Користувач:Wiedeking/Псевдовипадкове перелаштування робочої частоти

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку


Методи модуляції
Аналогова модуляція
AM · ЧМ (FM) · ФМ (PM) · QAM · SSB
Цифрова модуляція
АМн · ФМн · ЧМн · GMSK
OFDM · COFDM · TCM
Імпульсна модуляція
АІМ[en] · ДМ · ІКМ · ΣΔ · ШІМ · ЧІМ · ФІМ
Розширення спектра
DSSS · FHSS
Див. також: Демодуляція

 

Розширення спектра зі стрибками частоти (FHSS) — це метод передачі радіосигналів шляхом швидкої зміни носійної частоти серед багатьох частот, що займають широкий спектральний діапазон. Зміни контролюються кодом, відомим як передавача, так і приймача. FHSS використовується для уникнення перешкод, запобігання прослуховування та забезпечення зв’язку з множинним доступом із кодовим розділенням (CDMA).

Смуга частот поділена на менші піддіапазони. Сигнали швидко змінюють («стрибають») свої носійні частоти серед центральних частот цих піддіапазонів у визначеному порядку. Перешкоди на певній частоті впливатимуть на сигнал лише протягом короткого інтервалу. [1]

FHSS пропонує чотири основні переваги перед передачею на фіксованій частоті:

  1. Сигнали FHSS дуже стійкі до вузькосмугових перешкод, оскільки сигнал переходить в інший діапазон частот.
  2. Сигнали важко перехопити, якщо шаблон стрибків частоти невідомий.
  3. Заклинювання також ускладнюється, якщо шаблон невідомий; сигнал може бути заглушений лише на один період стрибкоподібної зміни, якщо послідовність розширення невідома.
  4. Передачі FHSS можуть спільно використовувати діапазон частот з багатьма типами звичайних передач з мінімальними взаємними перешкодами. Сигнали FHSS створюють мінімальні перешкоди для вузькосмугового зв’язку, і навпаки.

Використання

[ред. | ред. код]

Військове

[ред. | ред. код]

Сигнали з розширеним спектром дуже стійкі до навмисного глушіння, якщо зловмисник не знає шаблону стрибкоподібної зміни частоти. Військові радіостанції генерують шаблон стрибкоподібної зміни частоти під керуванням секретного ключа безпеки передачі (TRANSEC), який відправник і одержувач заздалегідь спільно використовують. Цей ключ генерується такими пристроями, як KY-57 Speech Security Equipment. Військові радіостанції Сполучених Штатів, які використовують стрибкоподібну зміну частоти, включають сімейство JTIDS/MIDS, систему аеронавігаційного мобільного зв’язку HAVE QUICK і SINCGARS Combat Net Radio, Link-16.

Цивільне

[ред. | ред. код]

У США після того, як Федеральна комісія зв’язку (FCC) внесла зміни до правил, щоб дозволити системам FHSS використовувати нерегульовані 2.4 ГГц, багато споживчих пристроїв у цьому діапазоні використовують різні режими FHSS. eFCC CFR 47, частина 15.247, охоплює правила США для 902–928 МГц, 2400–2483,5 МГц і 5725–5850 діапазони МГц і вимоги до стрибкоподібної зміни частоти. [2]

Деякі рації, які використовують технологію FHSS, були розроблені для неліцензійного використання на 900 Діапазон МГц. Технологія FHSS також використовується в багатьох хобі-передавачах і приймачах, які використовуються для радіокерованих моделей автомобілів, літаків і дронів. Досягається певний тип множинного доступу, який дозволяє одночасно працювати сотням пар передавача/приймача на одному діапазоні, на відміну від попередніх радіокерованих систем FM або AM, які мали обмежену кількість одночасних каналів.

Технічні міркування

[ред. | ред. код]

Загальна пропускна здатність, необхідна для стрибкоподібної зміни частоти, набагато ширша, ніж необхідна для передачі тієї самої інформації з використанням лише однієї носійної частоти. Але оскільки передача відбувається лише на невеликій частині цієї смуги пропускання в будь-який момент часу, миттєва смуга пропускання перешкод насправді однакова. Не забезпечуючи додаткового захисту від широкосмугового теплового шуму, підхід зі стрибками частоти зменшує погіршення, спричинене джерелами вузькосмугових перешкод.

Одним із завдань систем зі стрибкоподібною зміною частоти є синхронізація передавача та приймача. Один із підходів полягає в тому, щоб мати гарантію, що передавач використовуватиме всі канали протягом фіксованого періоду часу. Потім приймач може знайти передавач, вибравши випадковий канал і прослухавши дійсні дані на цьому каналі. Дані передавача ідентифікуються спеціальною послідовністю даних, яка навряд чи виникне в сегменті даних для цього каналу, і сегмент також може мати контрольну суму для перевірки цілісності та подальшої ідентифікації. Передавач і приймач можуть використовувати фіксовані таблиці шаблонів стрибків частоти, щоб після синхронізації вони могли підтримувати зв’язок, дотримуючись таблиці.

