كيف يعمل الموبايل

كيف
يعمل الهاتف النقال؟
يستعمل ملايين الأشخاص حول العالم الهواتف النقالة ٬ ولا يزال مستخدمو
هذه الهواتف في تزايد مستمر نظراًَ لإمكانية التحدث مع أي شخص على
سطح كوكب الأرض ومن أي مكان !
وتوفر الهواتف النقالة حالياً تشكيلة كبيرة ومتنوعة من الخيارات والمزايا ٬
وتستطيع القيام بالأمور التالية –اعتماداً على نوع الهاتف الذي تستعمله :
تخزين
المعلومات .
إنشاء
قوائم المهام .
التذكير
بالمواعيد .
القيام
بالعمليات الحساب ية .
إرسال
أو استقبال البريد الإلكتروني .
تلقي
المعلومات ( كالأخبار العاجلة وأخبار الترفيه وأسعار الأسهم ) من شبكة
الإنترنت .
ممارسة
الألعاب .
تأتي
مشغلات الموسيقى وأجهزة الملاحة والإرشاد متكاملة مع بعض
الأنواع.
2
لكن
هل تساءلت يوماً كيف تعمل هذه الهواتف و ما الذي يجعلها مختلفة عن
؟ TDMA و CDMA و GSM و PCS الهوا تف العادية؟ وعلى ماذا تدل تعبيرات ال
سنناقش في هذا الموضوع كل ما يتعلق بالهاتف النقال لتعرف مدى دقتها
وفاعليتها .
أحد الحقائق المدهشة بخصوص الهاتف النقال أنه جهاز يعتمد بشكل كلي
على أمواج الراديو (لمزيد من ال تف اصيل راجع موضوع أمواج الراديو ) أو بكل مات
أدق أمواج الراديو المتطورة . لنعد إلى بدايات الهاتف وتحديداً إلى العام 1876
عندما اخترعه ألكسندر غراهام بل وصولاً إلى اختراع الراديو على يد كتابةولاي
تيسلا في ثمانينات القرن التاسع عشر وتطويره من قبل الإيطالي ج يوغليالمو
ماركوني عام ٬ 1894 ثم تم دمج هذه الإختراعات في النهاية .
أضحى الهاتف النقال ثورة هائلة في عالم الإتصالات لافتقار الناس إلى وسط
اتصال متحرك ٬ وقبل اختراعه كان البعض يستخدم هواتف السيارات التي
كانت تعتمد على هوائيات مركزية بمعدل هوائي لكل مدينة و 25 قن اة لكل
هوائي ٬ وهذا يعني أن هاتف السيارة يحتاج إلى مرسل قوي قادر على البث
لمسافة تصل إلى 70 كم ٬ من دون إغفال قلة عدد القنوات العاملة .
تكمن عبقرية نظام الهاتف النقال في تقسيم المدينة الواحدة إلى خلايا
صغيرة ٬ وهذا يتيح إعادة استخدام مكثفة للترددات عبر المدينة بحيث
يستطيع عدد كبير من الأشخاص استعمال هواتف النقالة في وقت واحد .
لكي تفهم مدى تعقيد الهاتف النقال ٬ لنقارنه بجهاز اللاسلكي :
مضاعفة
كاملة مقابل مضاعفة نصفية : تملك أجهزة اللاس لكي وسائط
مضاعفة نصفية للترددات مع استعمال أطراف الإتصال للتردد ذاتها ٬ في حين
يعتمد الهاتف النقال على ترددات مضاعفة ٬ بمعنى أنك تستطيع استخدام
تردد للحديث وآخر منفصل للإستماع ٬ وكذلك الأمر بالنسبة للمتحدث على
الطرف الآخر.
3
يبث
الراديو على موجة واحدة بحيث يتحدث شخص واحد فقط في كل مرة
الراديو ذي التردد المضاع ف: تستعمل المرسلات ترددات مختلفة بحيث يتكلم الطرفان في نفس
الوقت
القنوات
: يستخدم اللاسلكي موجة واحدة فقط ٬ بينما الهاتف النقال قادر
على العمل على 1664 قناة أو أكثر .
المدى
: يرسل اللاسلكي إشاراته على امتداد ميل ( 1.6 كيلومتر )
باستخدام مرسل قوته 0.25 وات ٬ لكن الهاتف النقال يعمل بنظام الخلايا ٬ أي
أنه يستطيع التحول بين الخ لايا لتمنحه نطاقاً واسعاً جداً يمتد لمئات الأميال
مع المحافظة على جودة البث طوال فترة المكالمة .
