في الاتصالات اللاسلكية الحديثة، تعاني الموجات الهوائية من الازدحام الشديد. الأجهزة التي تعمل في نطاقات ISM (الصناعية والعلمية والطبية) المتاحة عالمياً، مثل نطاق 2.4 جيجاهرتز، تتنافس باستمرار على النطاق الترددي. إذا أرسلت أجهزة متعددة على نفس التردد بالضبط في وقت واحد، فستتصادم إشاراتها وتُفقد البيانات.
لضمان اتصال قوي في هذه البيئات الصاخبة، يعتمد مهندسو الترددات الراديوية على تقنية إرسال تُعرف باسم طيف المنثور بالقفز الترددي (FHSS).
نقدم حلولاً تصل إلى 40 جيجا هرتز.
ما هو القفز الترددي؟
طيف المنثور بالقفز الترددي (FHSS) هو طريقة لإرسال إشارات الراديو عن طريق التبديل السريع للموجة الحاملة بين العديد من قنوات التردد المتميزة.
بدلاً من البث على تردد واحد ثابت، يستخدم جهاز إرسال FHSS تسلسلاً شبه عشوائي لتغيير تردد تشغيله باستمرار. جهاز الاستقبال، المتزامن مع نفس التسلسل، “يقفز” مع جهاز الإرسال لالتقاط البيانات بدقة. بالنسبة لأي جهاز غير متزامن مع هذا التسلسل المحدد، تظهر إشارة FHSS ببساطة كضوضاء خلفية قصيرة ومنخفضة المستوى.
كيف يمنع FHSS التداخل؟
الميزة الأساسية لتقنية FHSS هي مقاومتها المذهلة لـ تداخل النطاق الضيق.
تخيل إرسالاً بتردد ثابت يعمل بالضبط عند 2.410 جيجاهرتز. إذا كانت هناك إشارة تداخل قوية تبث أيضاً عند 2.410 جيجاهرتز، فسيفشل رابط الاتصال تماماً. مع تقنية FHSS، قد تقفز الإشارة عبر 79 قناة مختلفة. إذا واجهت القناة رقم 5 تداخلاً شديداً، فقد تفقد عملية الإرسال جزءاً ضئيلاً من حزمة البيانات أثناء وجودها القصير على تلك القناة، ولكنها ستنجح في نقل بقية البيانات على القنوات الـ 78 الأخرى النظيفة. وتعمل بروتوكولات تصحيح الأخطاء المدمجة على استعادة هذا الجزء المفقود بسهولة.
التطبيقات التجارية في العالم الحقيقي
على الرغم من أن تقنية FHSS تبدو معقدة، إلا أنك على الأرجح تستخدمها يومياً:
- تقنية البلوتوث (Bluetooth): يعد البلوتوث الكلاسيكي أشهر تطبيق تجاري لتقنية FHSS. فهو يقسم نطاق 2.4 جيجاهرتز إلى 79 قناة ويقفز بمعدل 1600 مرة في الثانية، مما يسمح لسماعات الرأس اللاسلكية بالعمل بسلاسة حتى في غرفة مليئة بأجهزة توجيه Wi-Fi.
- إنترنت الأشياء الصناعي (IIoT): في المصانع الذكية، غالباً ما تتواصل أجهزة الاستشعار باستخدام أجهزة راديو FHSS بتردد 900 ميجاهرتز. تضمن هذه التقنية وصول بيانات المستشعر المهمة إلى غرفة التحكم دون انقطاع بسبب الضوضاء الكهربائية الناتجة عن المحركات الثقيلة.
مقارنة بين FHSS و DSSS
غالباً ما يتم مقارنة FHSS بتقنية طيف المنثور بالتتابع المباشر (DSSS) (المستخدمة في Wi-Fi).
- FHSS: يتجنب التداخل عن طريق الابتعاد عنه مادياً، والقفز إلى قناة نظيفة. وهو مقاوم للغاية للتداخل القوي ضيق النطاق.
- DSSS: يتجنب التداخل عن طريق نشر طاقة الإشارة عبر نطاق واسع جداً في وقت واحد باستخدام “رمز تشفير” رياضي. يتميز بسرعة نقل بيانات أعلى، ولكنه قد يتأثر إذا ارتفع مستوى الضوضاء في الخلفية بشكل كبير.
الأسئلة المكررة (FAQ)
س 1: هل تزيد تقنية FHSS من سرعة الإرسال؟ لا، لا تزيد تقنية FHSS بطبيعتها من سرعة نقل البيانات. في الواقع، هناك عبء إضافي طفيف بسبب عملية المزامنة ووقت التبديل بين القنوات. غرضها الأساسي هو تحسين موثوقية الإشارة ومنع التداخل.
س 2: كيف يعرف جهاز الإرسال والاستقبال التردد الذي يجب القفز إليه؟ يستخدمان خوارزمية مشتركة تولد تسلسلاً شبه عشوائي للقنوات. عندما يقترن الجهازان، يقومان بمزامنة ساعاتهما الداخلية لضمان القفز إلى نفس الترددات في نفس اللحظة.
س 3: هل يمكن لعدة شبكات FHSS العمل في نفس المنطقة؟ نعم. نظراً لأن تسلسلات القفز شبه عشوائية، فإن احتمال قفز شبكتين مستقلتين إلى نفس التردد في نفس الميلي ثانية منخفض جداً.