У США, FCC частина 15 щодо неліцензійних систем з розширеним спектром у 902–928 рр. МГц і 2,4 Смуги ГГц дозволяють більше потужності, ніж дозволено для систем без розширеного спектра. І системи FHSS, і системи прямої послідовності з розширеним спектром (DSSS) можуть передавати на 1 Вт, що в тисячу разів перевищує обмеження в 1 міліват для систем без розширеного спектра. FCC також визначає мінімальну кількість частотних каналів і максимальний час перебування для кожного каналу.

Витоки

[ред. | ред. код]

У 1899 році Гульєльмо Марконі експериментував із частотно-вибірковим прийманням, намагаючись мінімізувати перешкоди. [3]

Найдавніші згадки про стрибкоподібні зміни частоти у відкритій літературі містяться в патенті США 725 605, виданому Ніколі Теслі 17 березня 1903 року [4], а також у книзі піонера радіо Джонатана Зенека «Бездротова телеграфія» (німецька, 1908, англійський переклад McGraw Hill, 1915). ), [5] [a] хоча Zenneck пише, що Telefunken вже пробував це. Нікола Тесла не згадує фразу «стрибки частоти» безпосередньо, але, безумовно, натякає на неї. Патент під назвою «Метод сигналізації» описує систему, яка уможливлює радіозв’язок без будь-якої небезпеки, що сигнали чи повідомлення будуть перешкоджати, перехоплюватися чи втручатися будь-яким чином. [6]

Німецькі військові обмежено використовували стрибки частоти для зв’язку між фіксованими командними пунктами під час Першої світової війни, щоб запобігти прослуховуванню британськими військами, які не мали технології, щоб стежити за послідовністю. [7] Книга Джонатана Зенека «Бездротова телеграфія» спочатку була опублікована німецькою мовою в 1908 році, але була перекладена англійською мовою в 1915 році, коли ворог почав використовувати стрибкоподібні зміни частоти на лінії фронту.

Польський інженер і винахідник Леонард Данілевич стверджував, що в 1929 році запропонував польському генеральному штабу концепцію стрибкоподібної зміни частоти, але вона була відхилена. [8]

У 1932 році U.S. Patent 1,869,659 був присуджений Віллему Броертьєсу під назвою «Метод збереження секретності при передачі бездротових телеграфних повідомлень», який описує систему, в якій «повідомлення передаються за допомогою групи частот... відомих відправнику». і одержувач окремо, і чергуються за бажанням під час передачі повідомлень».

Під час Другої світової війни Корпус зв'язку армії США винаходив систему зв'язку під назвою SIGSALY, яка включала розширений спектр в контексті однієї частоти. Але SIGSALY була надсекретною системою зв’язку, тому про її існування не було відомо до 1980-х років.

У 1942 році актриса Хеді Ламарр і композитор Джордж Антейл отримали U.S. Patent 2,292,387 на їхню «Секретну систему зв’язку» [9] [10], ранню версію стрибкоподібної зміни частоти за допомогою фортепіано для перемикання між 88 частотами для створення радіокерованих торпед. ворогам важче виявити або застрягти. Потім вони пожертвували патент ВМС США. [11]

Ідеї стрибків частоти, можливо, були знову відкриті в 1950-х роках під час патентного пошуку, коли приватні компанії незалежно розробляли множинний доступ із кодовим поділом прямої послідовності, форму розширеного спектра без стрибків частоти. </link>[ <span title="This claim needs references to reliable sources. (July 2023)">потрібне цитування</span> ] У 1957 році інженери відділу електронних систем Sylvania прийняли подібну ідею, використовуючи нещодавно винайдений транзистор замість годинникових механізмів Ламарра та Антейла. [9] </link>[ <span title="The material near this tag is possibly inaccurate or nonfactual. (October 2022)">сумнівно</span> ] У 1962 році ВМС США використовували роботу Відділу електронних систем Sylvania під час Кубинської ракетної кризи . [12]

Практичне застосування стрибкоподібної зміни частоти здійснив Рей Зінн, співзасновником корпорації Micrel. Зінн розробив метод, який дозволяє радіопристроям працювати без необхідності синхронізації приймача з передавачем. Використовуючи режими стрибкоподібної зміни частоти та режими розгортки, метод Зінна в основному застосовується в бездротових програмах із низькою швидкістю передачі даних, таких як вимірювання комунальних послуг, моніторинг і вимірювання машин і обладнання, а також дистанційне керування. У 2006 році Зінн отримав U.S. Patent 6,996,399 за його «Бездротовий пристрій і метод із використанням режимів стрибкоподібної зміни частоти та розгортки».

