كيف يعمل الهاتف المحمول؟

[Mary Naeem]

كيف يعمل الهاتف المحمول؟

لا ينقطع اتصالنا أبدا، لقد غير الهاتف المحمول بشكل كبير الطريقة التي نعيش ونعمل بها، ولا أحد يعرف بالضبط عدد الهواتف البلاستيكية الصغيرة الموجودة في العالم، ولكن التقدير الحالي هو أن هناك أكثر من 8.3 مليار اشتراك، وهذا أكثر من عدد سكان الكوكب في البلدان النامية حيث شبكات الخطوط الأرضية واسعة النطاق (الهواتف العادية الموصولة بالجدار) قليلة ومتباعدة، وأكثر من 93 % من الهواتف المستخدمة هي الهاتف المحمول، والهاتف المحمول (المعروف أيضا بإسم الهاتف النقال أو الجوال بشكل رئيسي في أوروبا) هو هاتف لاسلكي يوجه مكالماته عبر شبكة من الأعمدة المتصلة بشبكة الهاتف العامة الرئيسية، وإليك كيفية عمله.

يستخدم الهاتف المحمول تقنية لاسلكية

على الرغم من قيام الهاتف المحمول بنفس الوظيفة، إلا أن الخطوط الأرضية والهاتف المحمول يعمل بطريقة مختلفة تماما، فالخطوط الأرضية تحمل المكالمات على طول الكابلات الكهربائية، والخطوط الأرضية لا تختلف كثيرا عن هواتف الألعاب التي قد تكون صنعتها من قطعة من الخيط واثنين من علب الفاصوليا المخبوزة، فالكلمات التي تتحدثها تنتقل في النهاية إلى إتصال سلكي مباشر بين جهازي هاتف، وما هو مختلف في الهاتف المحمول هو أنه يمكنه إرسال واستقبال المكالمات بدون اتصالات سلكية من أي نوع، فكيف يفعل هذا؟ بإستخدام موجات الراديو الكهرومغناطيسية لإرسال واستقبال الأصوات التي عادة ما تنتقل عبر الأسلاك.

سواء كنت جالسا في المنزل، أو تمشي في الشارع، أو تقود سيارة، أو تركب قطارا، فأنت تستحم في بحر من الموجات الكهرومغناطيسية، وبرامج التلفزيون والراديو، والإشارات من السيارات التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو، والمكالمات الهاتفية اللاسلكية، وحتى أجراس الأبواب اللاسلكية كل هذه الأشياء تعمل بإستخدام الطاقة الكهرومغناطيسية، وأنماط متموجة من الكهرباء والمغناطيسية التي تنطلق وتنطلق بشكل غير مرئي عبر الفضاء بسرعة الضوء (300000 كم) أو 186000 ميل في الثانية، وتعد شبكات الهواتف المحمولة المصدر الأسرع نموا للطاقة الكهرومغناطيسية في العالم من حولنا.

كيف تنتقل مكالمات الهاتف المحمول ؟

عندما تتحدث في الهاتف المحمول، يقوم ميكروفون صغير في الهاتف المحمول بتحويل الأصوات المرتفعة والمنخفضة لصوتك إلى نمط متناظر من الإشارات الكهربائية، وتعمل رقاقة صغيرة داخل الهاتف المحمول على تحويل هذه الإشارات إلى سلاسل من الأرقام، ويتم تجميع الأرقام في موجة لاسلكية ويتم بثها من هوائي الهاتف (في بعض البلدان يطلق على الهوائي اسم أنتنا)، وتندفع موجة الراديو عبر الهواء بسرعة الضوء حتى تصل إلى أقرب سارية للهاتف المحمول.

يستقبل الصاري الإشارات ويمررها إلى محطته الأساسية، والتي تنسق بشكل فعال ما يحدث داخل كل جزء محلي من شبكة الهاتف المحمول، والتي تسمى خلية، ومن المحطة الأساسية يتم توجيه المكالمات إلى وجهتها، والمكالمات التي يتم إجراؤها من هاتف محمول إلى هاتف محمول آخر على نفس الشبكة تنتقل إلى وجهتها عن طريق توجيهها إلى المحطة الأساسية الأقرب إلى الهاتف، وأخيرا إلى ذلك الهاتف نفسه، والمكالمات التي يتم إجراؤها إلى هاتف محمول على شبكة مختلفة أو خط أرضي تتبع مسارا أطول، وقد يتعين توجيههم إلى شبكة الهاتف الرئيسية قبل أن يتمكنوا من الوصول إلى وجهتهم النهائية.