يستقبل الهاتف النقال العامل على شبكة تناظرية ( أنالوغ ) ما يقارب من 800
تردد ٬ كما قلنا في السابق أن شبكة الهاتف النقال تقسم المدن إلى خلايا ٬
ويبلغ نطاق كل خلية 10 أميال مربعة ( 26 ك يلومتر ) ٬ كما أن الشبكة نفسها
4
تتخذ
شكلاً سداسياً بحيث تحتوي كل خلية على وحدة أساسية تشمل برج
إرسال ومباني صغيرة تستوعب معدات الراديو .
1 القنوات الصوتية المتوفرة بحيث / تستخدم كل خلية في النظام التماثلي 7
يتوفر لديها مجموعة لا بأس بها من الترددات الغير قابلة ل لتداخل :
يتلقى
الهاتف 832 تردداً .
يستخدم
كل هاتف ترددين لكل خلية ( قناة مضاعفة ) ليكون لدينا 395 قناة
صوتية لكل هاتف ( وتُستعمل الترددات ال 42 المتبقية كقنوات تحكم ).
يكون
نصيب كل خلية 56 قناة صوتي ة.
بكلمات أخرى : يستطيع 56 شخص في أي خلية التحدث بهواتفهم النقالة
في نفس اللحظة ٬ لكن الشبكات التماثلية تعتبر تقنية من الجيل الأول ٬ فمع
الشبكات الرقمية ( الجيل الثاني ) ارتفع عدد القنوات المتاحة ٬ ويمكن لنظام
نقل أكبر عدد ممكن من المكالمات زيادة بثلاث مرات عن النظام TDMA
التماثلي ٬ بحيث يكون لكل مكالمة 168 قناة .
لله و اتف النقالة مرسلات تعتمد على طاقة منخفضة ٬ ولمعظم الهواتف النقالة
نوعان من قوى الإشارات : 0.6 وات و 3 وات ( للمقارنة : ترسل م عظم أجهزة
اللاسلكي إشاراتها عند 4 وات ) ٬ وتقوم محطة البث بإرسال إشارات عند طاقة
منخفضة ٬ وهذا النوع من المرسلات معروف ب :
محدودية
نطاق ا لتغطية ٬ لذلك تلجأ الخلايا لإعادة استخدام الترددات ال 56
نفسها ٬ ويمكن إعادة استخدام تلك الترددات بشكل مكثف في المدينة
الواحدة .
تدني
استهلاك طاقة البطارية حتى عندما يكون الهاتف في حالة تشغيل ٬
وهذا يستتبع بالضرورة أن ت كون البطاريات نفسها صغيرة الحجم ٬ وهذا الس بب
بالذات هو الذي جع ل هذا الهات ف... نقالاً!
5
تتطلب
شبكة الهاتف النقال عدداً كبيراً من محطات البث لتغطي المدن مهما
كانت مساحتها ٬ فالمدينة ذات الحجم المتوسط يلزمها مئات أبراج البث ٬
ويعمل كل ناقل على تشغيل محطة م ركزية واحدة تسمى محطة تحويل
الهاتف النقال وهي تسي طر على محطات البث والأبراج الموجودة في نطاق
مسؤوليتها .
رموز الهاتف النقال
لكل هاتف خلوي رموز خاصة به تستعمل لتعريف الهاتف ومالكه ومشغل
الخدم ة. الآ ن لديك هاتف نقال وقمت بتشغيله وأحدهم يحاول الإتصال بك ٬ فما
سيحدث هو :
عندما
تشغل الهاتف لأول مرة فإنه يحاول التعرف على ش يفرة تعريف ا لنظام
في قناة التحكم وهي تردد خاص يستخدمه الهاتف ومحطة البث لنقل
الحديث ٬ وإن لم يتعرف الهاتف على قناة التحكم يكون الهاتف عندئذ خارج
نطاق التغطية وتعرض شاشته عبارة " الإشارة ضعيفة أو معدومة ".
عندما
يستقبل الهاتف ش يفرة تعريف ا لنظام ف إنه يعمل ع لى مقارنتها مع
الش ي فرة المبرمجة في الهاتف ٬ وإن وجد تطابق فإن الهاتف يعرف أن الخلية
التي يتصل بها جزء من النظام الأساسي .
يرسل
الهاتف طلب تسجيل ٬ كما تعمل محطة تحويل الهاتف النقال على
إبقاء الهاتف على تواصل مع قاعدة البيانات ٬ وبهذا الشكل تتعرف محطة
التحويل على الخلية المستعملة حالياً عندما يرن الهاتف .
