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¿Qué hay dentro de un teléfono celular?

¿Qué hay dentro de un teléfono celular?

El teléfono móvil o el teléfono celular, como se le llama a menudo, es igualmente importante para la red en el funcionamiento de la red completa de telecomunicaciones celulares. A pesar de la gran cantidad que se hace, su fabricación sigue costando una cantidad significativa, y se ofrecen descuentos a los usuarios como incentivos para utilizar una red en particular. Su costo es un reflejo de la complejidad de la electrónica de los teléfonos móviles. Comprenden varias áreas diferentes de la electrónica, desde la radiofrecuencia (RF) hasta el procesamiento de señales y el procesamiento general.

El diseño de un teléfono celular es particularmente desafiante. Deben ofrecer altos niveles de rendimiento, al tiempo que pueden caber en un espacio muy pequeño, y además de esto, los circuitos electrónicos deben consumir muy poca energía para que se pueda mantener la vida útil entre cargas.


Contenido del teléfono móvil

Los teléfonos móviles contienen una gran cantidad de circuitos, cada uno de los cuales está cuidadosamente diseñado para optimizar su rendimiento. El teléfono celular comprende electrónica analógica, así como circuitos digitales que van desde procesadores hasta electrónica de pantalla y teclado. Un teléfono móvil generalmente consta de una sola placa, pero dentro de esta hay una serie de áreas funcionales distintas, pero diseñadas para integrarse y convertirse en un teléfono móvil completo:

  • Radiofrecuencia: receptor y transmisor
  • Procesamiento de señales digitales
  • Conversión analógica / digital
  • Procesador de control
  • Tarjeta SIM o USIM
  • Control de energía y batería

Elementos de radiofrecuencia

La sección de radiofrecuencia del teléfono móvil es una de las áreas cruciales del diseño de un teléfono móvil. Esta área del teléfono móvil contiene todos los circuitos transmisores y receptores. Normalmente, las técnicas de conversión directa se utilizan generalmente en el diseño del receptor de teléfono móvil.

La salida de señal del receptor se aplica a lo que se denomina demodulador IQ. Aquí, los datos en forma de componentes "en fase" y "cuadratura" se aplican al demodulador IQ y los datos sin procesar se extraen para su posterior procesamiento por parte del teléfono.

En el lado de la transmisión, uno de los elementos clave del diseño del circuito es mantener el consumo de batería al mínimo. Para GSM esto no es un gran problema. La modulación utilizada es la codificación por desplazamiento mínimo gaussiano. Esta forma de señal no incorpora variaciones de amplitud y, en consecuencia, no necesita amplificadores lineales. Esta es una clara ventaja porque los amplificadores de RF no lineales son más eficientes que los amplificadores de RF lineales.

Desafortunadamente, EDGE utiliza modulación por desplazamiento de fase de ocho puntos (8PSK) y esto requiere un amplificador de RF lineal. Como los amplificadores lineales consumen mucha más corriente, esto es una clara desventaja. Para superar este problema, el diseño del teléfono móvil está organizado de modo que la información de fase se agregue a la señal en una etapa temprana de la cadena del transmisor y la información de amplitud se agregue en el amplificador final.

Conversión analógica a digital

Otra área crucial del diseño de cualquier teléfono móvil es el circuito que convierte las señales entre formatos analógicos y digitales que se utilizan en diferentes áreas. Las secciones de radiofrecuencia del diseño utilizan técnicas analógicas, mientras que el procesamiento es totalmente digital.

Los circuitos de conversión digital / analógica permiten convertir la voz de formato analógico o digital a digital para la ruta de envío, pero también entre digital y analógico para la ruta de recepción. También proporciona funciones como proporcionar voltajes analógicos para dirigir el VCO en el sintetizador, así como monitorear el voltaje de la batería, especialmente durante la carga. También proporciona la conversión de las señales de audio hacia y desde el micrófono y el auricular para que puedan interactuar con las funciones de procesamiento de señales digitales.

