نظام الوصول المتعدد للقفز الترددي في الاتصالات FHMA

يتيح “FHMA” للعديد من المستخدمين شغل نفس الطيف في نفس الوقت، حيث يبقى كل مستخدم في قناة معينة ضيقة النطاق في فترة زمنية محددة اعتماداً على رمز “PN” الفريد للمستخدم، كما يتم ذلك عن طريق السماح لمحطات الاستقبال والإرسال بضبط التردد بسرعة في تسلسل شبه عشوائي بين عدة قنوات راديو منفصلة.

ما هو نظام الوصول المتعدد للقفز الترددي  FHMA

الوصول المتعدد للقفز الترددي”FHMA”: هو تقنية إرسال طيف منتشر، والتي تسمح للاتصالات الصوتية أو البيانات المتزامنة بمشاركة نفس وسيط الاتصال بالضبط.

تتم مزامنة أجهزة الإرسال والاستقبال مع تسلسل التنقل المحسوب من خوارزمية محددة مسبقاً ويمكن تعديل تسلسل التنقل هذا بشكل فعال لتجنب التداخل والإرسالات الأخرى في نفس نطاق التردد.

• “FHMA” هي اختصار لـ “Frequency Hopping Multiple Access”.

• “PN” هي اختصار لـ “pseudo-noise”.

أساسيات نظام الوصول المتعدد للقفز الترددي  FHMA

يتم تجزئة البيانات الرقمية لكل مستعمل إلى رشقات ذات حجم موحد والتي يتم إرسالها على قنوات مختلفة داخل نطاق الطيف المخصص، كما إنّ عرض النطاق الآني لأي رشقة إرسال صغير جداً مقارنة بعرض نطاق الانتشار الكامل، حيث يعمل التعديل العشوائي الكاذب على ترددات قنوات المستخدم على توزيع إشغال القنوات بشكل عشوائي في أي وقت ممّا يسمح بالنفاذ المتعدد عبر نطاق واسع من الترددات.

في مستقبل قفز التردد “FH” يتم استخدام رمز “PN” مصمم محلياً لمزامنة التردد اللحظي للمستقبل مع تردد جهاز الإرسال، وفي أي فترة زمنية معينة لا تشغل إشارة قفز التردد إلّا قناة واحدة ضيقة نسبياً مثل “FM” ضيقة النطاق أو “FSK“.

يتمثل الاختلاف الأساسي بين تقنية “FHMA” وتقنية “FDMA” القياسية في أنّ إشارة قفز التردد تضبط القنوات على فترات زمنية سريعة، وفي حالة ارتفاع معدل تغير تردد الموجة الحاملة عند مقارنته بمعدل الرمز تُعرف هذه التقنية غالبًا باسم نظام قفز التردد السريع.

وإذا كان معدل التغيير أقل من معدل الرمز أو مساوياً له فيتم الإشارة إليه على أنه نظام قفز التردد البطيء، وبالتالي يمكن اعتبار نظام القفز السريع للترددات كنظام “FDMA” يستخدم تنوع التردد، كما تستخدم أنظمة “FHMA” عموماً تعديل غلاف متسق وموفر للطاقة، كما يمكن تصميم أجهزة استلام فعالة من حيث التكلفة لتوفير كشف غير متماسك لـ “FHMA”، ويشير هذا إلى أن الخطية ليست مصدر قلق وأنّ قوة العديد من المستخدمين في المستقبل لا تقلل من أداء “FHMA”.

• “FH” هي اختصار لـ “Frequency Hopping”.

• “FDMA” هي اختصار لـ “Frequency Division Multiple Access”.

• “FSK” هي اختصار لـ “Frequency Shift Keying”.

• “FM” هي اختصار لـ “frequency modulation”.

الهدف من نظام الوصول المتعدد للقفز الترددي  FHMA

ميزتان رئيسيتان لقفزات التردد هما أنّه يمكن تنفيذه على نطاق تردد أكبر بكثير ممّا يمكن تنفيذ التمديد بالتتابع المباشر وأنّه يمكن تقسيم النطاق إلى مقاطع غير متجاورة، والميزة رئيسية أخرى هي أنّ القفز الترددي يوفر مقاومة للتداخل متعدد الوصول بينما لا يتطلب التحكم في الطاقة لمنع المشكلة القريبة من البعيدة.

ونظراً لأنّ أنظمة التسلسل المباشر لا يمكنها الهروب من المشكلة شبه البعيدة عن طريق التنقل، فإنّ التحكم الدقيق في الطاقة أمر بالغ الأهمية ولكنّه يصبح أقل فاعلية مع زيادة معدل الخبو، كما ستكون مزايا قفز الترددات حاسمة في العديد من التطبيقات، وعلى سبيل المثال يستخدم نظام “Bluetooth” وأجهزة الراديو ذات الشبكة القتالية قفز التردد لتجنب المشكلة القريبة البعيدة.