تستقبل
محطة التحويل المكالمة وتحاول العثور عليك بالبحث في قاعدة
البيانات عن الخلية التي تتواجد فيها .
تلتقط
محطة التحويل التردد الثنائي الذي سيتخدمه هاتفك من أجل تلقي
المكالمة.
6
تتصل
محطة التحويل ب هاتفك عبر قناة التحكم لتدله على التردد المناسب ٬
وما أن يلتقط هاتفك وبرج الإرسال الإشارة حتى يتم استقبال المكالمة .
عندما
توشك الإشارة على الإضمحلال تتلقى رسالة تنبهك بهذا الخصوص ٬
وفي هذه الأثناء تعمل محطة التحويل التي تتحرك ضمن نطاقها على تحديد
قوة إشارة هاتفك ٬ بهذه الحالة تكون محطتان في طور العمل عبر محطة
التحويل ٬ وفي بعض الأحيان يتلقى هاتفك إشعاراً على قن اة التحكم بضرورة
استبدال التردد .
لنقل أنك تتحدث على خلية ما وتنتقل إلى واحدة أخرى ٬ لكن هذه الأخيرة
ضمن نطاق شبكة خلوية أخرى وليس ت الشبكة الأم ٬ فما سيحدث أن
المكالمة ستنتقل إلى الشبكة الثانية بكل يسر وسهولة .
إن لم تتطابق شفرة تعريف النظام على قناة التحكم مع الشيفرة المبرمجة
على الهاتف فالهاتف عندئذ في حالة " التجوال " ٬ وتظل محطة تحويل الخلية
المتجولة على اتصال بمحطة التحويل التي تقوم بتدقيق المعطيات للتأكيد
على أن شيفرة الهاتف الذي تستعمله لا تزال سارية المفعول ٬ ثم يصادق
النظام الأساسي على وجود هاتفك ضمن محطة التحويل المحلية التي تقوم
بتتبع الهاتف في تحركك في نطاق الخلية ٬ والأمر الذي يدعو للدهشة أن كل
هذه العمليات تحدث في غضون ثوان !
تعريفات
الرقم الإلكتروني المتسلسل : رقم مؤلف من 32 خانة مبرمج ضمن الهاتف
لدى تصنيعه .
رقم تعريف الهاتف : رقم من 10 خانات مشتق من رقم الهاتف .
شيفرة تعريف النظام : رقم مميز مك ون من 5 خانات مخصص لكل ناقل .
أحد أجزاء الهاتف الدائمة التي يتم فيها برمجة الشيفرات ESN بينما يعتبر ال
لدى شراء الهاتف وتشغيل الخدمة.
7
لكن
في الوقت ذاته يجب الإنتباه إلى أن خدمة التجوال ذات تكلفة باهظة ٬
وفي أغلبية الأحوال تظهر كلمة " تجوال " على الشاشة عندما تغادر مدى
تغطية الشبكة التي تشترك معها وتدخل في نطاق شبكة أخرى ٬ لذا عليك
قراءة اتفاقية الخدمة التي ابرمتها مع شر كة الهاتف الخلوي بدقة لتعرف مد ى
كلفة التجوال خارج نطاق الشبكة ٬ و تحتاج إلى هاتف يوفر خدمة التجوال
الدولي إن رغبت فيها ٬ وتع تمد عدة دول تقنيات تجوال مختلفة .
ماذا يوجد داخل الهاتف النقال؟
يعد الهاتف النقال أكثر الأجهزة المتداولة بين الناس تعقيداً لاحتوائه على
تقنيات معقدة في محتوى لا يزيد حجمه على بوصة واحدة ٬ كما أن الأنواع
الرقم ية منها قادرة على القيام بملايين من العمليات الحسابية في الثانية
الواحدة لإيصال صوت المتحدث .
أجزاء هاتف نقال
إن قمت بتفكيك هاتف نقال ستجد أنه مؤلف من الأجزاء التالية :
لوحة
إلكترونية تحتوي على " أدمغة " الهاتف .
هوائي
.
شاشة
عرض.
8
أزرار
.
مكبر
صوت .
سماعة
.
بطارية
.
تعتبر اللوحة الإلكترونية قلب الهاتف النقال كما يتبين في الصورة التال ية :
بإمكانك رؤية بعض رقائق الحاسوب وهي تكون في الهواتف بنوعين :
التماثلي الرقمي
والرقمي التماثلي
٬ وكلاهما يفسر الإشارة الصوتية الخارجة
من النوع التماثلي الر
قمي والإشارة القادمة من النوع الرقمي ٬ ومعالج
الإشارة الرقمية عبارة عن معالج مصنوع بمواصفات خاصة جداً ومصمم للقيام
بعمليات حسابية لنقل الإشارات وبسرعة عالية .