Варіації

[ред. | ред. код]

Розширений спектр з адаптивною перебудовою частоти (AFH), що використовується в Bluetooth, підвищує стійкість до радіочастотних перешкод, дозволяючи уникнути переповнення частот в послідовності перебудов. Такого роду адаптивну передачу легше реалізувати за допомогою FHSS, ніж за допомогою DSS.

Ключова ідея AFH полягає в тому, щоб використовувати лише «хороші» частоти й уникати «поганих» — тих, на яких спостерігається вибіркове завмирання частоти, тих, на яких третя сторона намагається спілкуватися, або тих, які активно глушать. Тому AFH має бути доповнений механізмом виявлення хороших і поганих каналів.

Але якщо радіочастотні перешкоди самі по собі є динамічними, то стратегія «усунення поганих каналів» AFH може не спрацювати. Наприклад, якщо існує кілька мереж зі стрибками частоти (наприклад, Bluetooth Piconet ), вони взаємно заважають, і стратегія AFH не дозволяє уникнути цих перешкод.

У версії 1.2 стандарту Bluetooth (2003) розв'язано проблему динамічних перешкод, поступового скорочення доступних каналів зі стрибками та зворотної сумісності із застарілими пристроями Bluetooth. Така ситуація часто трапляється в сценаріях використання неліцензійного спектра.

Крім того, очікується, що динамічні радіочастотні перешкоди виникнуть у сценаріях, пов’язаних із когнітивним радіо, коли мережі та пристрої мають працювати з частотою.

Модуляцію чирпу можна розглядати як форму стрибкоподібної зміни частоти, яка просто сканує доступні частоти в послідовному порядку для спілкування.

Стрибки частоти можуть бути накладені на інші модуляції або сигнали для підвищення продуктивності системи.

Дивись також

[ред. | ред. код]

Примітки

[ред. | ред. код]
  1. ↑ "Furthermore the apparatus can be so arranged that the wave-length is easily and rapidly changed and then vary the wave-length in accordance with a prearranged program, perhaps automatically. (This method was adopted by the Telefunken Co. at one time.)" Zenneck describes additional methods of security, including synchronizing receiving to only a subset of transmission.

Список літератури

[ред. | ред. код]
  1. ↑ Torrieri, Don (2018). Principles of Spread-Spectrum Communication Systems, 4th ed.
  2. ↑ 47 CFR § 15.247 - Operation within the bands 902–928 MHz, 2400–2483.5 MHz, and 5725–5850 MHz. LII / Legal Information Institute (англ.). law.cornell.edu. Процитовано 17 December 2019.
  3. ↑ Kahn, David (2014). How I Discovered World War II's Greatest Spy and Other Stories of Intelligence and Code. Auerbach Publications. с. 158. ISBN 9781466561991.
  4. ↑ Rothman, Tony (Jan–Feb 2019). Random Paths to Frequency Hopping. American Scientist. Т. 107, № 1. с. 46. doi:10.1511/2019.107.1.46. Процитовано 27 March 2024.
  5. ↑ Zenneck, Jonathan (August 1915). Receivers. Wireless Telegraphy (вид. 5th). New York: McGraw-Hill. с. 331.
  6. ↑ A short history of spread spectrum. EE Times. 26 січня 2012.
  7. ↑ Denis Winter. Haig's Command - A Reassessment.
  8. ↑ Danilewicz later recalled: "In 1929 we proposed to the General Staff a device of my design for secret radio telegraphy which fortunately did not win acceptance, as it was a truly barbaric idea consisting in constant changes of transmitter frequency. The commission did, however, see fit to grant me 5,000 zlotys for executing a model and as encouragement to further work." Cited in Władysław Kozaczuk (1984). Enigma: How the German Machine Cipher Was Broken, and How It Was Read by the Allies in World War II. с. 27.
  9. ↑ а б June 1941: Hedy Lamarr and George Antheil submit patent for radio frequency hopping. APS News. Т. 20, № 6. June 2011. Помилка цитування: Некоректний тег <ref>; назва «apt-news» визначена кілька разів з різним вмістом
  10. ↑ Wenner, Melinda (3 червня 2008). Hedy Lamarr: Not just a pretty face. Scientific American.
  11. ↑ Iancu, Andrei (19 May 2018). Remarks by Director Andrei Iancu at 2018 Military Invention Day. United States Patent and Trademark Office. United States Department of Commerce. Процитовано 25 February 2024.
  12. ↑ Commissariat, Tushna (1 серпня 2018). A tale of two lives. Physics World.

Бібліографія

[ред. | ред. код]

[[Категорія:Поширення радіохвиль]] [[Категорія:Цифрова модуляція]] [[Категорія:Мультиплексування]] [[Категорія:Сторінки з неперевіреними перекладами]]

Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=Користувач:Wiedeking/Псевдовипадкове_перелаштування_робочої_частоти&oldid=42618930