اقرأ في هذا المقال
- ما هو انتشار الطيف في الحوسبة المتنقلة؟
- مشاكل انتشار الطيف
- أسباب استخدام Spread Spectrum
- أنواع الطيف المنتشر
يتم استعمال فئة جماعية من تقنيات إرسال الإشارات قبل إرسال إشارة لتوفير اتصال آمن، يُعرف باسم تعديل الطيف المنتشر، والميزة الرئيسية لتقنية اتصالات الطيف الممتد هي منع “التداخل” سواء كان مقصوداً أو غير مقصود، كما يتم استخدام هذه التقنيات لأغراض عسكرية، وتنتشر إشارات الطيف هذه بكثافة منخفضة للطاقة ولها انتشار واسع للإشارات.
ما هو انتشار الطيف في الحوسبة المتنقلة؟
انتشار الطيف: هو تقنية تستعمل للاتصالات اللاسلكية في الاتصالات السلكية واللاسلكية والاتصالات الراديوية، وفي هذه التقنية يتم تغيير تردد الإشارة المرسلة، أي إشارة كهربائية أو إشارة كهرومغناطيسية أو إشارة صوتية، وبشكل متعمد ويولد نطاقاً ترددياً أكبر بكثير من الإشارة إذا لم يتغير ترددها.
أي أنّ “Spread Spectrum” هي تقنية يتم فيها تغيير طفيف للإشارات المرسلة، ولترددات معينة للحصول على نطاق ترددي أكبر مقارنة بعرض النطاق الأولي، كما تُستخدم تقنية الطيف المنتشر على نطاق واسع في إرسال إشارات الراديو؛ لأنّها يمكن أن تقلل بسهولة من الضوضاء ومشاكل الإشارة الأخرى.
مشاكل انتشار الطيف:
- إنّ الإشارة التي يكون ترددها ثابتاً عرضة لتداخل كارثي، حيث يحدث هذا التداخل عند إرسال إشارة أخرى على تردد إشارة محددة أو بالقرب منه.
- يمكن بسهولة اعتراض إشارة التردد الثابت، لذلك فهي غير مناسبة للتطبيقات التي يجب أن تبقى المعلومات سرية بين المصدر “الطرف المرسل” والمستقبل.
يتم استخدام نموذج الطيف المنتشر للتغلب على نموذج الاتصال التقليدي، حيث يتنوع تردد الإشارة المرسلة بشكل متعمد عبر جزء كبير نسبياً من طيف الإشعاع الكهرومغناطيسي، كما يتم إجراء هذا الاختلاف وفقاً لوظيفة رياضية محددة ولكنّها معقدة، وإذا كان جهاز الاستقبال يريد اعتراض الإشارة، فيجب ضبطها على الترددات التي تختلف بدقة وفقاً لهذه الوظيفة.
أسباب استخدام Spread Spectrum:
- يتم توزيع إشارات الطيف المنتشر على مدى واسع من الترددات، وبعد ذلك يتم جمعها واستقبالها مرة أخرى إلى المستقبل، كما إنّ إشارات النطاق العريض تشبه الضوضاء ويصعب اكتشافها.
- في البداية، تم اعتماد الطيف المنتشر في التطبيقات العسكرية بسبب مقاومته للتشويش وصعوبة الاعتراض.
- الآن، يستخدم هذا أيضاً في الاتصالات اللاسلكية التجارية.
- هو الأكثر تفضيلاً بسبب قدرته المفيدة على استخدام النطاق الترددي.
- يمكنه إنشاء وسيلة اتصال آمنة بنجاح.
- يمكن أن يزيد من مقاومة التداخل الطبيعي، مثل الضوضاء والتشويش، لمنع الكشف.
- يمكن أن يحد من كثافة تدفق الطاقة، فعلى سبيل المثال في وصلات القمر الصناعي الهابطة.
- يمكنه تمكين الاتصالات متعددة الوصول.
أنواع الطيف المنتشر:
أولاً: طيف انتشار قفز التردد “FHSS”:
يسمح طيف انتشار قفز التردد “FHSS” باستخدام عرض النطاق الترددي بشكل صحيح وأقصى حد، وفي هذه التقنية يتم توزيع النطاق الترددي المتاح بالكامل إلى العديد من القنوات وينتشر بين القنوات، ويتم ترتيبه بشكل مستمر، كما يتم اختيار فواصل التردد بشكل عشوائي، ويتم إرسال إشارات التردد وفقاً لشغلها، كما تستمر أجهزة الإرسال والاستقبال في التنقل بين القنوات المتاحة لفترة زمنية معينة بالمللي ثانية، لذلك يمكنك أن ترى أنّها تنفذ تعدد إرسال بتوزيع التردد وتعدد إرسال بتقسيم الوقت في وقت واحد في “FHSS”.
- “FHSS” هي اختصار لـ “Frequency Sequence Spread Spectrum”.
أنواع FHSS:
- التنقل البطيء، حيث يتم إرسال بتات متعددة على تردد معين أو نفس التردد.
- التنقل السريع، يتم تقسيم البتات الفردية ثم نقلها على ترددات مختلفة.
مزايا طيف انتشار القفز الترددي “FHSS”:
- أكبر ميزة للقفز الترددي “Spread Spectrum” هي كفاءتها العالية.
- تُعد إشارات الطيف المنتشر أو الطيف المنتشر لقفز التردد شديدة المقاومة للتداخل الضيق؛ لأنّ الإشارة تنتقل إلى نطاق تردد مختلف.