يتعامل المعالج مع الأوامر الآتية من الأزرار والشاشة ويتحكم بالإشارات
وينسق بقية الوظائف الخاصة بالل وحة .
توفر ذاكرة القراءة والذاكرة السريعة القدرة التخزينية والخصائص القابلة
للتعديل كدليل الهاتف ٬ ويختص تردد الراديو وقسم الطاقة بإدارة الطاقة وإعادة
٬ ومهمة المضخمات هي نقل FM الشحن كما يتعامل مع مئات من قنوات ال
الإشارات من وإلى الهوائي.
9
لم
يتوقف حجم الشا شة عن الإزدياد منذ ابتكار الهاتف ال نقال دون إ غفال
الخصائص والمميزات المتنوعة ٬ وتوفر معظم الأجهزة الحديثة دليل هاتف وآلة
حاسبة وألعاباً وخاصية تصفح شبكة الإنترنت .
الشريحة القابلة للإزالة
تخزن بعض الأنواع المعلومات كشيفرات الدعالم والتعريف في الذاكرة الداخلية
السريعة بينما تخزن أنواع أخرى هذه ا لمعلومات في بطاقات ذاكرة خارجية .
السماعة ومكبر الصوت ووحدة دعم البطارية
تملك ال هواتف النقالة سماعات ومكبرات صوت صغيرة الح جم إلى حد أن
يتساءل المرء عن كيفية إصدارها للأصوات ٬ وك م ا ترى في الصورة فإن
السماعة في حجم قطعة نقدية صغيرة ولا يتجاوز حجم مكبر الصوت حجم
بطارية ساعة يد ٬ وب ما أننا نتكلم عن بطارية ساعة اليد فهي تستعمل في
رقاقة الساعة الداخلية الخاصة بالهاتف النقال.
10
وما
يثير الدهشة أن الوظائف التي كان إنجازها قبل 30 سنة يتطلب أجهزة
تشغل طابقاً كاملاً في بناية أصبحت مضغوطة في مساحة لا تتجاوز حجم
راحة اليد !
في عام 1983 تمت المص ادقة على جهاز نقال يدعى " الهاتف الخلوي
المتقدم " واستخدم للمرة الأولى في شيكاغو ٬ وكان ذاك الهاتف يعمل على
مجموعة من الترددات تتراوح بين 824 ميغاهيرتز و 894 ميغاهيرتز وبالنظام
التماثلي ٬ واشترطت الحكومة الأمريكية آنذاك وجود ناقلين لكل سوق ( الناقل
وذلك من أجل تشجيع المنافسة في سوق الهاتف الخلوي ( B والناقل A
لإبقاء الأسعار منخفضة ٬ وكان أحد الناقلين عاد ة يعمل من أجل التبادل
المناطقي.
مخصصان للتردد 832 وهما موزعان على النحو التالي : B و A كان الناقلان
790 للصوت و 42 للمعطيات ٬ ويستعمل زوج من الترددات ( الإرسال
والإستق بال ) لإنشاء قناة واحدة ٬ وعادة ما تكون الترددات المستخدمة في
قنوات الصوت التماثلية بعرض 30 كيلوهيرتز ٬ وتم اعتماد هذا التردد كحجم
قياسي لأنه يقدم جودة صوت لا بأس بها مقارنة مع الهاتف العادي .
يتم فصل ترددات الإرس ال والإستقبال لكل قناة صوتية بتردد 45 ميغاهيرتز
حتى لا تتداخل الترددات ٬ ولكل ناقل 395 قناة صوتية إضافة إلى 21 قناة
معلوماتية للقيام بمهمات مثل التسجيل والنداء .
يتضمن الإصدار التالي من الجيل الأول المعروف بالهاتف المتقدم ذي الموجة
الضيقة بعض التقنيات الرقمية لتمكين النظام من التعامل مع مكالمات أكثر
بثلاث مرات من النسخة الأصلية الأولى . على الرغم من استخدامه
للتكنولوجيا الرقمية فلا يزال يعتبر في عداد الأجهزة التماثلية ٬ وكلا الجهازان
يعملان فقط على موجة 800 ميغاهيرتز ولا توفر الكثير من الخصائص كما هو
الحال مع الأجهزة الرقمية كالبريد الإلكتروني وتصفح الإنترنت.