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Was ist in einem Handy

Was ist in einem Handy

Das Mobiltelefon oder Mobiltelefon, wie es oft genannt wird, ist für das Netzwerk für den Betrieb des gesamten zellularen Telekommunikationsnetzes gleichermaßen wichtig. Trotz der enormen Stückzahlen, deren Herstellung immer noch erheblich ist, werden den Benutzern Rabatte als Anreize für die Nutzung eines bestimmten Netzwerks angeboten. Ihre Kosten spiegeln die Komplexität der Mobiltelefonelektronik wider. Sie umfassen verschiedene Bereiche der Elektronik, von Hochfrequenz (RF) über Signalverarbeitung bis hin zur allgemeinen Verarbeitung.

Das Design eines Mobiltelefons ist besonders herausfordernd. Sie müssen ein hohes Leistungsniveau bieten und gleichzeitig auf engstem Raum Platz finden. Außerdem muss die Elektronikschaltung nur sehr wenig Strom verbrauchen, damit die Lebensdauer zwischen den Ladungen erhalten bleibt.


Handy-Inhalte

Mobiltelefone enthalten eine große Anzahl von Schaltkreisen, von denen jedes sorgfältig entwickelt wurde, um seine Leistung zu optimieren. Das Mobiltelefon umfasst analoge Elektronik sowie digitale Schaltkreise, die von Prozessoren über Anzeige- und Tastaturelektronik reichen. Ein Mobiltelefon besteht normalerweise aus einer einzelnen Karte. Innerhalb dieser Karte gibt es jedoch eine Reihe unterschiedlicher Funktionsbereiche, die jedoch so konzipiert sind, dass sie sich zu einem vollständigen Mobiltelefon integrieren lassen:

  • Hochfrequenz - Empfänger und Sender
  • Digitale Signalverarbeitung
  • Analoge / digitale Umwandlung
  • Steuerprozessor
  • SIM- oder USIM-Karte
  • Leistungsregelung und Batterie

Hochfrequenzelemente

Der Hochfrequenzbereich des Mobiltelefons ist einer der entscheidenden Bereiche des Handy-Designs. Dieser Bereich des Mobiltelefons enthält alle Sende- und Empfängerschaltungen. Normalerweise werden im Entwurf für den Mobiltelefonempfänger im Allgemeinen direkte Konvertierungstechniken verwendet.

Das vom Empfänger ausgegebene Signal wird an einen sogenannten IQ-Demodulator angelegt. Hier werden die Daten in Form von "In-Phase" - und "Quadrature" -Komponenten auf den IQ-Demodulator angewendet und die Rohdaten zur weiteren Verarbeitung durch das Telefon extrahiert.

Auf der Sendeseite besteht eines der Schlüsselelemente des Schaltungsdesigns darin, den Batterieverbrauch auf ein Minimum zu beschränken. Für GSM ist dies kein allzu großes Problem. Die verwendete Modulation ist die Gaußsche minimale Umschalttaste. Diese Signalform enthält keine Amplitudenschwankungen und benötigt dementsprechend keine linearen Verstärker. Dies ist ein deutlicher Vorteil, da nichtlineare HF-Verstärker effizienter sind als lineare HF-Verstärker.

Leider verwendet EDGE eine 8-Punkt-Phasenumtastung (8PSK) und dies erfordert einen linearen HF-Verstärker. Da Linearverstärker erheblich mehr Strom verbrauchen, ist dies ein deutlicher Nachteil. Um dieses Problem zu überwinden, ist das Design für das Mobiltelefon so organisiert, dass dem Signal in einem frühen Stadium der Senderkette Phaseninformationen hinzugefügt werden und die Amplitudeninformationen am Endverstärker hinzugefügt werden.

Analog-Digital-Wandlung

Ein weiterer entscheidender Bereich jedes Mobiltelefondesigns ist die Schaltung, die die Signale zwischen analogen und digitalen Formaten umwandelt, die in verschiedenen Bereichen verwendet werden. Die Hochfrequenzabschnitte des Entwurfs verwenden analoge Techniken, während die Verarbeitung ausschließlich digital ist.

Die Digital / Analog-Wandlungsschaltung ermöglicht die Umwandlung der Sprache entweder von einem analogen oder in ein digitales digitales Format für den Sendepfad, aber auch zwischen digital und analog für den Empfangspfad. Es bietet auch Funktionen wie das Bereitstellen von analogen Spannungen zum Steuern des VCO im Synthesizer sowie das Überwachen der Batteriespannung, insbesondere während des Ladevorgangs. Es bietet auch die Konvertierung der Audiosignale zum und vom Mikrofon und Ohrhörer, sodass diese mit den digitalen Signalverarbeitungsfunktionen verbunden werden können.