- يتطلب وقتاً أقصر للاكتساب.
- إنّه آمن للغاية، ومن الصعب للغاية اعتراض إشاراتها إذا كان نمط قفز التردد غير معروف، ولهذا السبب يفضل استخدامها في الخدمات العسكرية.
- يمكننا برمجته بسهولة لتجنب بعض أجزاء الطيف.
- يمكن أن تشترك إرسالات الطيف المنتشر “FHSS” في نطاق تردد مع العديد من أنواع عمليات الإرسال التقليدية بأقل تداخل متبادل.
- تضيف إشارات “FHSS” الحد الأدنى من التداخل إلى الاتصالات ضيقة النطاق والعكس صحيح.
- يوفر نطاق ترددي كبير جداً.
- يمكن تنفيذه ببساطة مقارنة بـ “DSSS”.
عيوب القفز الترددي طيف الانتشار “FHSS”:
- “FHSS” أقل قوة، لذلك يتطلب أحيانًا تصحيح الخطأ.
- يحتاج “FHSS” إلى أجهزة توليف تردد معقدة.
- يدعم “FHSS” معدل بيانات أقل يبلغ “3 ميجابت في الثانية” مقارنة بمعدل بيانات “11 ميجابت في الثانية” المدعوم بواسطة “DSSS”.
- إنّه ليس مفيداً جداً لقياسات النطاق والمدى.
- يدعم نطاق التغطية الأقل بسبب ارتفاع متطلبات نسبة الإشارة إلى الضوضاء “SNR” في جهاز الاستقبال.
- لا تحظى بشعبية كبيرة بسبب ظهور تقنيات لاسلكية جديدة في المنتجات اللاسلكية.
ملاحظة:“SNR” هي اختصار لـ “Signal to Noise Ratio”.
تطبيقات الطيف الموزع لقفز التردد “FHSS”:
- تُستخدم “FHSS” أيضاً في معيار شبكات المنطقة الشخصية اللاسلكية “WPAN” للبلوتوث.
ملاحظة:“WPAN” هي اختصار لـ “Wireless Personal Area Network”.
ملاحظة: “WLAN” هي اختصار لـ “Wireless Local Area Network”.
ثانياً: طيف انتشار التسلسل المباشر “DSSS”:
الطيف المنتشر بالتتابع المباشر “DSSS”: هو أسلوب لتشكيل الطيف الممتد يستخدم بشكل أساسي لتقليل تداخل الإشارة الإجمالي في الاتصالات، حيث يجعل تعديل الطيف الترددي المتسلسل المباشر الإشارة المرسلة أوسع في عرض النطاق الترددي من عرض النطاق الترددي للمعلومات، أمّا في “DSSS” يتم تعديل بتات رسالة من خلال عملية تسلسل بت تعرف باسم تسلسل الانتشار، وتُعرف بتة تسلسل الانتشار هذه بالرقاقة، كما لها مدة أقصر بكثير أي عرض نطاق ترددي أكبر من بتات الرسالة الأصلية.
- “DSSS” هي اختصار لـ “Direct Sequence Spread Spectrum”.
فوائد DSSS:
- في تقنية “DSSS”، يتم تقسيم البيانات التي يجب نقلها إلى كتل أصغر.
- بعد ذلك، يتم إرفاق كل كتلة بيانات بتسلسل بت معدل بيانات مرتفع ويتم نقلها من طرف المرسل إلى نهاية المتلقي.
- يتم إعادة تجميع كتل البيانات مرة أخرى لإنشاء البيانات الأصلية في نهاية جهاز الاستقبال، والتي تم إرسالها من قبل المرسل بمساعدة تسلسل بت معدل البيانات.
- في حالة فقدان البيانات بطريقة ما، يمكن أيضاً استرداد كتل البيانات باستخدام بتات معدل البيانات هذه.
- الميزة الرئيسية لتقسيم البيانات إلى كتل أصغر هي أنّه يقلل من الضوضاء والاستدلال غير المقصود.
أنواع “DSSS”:
- طيف واسع الانتشار.
- طيف واسع النطاق ضيق.
مزايا “DSSS”:
- طيف انتشار “DSSS” أقل تردداً في الضوضاء، هذا هو السبب في أنّ أداء نظام “DSSS” في وجود الضوضاء أفضل من نظام “FHSS”.
- في طيف “DSSS”، يصعب اكتشاف الإشارات.
- يوفر أفضل تمييز ضد إشارات تعدد المسارات.
- في الطيف المنتشر بالتسلسل المباشر، هناك فرص قليلة جداً للتشويش؛ لأنّه يتجنب التداخل المتعمد مثل التشويش بشكل فعال.
عيوب “DSSS”:
- يستغرق نظام الطيف “DSSS” وقت اكتساب كبير، وهذا هو سبب بطء أدائها.
- يتطلب قنوات واسعة النطاق مع تشويه طور صغير.
- في “DSSS”، يولد مولد الضوضاء الزائفة تسلسلاً بمعدلات عالية.
تطبيقات “DSSS”:
- يتم استخدام طيف “DSSS” في تقنية “LAN“.
- يتم استخدام طيف “DSSS” أيضاً في تكنولوجيا الاتصالات عبر الأقمار الصناعية.
- يتم استخدام “DSSS” في الجيش والعديد من التطبيقات التجارية الأخرى.
- يتم استخدامه في الاحتمال المنخفض لإشارة التقاطع.
- يدعم الوصول المتعدد بتقسيم الكود.
ملاحظة:“LAN” هي اختصار لـ “Local Area Network”.