كيف تساعد السارية الهاتف المحمول ؟

للوهلة الأولى، يبدو الهاتف المحمول مثل أجهزة الراديو ذات الإتجاهين وأجهزة الإتصال اللاسلكي، حيث يكون لكل شخص راديو (يحتوي على كل من المرسل والمستقبل) الذي يبعث الرسائل ذهابا وإيابا مباشرة مثل لاعبي التنس الذين يعيدون الكرة، وتكمن مشكلة أجهزة الراديو مثل هذه في أنه لا يمكنك استخدام الكثير منها إلا في منطقة معينة قبل أن تبدأ الإشارات الصادرة عن زوج واحد من المتصلين في التدخل مع الإشارات الواردة من أزواج أخرى من المتصلين، وهذا هو السبب في أن الهاتف المحمول أكثر تطوراً ويعمل بطريقة مختلفة تماما.

يحتوي الهاتف المحمول على جهاز إرسال لاسلكي لإرسال إشارات الراديو من الهاتف وجهاز استقبال لاسلكي لاستقبال الإشارات الواردة من الهواتف الأخرى، وجهاز الإرسال والإستقبال اللاسلكي ليسا عاليي الطاقة، مما يعني أن الهاتف المحمول لا يمكنه إرسال إشارات بعيدة جدا هذا ليس عيبا إنه سمة متعمدة في تصميمه، وكل ما على الهاتف المحمول القيام به هو التواصل مع الساري المحلي والمحطة الأساسية، وما يجب أن تفعله المحطة الأساسية هو التقاط إشارات خافتة من العديد من الهواتف المحمولة وتوجيهها إلى وجهتها.

وهذا هو السبب في أن الصواري هي هوائيات ضخمة وعالية الطاقة (غالبا ما تكون مثبتة على تل أو مبنى مرتفع)، إذا لم يكن لدينا هوائيات، فسنحتاج إلى هواتف محمولة بهوائيات ضخمة وإمدادات طاقة عملاقة وستكون مرهقة للغاية بحيث لا يمكن استخدامها في التنقل، ويتصل الهاتف المحمول تلقائيا بأقرب خلية (الخلية ذات الإشارة الأقوى) ويستخدم أقل قدر ممكن من الطاقة للقيام بذلك قدر الإمكان (مما يجعل بطاريته تدوم لأطول فترة ممكنة ويقلل من احتمالية تداخله مع الهواتف الأخرى القريبة) .

ماذا تفعل الخلايا ؟





فلماذا تهتم بالخلايا؟ لماذا لا يتحدث الهواتف المحمولة مع بعضها البعض مباشرة؟ افترض أن العديد من الأشخاص في منطقتك يريدون جميعا استخدام هواتفهم المحمولة في نفس الوقت، وإذا كانت جميع هواتفهم ترسل وتستقبل المكالمات بالطريقة نفسها، بإستخدام نفس النوع من موجات الراديو فإن الإشارات ستتداخل وتتدافع معا وسيكون من المستحيل التمييز بين مكالمة وأخرى.

وتتمثل إحدى طرق التغلب على هذا في استخدام موجات راديو مختلفة لإجراء مكالمات مختلفة، وإذا كانت كل مكالمة هاتفية تستخدم ترددا مختلفا قليلا (عدد التموجات لأعلى ولأسفل في موجة الراديو في ثانية واحدة)، فمن السهل الفصل بين المكالمات، ويمكنهم السفر عبر الهواء مثل محطات الراديو المختلفة التي تستخدم نطاقات موجية مختلفة.

لا بأس إذا كان هناك عدد قليل من الأشخاص يتصلون في الحال، لكن لنفترض أنك في وسط مدينة كبيرة ويتصل بك الملايين من الناس في الحال، ثم ستحتاج إلى ملايين الترددات المنفصلة أكثر مما هو متاح عادة، والحل هو تقسيم المدينة إلى مناطق أصغر، حيث يخدم كل منها صواري ومحطة أساسية خاصة بها، وهذه المناطق هي ما نسميها الخلايا ويبدو أنها خليط من السداسيات غير المرئية.

