قفز ترددي
القفز الترددي Frequency-hopping spread spectrum، هو طريقة لنقل الإشارات الراديوية تعتمد في عملها على تغيير تردد حامل الاشارة، حيث تغيره عبر عدد من القنوات وفقا لسلسلة وهمية تعرفها كل من المحطة المرسلة والمستقبلة. ويمكن تعريفه بكلمات أخرى على انه التبديل المتكرر لتردد الحامل خلال الارسال الراديوي.
في القفز الترددي يقوم المرسل بتغير تردد الحامل، وعملية التغيير هذه تعرف باسم (القفز) حيث يقفز الحامل من تردد إلى آخر.. حيث يكون لدينا سلسلة محددة من القفزات و ميزة هذا القفز هو جعل الاشارة المرسلة تصادف قنوات مختلفة و اشارات تداخل مختلفة في كل مر يقفز فيها الحامل.. و هذا ما يجنبنا فشل الاتصال عند الإرسال على تردد معين ثابت بسبب مشاكل الخفوت أو التداخل التي يعاني منها هذا التردد المعين الثابت.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
الاستخدامات
الاستخدام المدني
يستخدم القفز الترددي غالبا لتقليل التشويش على الاتصال و تحسين الأمان و تجنب تداخل الحزم ضيقة النطاق (narrow band) و زيادة سعة الإشارة،و يستخدم نظام القفز الترددي أو ال frequency hopping في نظم الاتصالات اللاسلكية للحد من تأثير التداخل بين المستخدمين لنفس القناة الترددية co-channel interference وكذلك التقليل من الاخطاء الناتجة عن تعدد المسارات. فنجد انه في نظام ال GSM يستخدم كل من مسلك التقسيم الترددي FDMA ومسلك التقسيم الزمني TDMA وبذلك فإن عدد المستخدمين لنفس القناة الترددية يصل إلى 8 في نفس الوقت ويوزع الوقت بين المستخدمين بحيث يعطى كل مستخدم 577μs من الوقت.
وباستخدام القفز الترددي فإن التردد المخصص لمستخدم معين يتغير باستمرار وبذلك يتنقل المستخدم خلال المكالمة الواحدة إلى قنوات مختلفة يصل عددها إلى 124 قناة. ويتم الانتقال من قناة إلى قناة أخرى بمعدل معين وفي فترات زمنية محددة متفق عليها ويجب ان يتم ذلك بالتنسيق الدائم بين المرسل والمستقبل ويكون الفرق بين التردد المخصص لوصلة الهبوط downlink والتردد المخصص لوصلة الصعود uplink ثابت دائماً وهو 45MHz.
الاستخدام العسكري
وكذلك يستخدم في حالات الحرب لتجنب اعتراض الاتصال من قبل العدو..حيث أن الطاقة القليلة للإشارة المنقولة وفق مبدأ القفز الترددي و كذلك السلسلة الوهمية للترددات المستخدمة تجعل من اعتراض الاشارة امرا صعبا.
التقنيات المستخدم
تقوم الجهة المرسلة بنشر طاقة الاشارة التي تكون مركزة في الحزمة ضيقة النطاقnarrow_band و توزعها عبر عدد من القنوات الترددية في طيف الكترومغاطيسسي أوسع. حيث ينال كل تردد جزءاً فقط من الطاقة الإجمالية للإشارة.
إن الطاقة المتوسطة لكل بقعة ترددية = طاقة التي يؤمنها المرسل\ عدد البقع.
لقد أصبح استخدام القفز الترددي شائعا في السنوات الأخيرة حيث انه يسمح بنقل الاشارة عبر حزمة ترددية أوسع بكثير من تلك المطلوبة لنقل إشارة المعلومات لوحدها...
فوائد القفز الترددي
يمكننا تلخيص فوائد القفز الترددي بالنقاط التالية:
1- إن القفز الترددي مقاوم لتداخل الحزم ضيقة النطاق حيث انه يجعل الإشارات المتداخلة تتراجع إلى الخلفية.
2- إن الإشارات المنقولة بهذه الطريقة يصعب اعتراضها .. حيث أنها تبدو و كأنها ارتفاع في ضجيج الخلفية عندما يكشفها مستقبل الحزم الضيقة.. و لكشف هذه الإشارات يجب معرفة السلسلة الوهمية التي تنتقل وفقها الإشارات.
3- يمكنه التشارك مع عدد من أنواع النقل الأخرى في نفس الحزمة دون أن يسبب تداخل..حيث يزيد القفز الترددي من كفاءة الحزمة الترددية حيث يمكن استخدامها لأكثر من مهمة في آن واحد.