عادةً ما تكون أنظمة التنقل بين الترددات جزءًا من شبكة النفاذ المتعدد بتقسيم الشفرات لقفزات التردد “FH / CDMA”، حيث تشترك جميع الأنظمة في نفس قنوات التردد M، وفي شبكة “FH / CDMA” متزامنة تنسق الأنظمة انتقالات التردد وأنماط التنقل، وبالتالي يمكن استيعاب ما يصل إلى إشارات قفز التردد M في نفس الوقت بواسطة الشبكة مع تداخل غير مهم في الوصول المتعدد في أي من المستقبلات النشطة.

وتنسيق الشبكة أسهل بكثير في التنفيذ من شبكة “DS / CDMA” لأنّ محاذاة التوقيت يجب أن تكون ضمن جزء صغير من مدة القفزة بدلاً من جزء صغير من شريحة تسلسل الانتشار، كما يمكن استيعاب إشارات المسيرات المتعددة والأخطاء في تقديرات المدى بتكلفة معينة في الطاقة لكل بت معلومات عن طريق زيادة وقت التبديل بين نبضات قفز التردد.

• “CDMA” هي اختصار لـ “Code Division Multiple Access”.

الفرق بين FHMA وFDMA

• إنّ إشارة قفز التردد تغير القنوات بفاصل سريع.

• إذا كان معدل التغيير في تردد الموجة الحاملة أكبر من معدل الرمز، فيشار إليه على أنه قفز التردد السريع. “FDMA”.

• “FHMA” هو نظام رقمي متعدد الوصول تتنوع فيه ترددات الموجة الحاملة للمستخدمين الفرديين بطريقة شبه عشوائية داخل قناة عريضة النطاق.

• في الارسال “FH” يتم تجزئة البيانات الرقمية إلى دفعات ذات حجم موحد والتي يتم إرسالها على ترددات حاملة مختلفة.

• عرض النطاق الترددي اللحظي لأي رشقة إرسال أصغر بكثير من عرض النطاق الكلي للتمديد.

• إنّ التغيير العشوائي الكاذب لترددات الموجة الحاملة للمستعمل يجعل شغل قناة معينة عشوائياً في أي وقت معين.

تطور نظام الوصول المتعدد للقفز الترددي  FHMA

يتم تقييم مدى ملاءمة الوصول المتعدد لقسم رمز التنقل “SFHCDMA” لتطبيقات الوصول المحلي اللاسلكي، وتشير التحقيقات في القناة اللاسلكية إلى أنّ قفز التردد يخفف من خصائص الانتشار الضعيفة المرتبطة بالحركة المنخفضة الشائعة للتطبيقات اللاسلكية الثابتة، وباستخدام التحليل الإحصائي ونماذج المحاكاة يتضح أنّ قناة قافز التردد تعرض تنوع التردد المتأصل.

وبالتالي فإنّ معمارية “FH” مقاومة لتأثيرات التداخل بين الرموز من التشتت الزمني الكبير الذي يحدث بشكل متكرر في القناة اللاسلكية، وعلاوة على ذلك ينتج عن تنوع التداخل في “SFH-CDMA” تقنية واجهة هوائية قوية، ومن خلال تقنيات المحاكاة تم إثبات أنّ “SFH-CDMA” يمكنه دعم حاملي الخدمة متوسطي السعر أي حوالي “1 ميجابت في الثانية” المطلوبة للوصول اللاسلكي المحلي ومع توفير سعة عالية.

تم اقتراح الوصول المتعدد بتقسيم رمز قفزة التردد البصري السريع “FH-CDMA” لشبكات المنطقة المحلية ذات النطاق الترددي العالي، كما يتم تحقيق التشفير وفك التشفير عن طريق حواجز شبكية من الألياف “Bragg” قابلة للضبط، حيث يوفر القفز الترددي العديد من المزايا مقارنة بتقنيات الوصول المتعدد البصرية “CDMA” المقترحة سابقاً، كما يوفر الاستخدام المتزامن لمجالي الوقت والتردد مرونة ملحوظة في اختيار الرموز.

ومع ذلك فإنّ مجموعات الرموز التي تم تطويرها مسبقًا لاتصالات التردد اللاسلكي “RF” لا تنطبق بشكل مباشر على نظام “FH-CDMA” البصري، وعندما يتم تطبيق مجموعة تسلسل القفز الترددي “FHS” على نظام قفز التردد متعدد الوصول “FHMA” تؤثر خصائص ارتباط المطرقة غير الدورية “AHC” أو الفترة الجزئية على تزامن النظام وأداء الاكتساب عند الاستلام محطات.

ومع ذلك بالنسبة لمجموعة “FHS”، كما إنّ طريقة إنشاء مجموعات “FHS” جديدة من خلال مجموعات “FHS” أخرى مع خاصية “PPHC” المثلى، ومن خلال هذه الطريقة تتمتع بالمرونة في اختيار معلمات مجموعات “FHS” المنشأة حديثاً بحيث يمكن الحصول على عدد كبير من مجموعات “FHS” الجديدة، وبعد ذلك يتم تحليل أداء “AHC” لمجموعات “FHS” المشيدة حديثاً وتقديم فئتين جديدتين من مجموعات “FHS” بخاصية “AHC” جيدة.

• “SFHCDMA” هي اختصار لـ “Slow Frequency Hopping Code Division Multiple Access”.

• “FHS” هي اختصار لـ “Frequency Hopping Sequence”.