القفز الترددي Frequency-hopping spread spectrum، هوطريقة لنقل الإشارات الراديوية تعتمد في عملها على تغيير تردد حامل الاشارة، حيث تغيره عبر عدد من القنوات وفقا لسلسلة وهمية تعهدها جميع من المحطة المرسلة والمستقبلة. ويمكن تعريفه بحدثات أخرى على انه التبديل المتكرر لتردد الحامل خلال الارسال الراديوي.

في القفز الترددي يقوم المرسل بتغير تردد الحامل، وعملية التغيير هذه تعهد باسم (القفز) حيث يقفز الحامل من تردد إلى آخر.. حيثقد يكون لدينا سلسلة محددة من القفزات وميزة هذا القفز هوجعل الاشارة المرسلة تصادف قنوات مختلفة واشارات تداخل مختلفة في جميع مر يقفز فيها الحامل.. وهذا ما يجنبنا فشل الاتصال عند الإرسال على تردد معين ثابت بسبب مشاكل الخفوت أوالتداخل التي يعاني منها هذا التردد المعين الثابت.

الاستخدامات

الاستخدام المدني

يستخدم القفز الترددي غالبا لتقليل التشويش على الاتصال وتحسين الأمان وتجنب تداخل الحزم ضيقة النطاق (narrow band) وزيادة سعة الإشارة،ويستخدم نظام القفز الترددي أوال 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 جميع من مسلك التقسيم الترددي FDMA ومسلك التقسيم الزمني TDMA وبذلك فإن عدد المستخدمين لنفس القناة الترددية يصل إلىثمانية في نفس الوقت ويوزع الوقت بين المستخدمين بحيث يعطى جميع 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 الانتنطق 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 وهو45MHz.

الاستخدام العسكري

وكذلك يستخدم في حالات الحرب لتجنب اعتراض الاتصال من قبل العدو..حيث حتى الطاقة القليلة للإشارة المنقولة وفق مبدأ القفز الترددي وكذلك 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 وتوزعها عبر عدد من القنوات الترددية في طيف الكترومغاطيسسي أوسع. حيث ينال جميع 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- إذا القفز الترددي مقاوم لتداخل الحزم ضيقة النطاق حيث انه يجعل الإشارات المتداخلة تتراجع إلى الخلفية.

2- إذا الإشارات المنقولة بهذه الطريقة يصعب اعتراضها .. حيث أنها تبدووكأنها ازدياد في ضجيج الخلفية عندما يكشفها مستقبل الحزم الضيقة.. ولكشف هذه الإشارات يجب فهم السلسلة الوهمية التي تنتقل وفقها الإشارات.

3- يمكنه التشارك مع عدد من أنواع النقل الأخرى في نفس الحزمة دون حتى يسبب تداخل..حيث يزيد القفز الترددي من كفاءة الحزمة الترددية حيث يمكن استخدامها لأكثر من مهمة في آن واحد.

ربح المعالجة

نلاحظ حتى نسبة الاشارة إلى الضجيج في خرج مفكك التعديل اكبر بكثير من نسبة الاشارة إلى الضجيج عند دخله.. حيث حتى إشارة قفز ترددي بعرض حزمة يقابلعشرة ميغا هرتز ومعلومات لها عرض حزمة يقابل 1 كيلوهرتز يمكن حتى تنتج كسب حوالي 40 ديسبل!! وذلك وفق القانون التالي:

prossing gain=(RF_bandwidth)/(Information_bandwidth)

وفي حالتناعشرة ميجا\ا كيلو=10000 = 40 ديسبل.

مقاومة الضجيج

بما حتى الإشارة ستنقل عبر عدد من ترددات الحامل.. فإن الترددات المعرضة للتشويش فقط هي التي ستتأثر وتؤثر على الإشارة .. فلوكنا ننقل إشارة ما عبر 500 بقعة ترددية وكانت هناك بقعة واحدة تتأثر بالتشويش.. فأن 1\500 فقط من الإشارة قد يتأثر بالتشويش..

أهمية المزامنة

يتوجب على المعدات المستخدمة في تطبيقات ارسال واستقبال 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 .. ولذلك 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..ولهذا فإن مجال الامان المستخدم هو20 كيلوهرتز كحد ادنى للتطبيقات الصويتة وتطبيقات نقل المعطيات.

خوارزمية القفز الترددي

1- يرسل الجهة الطالبة اوالبادئة طلبا عبر قناة تحكمية أوعبر 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 والمستقبلة حتى تملكا جدولا ثابتا لسلسلة القنوات الترددية المستخدمة ، وذلك للاستمرار بالتواصل عبر اتباع الجدول فقط. وعند جميع مبتر من القناة يرسل المرسل مكانه الحالي في الجدول.

ومما تجاوز نفهم ان التحديات التي تقابل القفز الترددي تكمن في إمكانية تحقيق التزامن بين جميع من المرسل والمستقبل خلال زمن قصير وكذلك في عرض الحزمة الكبير الذي يتطلبه والذي 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.وفيما يلي شرح بسيط:

القفز البطيء

وفي هذه الحالة ينقل بت أوأكثر من المعلومات في قفزة واحدة.. وميزة هذا النوع هي إمكانية تحقيق الكشف المتماسك... ويوجد في الأنظمة التي تستخدم هذا النوع من القفز الترددي إمكانية تسليم الأخطاء أوإعادة النقص في المعلومات المنقولة في قفزة واحدة.

القفز السريع

وفي هذا النوع يقسم البت إلى عدة أقسام ويرسل جميع قسم خلال قفزة واحدة.. وفي هذا النوع يصعب تطبيق كشف متماسك.. ويستخدم هذا النقل MFSK OR FSK

التاريخ

انظر أيضا

• Direct-sequence spread spectrum
• القفز الترددي الديناميكي
• قائمة الاكتشافات المتعددة
• Maximum length sequence
• Orthogonal frequency-division multiplexing
• Radio frequency sweep
• طيف منتشر

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