وتحتوي كل خلية على محطتها الأساسية والصواري ويتم توجيه جميع المكالمات التي يتم إجراؤها أو استقبالها داخل تلك الخلية من خلالها، وتمكن الخلايا النظام من التعامل مع العديد من المكالمات مرة واحدة، لأن كل خلية تستخدم نفس مجموعة الترددات مثل الخلايا المجاورة لها، وكلما زاد عدد الخلايا، زاد عدد المكالمات التي يمكن إجراؤها في وقت واحد، وهذا هو السبب في أن المناطق الحضرية بها خلايا أكثر بكثير من المناطق الريفية ولماذا تكون الخلايا في المناطق الحضرية أصغر بكثير.


أنواع الهاتف المحمول

إستخدم الهاتف المحمول الأول التكنولوجي التناظري، وهذا إلى حد كبير يفسر كيف يمكن لعلب الفول أن تعمل مثل الهواتف أيضا، فعندما تتحدث على هاتف علبة فول مخبوز، فإن صوتك يجعل الوتر يهتز لأعلى ولأسفل (سريع جدا بحيث لا يمكنك رؤيته)، والإهتزازات ترتفع وتنخفض مثل صوتك، وبعبارة أخرى، إنها تشابه لصوتك ولهذا نسمي هذه التكنولوجيا التناظرية، ولا تزال بعض الخطوط الأرضية تعمل بهذه الطريقة اليوم.

تعمل معظم الهواتف المحمولة بإستخدام التكنولوجيا الرقمية فهي تحول صوتك إلى نمط من الأرقام ثم ترسلها عبر الهواء، واستخدام التكنولوجيا الرقمية له مزايا عديدة، ويعني أنه يمكن استخدام الهواتف المحمولة لإرسال واستقبال البيانات المحوسبة، ولهذا السبب يمكن لمعظم الهواتف المحمولة الآن إرسال واستقبال الرسائل النصية وصفحات الويب وملفات الموسيقى MP3 والصور الرقمية.

وتعني التكنولوجيا الرقمية أنه يمكن تشفير مكالمات الهاتف المحمول (الخلط باستخدام رمز رياضي) قبل أن تغادر هاتف المرسل، لذلك لا يمكن للتنصت اعتراضها، (كانت هذه مشكلة كبيرة في الهواتف التناظرية السابقة والتي يمكن لأي شخص اعتراضها باستخدام جهاز استقبال لاسلكي مصغر يسمى الماسح الضوئي) وهذا يجعل الهاتف المحمول الرقمي أكثر أمانا.

عالم الهاتف المحمول






لقد غير الهاتف المحمول بشكل كبير طريقة اتصال العالم، في أوائل التسعينيات، كان واحد في المائة فقط من سكان العالم يمتلكون هاتفا خلويا، واليوم، في عدد متزايد من البلدان يقضي الأشخاص وقتا أطول على هواتفهم المحمولة أكثر من وقتهم على الخطوط الأرضية، وفقا لقطاع تقييس الإتصالات، وفي عام 2001 كان 58 بالمائة فقط من سكان العالم لديهم إمكانية الوصول إلى شبكة الهاتف المحمول (2G) وبحلول عام 2019 ارتفع ذلك إلى 98.8٪.

وبحلول عام 2019 أيضا كان هناك أكثر من 8.3 مليار اشتراك في الهواتف المحمولة أكثر بقليل من عدد الأشخاص على هذا الكوكب كما أدى الهاتف المحمول إلى قفزة كبيرة في الوصول إلى الإنترنت، وفي نهاية عام 2016 ، اجتازت حركة مرور الإنترنت على الأجهزة المحمولة (الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية) حركة مرور بيانات سطح المكتب لأول مرة على الإطلاق، وبحلول نهاية عام 2019 ، كان 83 في المائة من سكان العالم لديهم اشتراكات نشطة في النطاق العريض عبر الهاتف المحمول، وهو ما يزيد عن خمسة أضعاف عدد المشتركين في النطاق العريض السلكي التقليدي (14.9 في المائة فقط).