریافتی آنتن بعد از این که توسط آی سی RF دمودولاسیون شدند با خطوط RX وارد وارد آی سی COBBA در واحد AF می‌شوند . این آی سی ابتدا سیگنال‌های دریافتی از RF را توسط خطوط ارتباطی PCM به بلوک MCU می‌دهد . در این بلوک اطلاعات از طریق آی سی CPU روی حافظه موقت گوشی ریخته می‌شود، سپس آی سی COBBA دوباره از طریق همان خطوط ارتباطی، اطلاعات را از روی حافظه موقت خوانده، تبدیل به سیگنال آنالوگ می‌کند که از طریق بلند گو قابل استفاده خواهد شد . همبن گونه 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 آی سی COBBA، تبدیل به دیجیتال می‌شود، سپس از طریق خطوط PCM به واحد MCU منتقل شده تا در حافظه موقت نگه داری شوند و به محض کانال دار شدن موبایل تمامی اطلاعات قسمت میکروفون از طریق واحد RF به BTS ارسال می‌شود .
PCM
خطوط ارتباطی بین آی سی COBBA و CPU است و در نقشه‌ها از آن با نام خطوط PCM نام برده می‌شود . PCM : یکی از روش‌های انتقال اطلاعات بین دو واحد است و این انتقال به صورت کد شده انجام می‌شود که انواع آن RX و TX است . ۱- خطوط PCM TX مربوط به مسیر جابجایی اطلاعات دیجیتال میکروفون به حافظه . ۲- 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 آی سی CPU مشخط می‌باشد .
آنالوگ و دیجیتال
سیگنال آنالوگ به آن دسته از سیگنال هایی اطلاق می‌شود که مقدار ولتاژی آن در لحظات مختلف در حال تغییر باشد، فرضا در یک لحظه ۲ ولت، لحظه‌ای دیگر ۳ ولت و همین گونه در حال تغییر . این سیگنال می‌تواند توسط یک میکروفون ساخته شود . ماهیت تغییرات سیگنال آنالوگ فرضا صدا به مولد آن که می‌تواند صدای یک انسان باشد بستگی دارد . سیگنال‌های آنالوگ را در آی سی‌های 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 ولت را به سطح ولتاژ فرضا 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 ذخیره سازی آن توسط آی سی 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 نمونه برداری می کنیم، سپس نمونه‌ها توسط یک مبدل به دیجیتال تبدیل می‌شود . هر چه تعداد نمونه گیری‌ها از سیگنال آنالوگ بیشتر باشد، ما توانسته ایم 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 بیت هایی که یک هستند، برابر با مقدار ولتاژ آنالوگ شود . بیت‌های به دست آمده را میتوان توسط سلول‌های حافظهٔ 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 به صورت منقطع به مخاطبین نرسد . برای صدای دریافتی نیز این عمل انجام می‌شود، فقط در آن حالت باید آی سی COBBA مجهز به یک مبدل D to A شود تا بتوانیم اطلاعا دیجیتال دریافتی از BTS را به آنالوگ تبدیل کنیم . در تبدیل آنالوگ به دیجیتال هر چه فرکانس سیگنال آنالوگ بیشتر باشد، لازم است تعداد نمونه برداری‌ها افزایش یابد تا امکان تبدیل تغییرات سریع آن را داشته باشیم .
بلند گو
COBBA زمانی که تبدیلات را انجام داد باید خروجی آنالوگ را به بلند گو بدهد . معمولاً در بعضی از بردهای موبایل قبل از اتصال سیگنال COBBA به بلند گو از دو مقاومت محدود کننده به صورت سری با بلند گوهای موبایل استفاده می‌کنند .
میکروفن
برای دریافت صدا و انجام تبدیلات و ارسال، از یک میکروفون خازنی در موبایل استفاده می‌شود . میکروفون خازنی معمولاً از یک صفحه کریستالی است که به صدا حساس است و همراه آن یک ترانزیستور تقویت کننده وجود دارد. کیفیت دریافت میکروفون خازنی در مقایسه با انواع دیگر میکروفون‌ها بسیار زیاد است که یکی از دلایل آن داشتن ترانزیستور تقویت کننده 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 راه اندازی ترانزیستر از طریق آی سی COBBA است .
اثرات امواج تلفن همراه بر سلامت انسان
نگرانی‌ها در باره اثرات امواج تلفن همراه بر سلامت انسان با رشد بیش از حد تعداد دارندگان تلفن‌های همراه (۲ میلیارد نفر در اگوست ۲۰۰۵) بیشتر شده‌است. این نگرانی‌ها ناشی از امواج الکترو مغناطیسی در مقیاس مایکرو ویو هستند که این تلفنها ساطع می‌کنند.
خطرات گوشی‌ها برای سلامتی
مقداری از امواج رادیویی که توسط گوشی‌های تلفن همراه ساطع می‌شوند جذب بدن انسان می‌شوند. مثلا امواج رادیویی که توسط گوشی‌های جی اس ام ساطع می‌شوند، می‌توانند تا ۲ وات قدرت داشته باشند. میزان برونداد امواج گوشی همراه بستگی به استانداردهای مخابراتی هر کشور دارد.
میزان امواجی که بدن انسان از گوشی همراه جذب می‌کند، با مقیاس جذب خاص یا (اس ای آر) اندازه گیری می‌شود.
اثرات گرمایشی
یکی از آثار تشعشعات مایکروویو اثرات گرمایش دیلکتریک است که در آن هر جسم عایق (مانند بافت موجود زنده) توسط حرکت مولکول‌های قطبی که در میدان الکترومغناطیسی قرار دارند گرم می‌شود. وقتی که فردی از گوشی همراه استفاده می‌کند، بیشتر اثرات گرمایشی در اطراف سطح سر او بوجود می‌آیند و باعث می‌شود که دمای سر حدود کسری از درجه افزایش پیدا کند. این دما کمتر از گرمایی است که در اثر تابش مستقیم خورشید بوجود می‌آید. در این هنگام، جریان [انتقال خون] مغز قادر است با بیشتر کردن جریان خون در آن قسمت گرما را به جاهای دیگر منتشر کند. اما قرنیه چشم این سامانه تعدیل سازی دما را ندارد و آزمایش تابش ۲ الی ۳ ساعته در چشم‌های خرگوش‌ها در مقیاس اس ای آر ۱۰۰-۱۴۰ W/kg که دمایی موضعی ۴۱ الی ۴۰ درجه سانتیگراد را تولید کرده باعث بوجود آمدن آب مروارید در آنها شده‌است. البته آب مرواریدهای زود هنگام به خاطر استفاده از گوشی همراه نمی‌باشد، چون برونداد امواج گوشی‌های همراه پائین تر است.
معروف‌ترین سیستم‌عامل‌های تلفن همراه
- Google Android
- Linux
- Mac OSX
- Palm OS
- RIM Blackberry
- Symbian OS
- Windows Mobile
منبع:
ویکی پدیا
