FHSS

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

FHSS (ang. Frequency-hopping spread spectrum) – metoda rozpraszania widma w systemach szerokopasmowych. W tłumaczeniu wprost jest to skakanie sygnału po częstotliwościach w kolejnych odstępach czasu, w dostępnym widmie (paśmie).

Można wyróżnić dwie podstawowe odmiany: F-FHSS (fast-) i S-FHSS (slow-FHSS). W wersji F-FHSS zmiana częstotliwości następuje kilkukrotnie w czasie trwania bitu. W wersji S-FHSS czas trwania bitu jest krótszy (lub równy) czasowi przebywania na danej częstotliwości.

Przykładem może być tutaj sieć GSM, która może wykorzystywać FHSS do zmniejszenia ryzyka zakłócania sygnału transmitowanego pomiędzy nadawcą a stacją bazową (BTS).

Zasada działania FHSS[edytuj]

Mechanizm FHSS umożliwia w prosty sposób jednoczesną pracę wielu systemów łączności w tym samym paśmie częstotliwości. Jednocześnie zapewnia równomierne rozłożenie obciążenia w nośniku. Zasada działania przeskoku częstotliwości (frequency hopping) polega na tym, że zarówno nadajnik jak i odbiornik zmieniają w określonych cyklach częstotliwość nośną.

Specyfikacja IEEE802.11 przewiduje dla FHSS do 79 niepokrywających się pasm częstotliwości, każde o szerokości 1 MHz. Pasma te zgromadzone są w trzy grupy, każda o 26 wzorach. Kolejność częstotliwości wynika z pewnej sekwencji bazowej, która odpowiada pseudolosowemu łańcuchowi w przedziale 0-78.

Minimalny przeskok częstotliwości wynosi sześć kanałów. Jeżeli sekwencja bazowa wynosi np.:

b[i]=0,1,2,\dots,54,\dots,78

częstotliwość transmisji sekwencji bazowej wynosi wówczas:

f_0(i)=2402+b[i]\;

Częstotliwość transmisji k-tego wzoru obliczono na podstawie tej sekwencji bazowej ma postać:

f_k(i) = 2402 + (b[i] + k) \mod 79\;

W krajach o ograniczonej szerokości pasm ISM (Japonia, Francja, Hiszpania) możliwa gęstość pracujących urządzeń spada wraz z liczbą dostępnych pasm częstotliwości.

Format ramki[edytuj]

Ramka składa się z preambuły, nagłówka i właściwych danych użytecznych.

  • Preambuła – składa się z następujących ciągów bitowych:
    • pierwsze 80 bitów służy głównie do rozpoznania sygnału,
    • kolejne 16 bitów – frame delimiter – do synchronizacji.
  • Nagłówek (header):
    • rozpoczyna się 12-bitowym słowem length (PLW), które zawiera informacje o długości pakietów w bitach,
    • Kolejny element to 4-bitowy singnaling fidel (PSF), który zawiera informacje o pożądanej szybkości transmisji,
    • Nagłówek zamyka header error check o długości 16 bitów, obliczonych na podstawie CRC.
  • Właściwe dane użyteczne.

Preambuła i nagłówek przesyłane są zasadniczo z szybkością 1Mb/s, podczas gdy szybkość transmisji pakietów danych może wynosić 1 lub 2 Mb/s. Pierwotny standard IEEE 802.11 z 1997 roku przewidywał szybkość 1 Mb/s dla wszystkich urządzeń. Dopiero później dopisano 2 Mb/s jako opcje. Zwiększenie szybkości transmisji wynika z wielopoziomowej modyfikacji pierwotnej modulacji GFSK. Podwaja ona szybkość do dwóch bitów na symbol.

Odmianą systemu FHSS jest metoda AFH (Adaptive Frequency-hopping spread spectrum), stosowana w technologii Bluetooth. Przełączanie sygnału z bardziej używanych częstotliwości na mniej zajęte pozwala na zmniejszenie prawdopodobieństwa wystąpienia zakłóceń, spowodowanych przez interferencje spowodowane przez fale radiowe generowane przez inne nadajniki.

Historia[edytuj]

Pierwsze wzmianki o możliwości powstania systemu komunikacji szerokopasmowej, pojawiły się na początku XX w., w książce pioniera radiofonii Jonathana Zanecka. Pionierami w zastosowaniu byli Niemcy, którzy wykorzystali go na niewielką skalę przeciwko Brytyjczykom w czasie Pierwszej Wojny Światowej. W okresie międzywojennym pomysły stworzenia systemu przedstawili m.in. pracujący dla polskiego wywiadu inż. Leonard Danilewicz i Willem Broertjes, który otrzymał na niego patent US 1,869,659 w 1932 roku. Najbardziej znany patent[1] dotyczący systemu komunikacji szerokopasmowej należy do aktorki austriackiej Hedy Lamarr i kompozytora Georga Antheila. Mąż aktorki był producentem broni i słuchała ona częstych dyskusji na temat jak łatwo jest zakłócić sterowane radiem torpedy. Nasunęło jej to pomysł żeby wykorzystać metodę w której sygnał sterujący torpedami można nadawać nie na jednej częstotliwości, lecz na kilku częstotliwościach przełączając je w regularnych odstępach zarówno w odbiorniku jak i w nadajniku. Synchronizacja miała być zapewniona przy pomocy kart perforowanych. Postanowili wykorzystać system analogiczny do stosowanego w sterowanej papierowymi kartami dziurkowanymi pianoli. Uzyskali na to patent US 2,292,387 w 1942. Patent ten został utajniony i był niedostępny przez kilkadziesiąt lat. Pomysł był wtedy za trudny do zrealizowania. Dopiero w połowie lat 50. XX wieku armia amerykańska zaczęła praktyczną realizację tego pomysłu[2].

Przypisy

  1. US Patent 2,292,387
  2. Dave Mock, The Qualcomm Equation, 2005, ISBN 0-8144-0818-4, Amacom, New York

Zobacz też[edytuj]