Eine andere Funktion, die manchmal in diesem Bereich des Mobiltelefondesigns oder im DSP enthalten sein kann, ist die der Sprachcodecs. Da die Sprachdaten komprimiert werden müssen, damit sie innerhalb der maximal zulässigen Datenrate enthalten sind, muss das Signal digital komprimiert werden. Dies erfolgt mit einem sogenannten Codec.

Es gibt eine Reihe von Codec-Schemata, die im Allgemeinen von den Basisstationen unterstützt werden. Das erste, das in GSM verwendet wurde, war als LPC-RPE (Linear Prediction Coding - Regular Pulse Excitation) bekannt. Ein anderes Schema, das als AMR (Adaptive Multi-Rate) bekannt ist, ist mittlerweile weit verbreitet, da es ermöglicht, die Datenrate weiter zu reduzieren, wenn die Bedingungen dies zulassen, ohne die Sprachqualität zu stark zu beeinträchtigen. Durch Reduzieren der Sprachdatenrate wird weitere Kapazität im Netzwerk freigesetzt.

Digitale Signalverarbeitung

Die DSP-Komponenten des Mobiltelefon-Designs übernehmen die gesamte Signalverarbeitung. Prozesse wie die Hochfrequenzfilterung und die Signalkonditionierung bei den niedrigeren Frequenzen werden von dieser Schaltung durchgeführt. Darüber hinaus wird in diesem Bereich des Entwurfs eine Entzerrung und Korrektur für Mehrwegeffekte vorgenommen.

Obwohl diese Prozessoren traditionell stromhungrig sind, ermöglichen die aktuellen Prozessoren eine weitaus energieeffizientere Signalverarbeitung als bei Verwendung analoger Schaltungen.

Steuerprozessor

Der Steuerprozessor ist das Herzstück des Telefondesigns. Es steuert alle im Telefon ablaufenden Prozesse über das MMI (Man Machine Interface), das die Tastendrücke überwacht und dafür sorgt, dass die Informationen auf dem Bildschirm angezeigt werden. Es kümmert sich auch um alle anderen Elemente des MMI, einschließlich aller Menüs, die auf dem Telefon zu finden sind.

Eine weitere Funktion des Steuerprozessors besteht darin, die Schnittstelle zur Basisstation des Mobilfunknetzes zu verwalten. Die dafür erforderliche Software wird als Protokollstapel bezeichnet und ermöglicht es dem Telefon, Anrufe zu registrieren, zu tätigen und zu empfangen, zu beenden und auch die Übergaben zu verarbeiten, die erforderlich sind, wenn das Telefon von einer Zelle zur nächsten wechselt. Zusätzlich formatiert die Software die zu übertragenden Daten in das richtige Format, einschließlich Fehlerkorrekturcodes. Dementsprechend kann die Belastung dieses Prozessors sehr hoch sein, insbesondere wenn Interaktionen mit dem Netzwerk bestehen.

Die für die Interaktion mit dem Netzwerk verwendeten Protokolle werden mit dem Übergang von 2G zu 3G immer komplizierter. Mit der zunehmenden Anzahl von Mobilteilanwendungen steigt auch die Belastung des Prozessors. Um dem entgegenzuwirken, werden beim Entwurf für diesen Bereich der Telefonschaltung häufig ARM-Prozessoren verwendet. Dies ermöglicht das Erreichen eines hohen Verarbeitungsniveaus bei relativ geringem Stromverbrauch.

Eine weitere Anwendung, die in diesem Bereich des Designs des Mobiltelefons behandelt wird, ist die Überwachung des Batteriezustands und die Steuerung des Ladevorgangs. Angesichts der ausgeklügelten Überwachung und Steuerung, die erforderlich ist, um sicherzustellen, dass der Akku ordnungsgemäß geladen ist und der Benutzer über den verbleibenden Ladezustand informiert werden kann, ist dies ein wichtiger Bereich des Designs.

Batterie

Das Design und die Technologie der Batterien haben sich in den letzten Jahren erheblich weiterentwickelt. Dadurch konnten Mobiltelefone viel länger betrieben werden. Anfangs wurden Nickel-Cadmium-Zellen verwendet, diese wanderten jedoch zu Nickel-Metallhydrid-Zellen und dann zu Lithium-Ionen-Zellen. Da Telefone kleiner werden und mit einer einzigen Ladung länger arbeiten müssen, ist die Kapazität des Akkus sehr wichtig, und die Leistung dieser Zellen wird ständig verbessert.

Obwohl Mobiltelefone heutzutage zu den am häufigsten verwendeten elektronischen Geräten gehören, sind sie im Inneren dennoch kompliziert. Ein Verständnis der Grundlagen von Mobiltelefonen kann oft hilfreich sein, wenn man die Funktionsweise eines Mobilfunknetzes und der Mobilfunktechnologie im Allgemeinen betrachtet.

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