ربح المعالجة
نلاحظ أن نسبة الاشارة إلى الضجيج في خرج مفكك التعديل اكبر بكثير من نسبة الاشارة إلى الضجيج عند دخله.. حيث أن إشارة قفز ترددي بعرض حزمة يقابل 10 ميغا هرتز و معلومات لها عرض حزمة يقابل 1 كيلو هرتز يمكن أن تنتج ربح حوالي 40 ديسبل!! و ذلك وفق القانون التالي:
prossing gain=(RF_bandwidth)/(Information_bandwidth)
وفي حالتنا 10 ميجا\ا كيلو=10000 = 40 ديسبل.
مقاومة الضجيج
بما أن الإشارة ستنقل عبر عدد من ترددات الحامل.. فإن الترددات المعرضة للتشويش فقط هي التي ستتأثر و تؤثر على الإشارة .. فلو كنا ننقل إشارة ما عبر 500 بقعة ترددية و كانت هناك بقعة واحدة تتأثر بالتشويش.. فأن 1\500 فقط من الإشارة قد يتأثر بالتشويش..
أهمية المزامنة
يتوجب على المعدات المستخدمة في تطبيقات ارسال و استقبال اشارات القفز الترددي ان تحقق التزامن فيما بينها بشكل اسرع بكثير من المعدات التي تستخدم لتطبيقات اخرى.. حيث انها يجب ان تحقق التزامن فيما بينها في جزء صغير من الثانية .. و لذلك يعد القفز الترددي جيدا للنقل الصوتي حيث انه لا يتسبب في حدوث تأخير ملحوظ ..
كما يتوجب عليها ايضا ان تفصل بين الترددات المستخدمة بأكثر من عدة كيلوات من الهرتز كمجال امان حتى لاتشوش الترددات على بعضها..و لهذا فإن مجال الامان المستخدم هو 20 كيلو هرتز كحد ادنى للتطبيقات الصويتة و تطبيقات نقل المعطيات.
خوارزمية القفز الترددي
1- يرسل الجهة الطالبة او البادئة طلبا عبر قناة تحكمية أو عبر تردد محدد مسبقا.
2- ترسل الجهة المستقبلة عندها رقما مفتاحيا للجهة الطالبة.
3- يستخدم الرقم المفتاحي في توليد سلسلة من الترددات التي ستستخدم لاحقا في الاتصال .
4- تقوم الجهة الطالبة بعد ذلك بإرسال إشارة مزامنة عبر أول تردد من السلسة المولدة.
وبعدها تبدأ عملية الإرسال والاستقبال حيث يتم إزاحة الترددات بشكل متزامن بين الجهتين.
يمكن لكل من الجهة المرسلة و المستقبلة أن تملكا جدولا ثابتا لسلسلة القنوات الترددية المستخدمة ، و ذلك للاستمرار بالتواصل عبر اتباع الجدول فقط. وعند كل مقطع من القناة يرسل المرسل مكانه الحالي في الجدول.
ومما سبق نعلم ان التحديات التي تواجه القفز الترددي تكمن في إمكانية تحقيق التزامن بين كل من المرسل و المستقبل خلال زمن قصير و كذلك في عرض الحزمة الكبير الذي يتطلبه و الذي يفوق العرض المطلوب لإشارات ذات حامل ثابت وحيد.
أنواع القفز الترددي
يوجد نوعان من القفز الترددي وهما القفز الترددي البطيء slow frequency hopping والقفز الترددي السريع fast frequency hopping. في النوع الأول تتغير القناة الترددية بعد عدة تغيرات للمعلومات الرقمية. أما النوع الثاني فتتغير فيه القناة عدة مرات خلال معلومة رقمية واحدة.و فيما يلي شرح بسيط:
القفز البطيء
وفي هذه الحالة ينقل بت أو أكثر من المعلومات في قفزة واحدة.. و ميزة هذا النوع هي إمكانية تحقيق الكشف المتماسك... و يوجد في الأنظمة التي تستخدم هذا النوع من القفز الترددي إمكانية تصحيح الأخطاء أو إعادة النقص في المعلومات المنقولة في قفزة واحدة.
القفز السريع
وفي هذا النوع يقسم البت إلى عدة أقسام و يرسل كل قسم خلال قفزة واحدة.. و في هذا النوع يصعب تطبيق كشف متماسك.. و يستخدم هذا النقل MFSK OR FSK
التاريخ
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
انظر أيضا
هوامش
المصادر
- Władysław Kozaczuk, Enigma: How the German Machine Cipher Was Broken, and How It Was Read by the Allies in World War Two, edited and translated by Christopher Kasparek, Frederick, MD, University Publications of America, 1984, ISBN 0-89093-547-5.
وصلات خارجية
- FCC Part 15 Rules that cover frequency hopping
- Frequency hopping in unlicensed spectrum describes strategies for adaptive hopping in crowded spectrum, while considering the issues of radio etiquette and compliance with FCC Part 15 Rules