Otra función que a veces puede incluirse en esta área del diseño del teléfono móvil o dentro del DSP es la de los códecs de voz. Como los datos de voz deben comprimirse para permitir que estén contenidos dentro de la velocidad de datos máxima permitida, la señal debe comprimirse digitalmente. Esto se lleva a cabo utilizando lo que se denomina códec.

Hay varios esquemas de códecs que se pueden usar, todos los cuales generalmente son compatibles con las estaciones base. El primero que se utilizó en GSM se conoció como LPC-RPE (Codificación de predicción lineal - Excitación de pulso regular). Sin embargo, ahora se usa ampliamente otro esquema conocido como AMR (Adaptive Multi-Rate), ya que permite reducir aún más la velocidad de datos cuando las condiciones lo permiten sin afectar demasiado la calidad de la voz. Al reducir la tasa de datos de voz, se libera más capacidad en la red.

Procesamiento de señales digitales

Los componentes DSP del diseño del teléfono móvil se encargan de todo el procesamiento de la señal. Este circuito lleva a cabo procesos como el filtrado de radiofrecuencia y el acondicionamiento de señales en las frecuencias más bajas. Además de esto, en esta área del diseño se lleva a cabo la ecualización y corrección de los efectos de trayectos múltiples.

Aunque estos procesadores tradicionalmente están hambrientos de corriente, los procesadores actuales permiten que el procesamiento de la señal se lleve a cabo de una manera mucho más eficaz en cuanto a potencia que si se utilizan circuitos analógicos.

Procesador de control

El procesador de control está en el corazón del diseño del teléfono. Controla todos los procesos que ocurren en el teléfono desde la MMI (interfaz hombre-máquina) que monitorea las pulsaciones del teclado y ordena que la información se muestre en la pantalla. También se ocupa de todos los demás elementos del MMI, incluidos todos los menús que se pueden encontrar en el teléfono.

Otra función del procesador de control es gestionar la interfaz con la estación base de la red móvil. El software requerido para esto se conoce como pila de protocolos y permite al teléfono registrar, realizar y recibir llamadas, finalizarlas y también manejar los traspasos necesarios cuando el teléfono se mueve de una celda a la siguiente. Además, el software formatea los datos que se van a transmitir en el formato correcto con códigos de corrección de errores incluidos. En consecuencia, la carga en este procesador puede ser bastante alta, especialmente cuando hay interacciones con la red.

Los protocolos utilizados para interactuar con la red se vuelven cada vez más complicados con la progresión de 2G a 3G. Junto con el número cada vez mayor de aplicaciones de teléfonos móviles, la carga del procesador está aumentando. Para combatir esto, el diseño de esta área de los circuitos del teléfono a menudo usa procesadores ARM. Esto permite lograr altos niveles de procesamiento para niveles relativamente bajos de drenaje de corriente.

Otra aplicación manejada por esta área del diseño del teléfono móvil es la supervisión del estado de la batería y el control de la carga. En vista de la supervisión y el control sofisticados necesarios para garantizar que la batería se cargue correctamente y que el usuario pueda estar informado sobre el nivel de carga restante, esta es un área importante del diseño.

Batería

El diseño y la tecnología de las baterías han avanzado considerablemente en los últimos años. Esto ha permitido que los teléfonos móviles funcionen durante mucho más tiempo. Inicialmente se usaron celdas de níquel-cadmio, pero estas migraron a celdas de níquel-hidruro metálico y luego a celdas de iones de litio. Dado que los teléfonos se vuelven más pequeños y requieren que funcionen durante más tiempo con una sola carga, la capacidad de la batería es muy importante y, en todo momento, se mejora el rendimiento de estas celdas.

Aunque los teléfonos móviles son uno de los equipos electrónicos más comunes en la actualidad, son complicados por dentro. La comprensión de los conceptos básicos de la telefonía móvil a menudo puede ser útil cuando se analiza la forma en que funciona una red celular y la tecnología celular en general.

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