FHSS
FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) je jedna z metod pro bezdrátový přenos dat v rozprostřeném spektru. Její princip spočívá v přeskakování nosné frekvence mezi několika frekvencemi při přenosu bitu nebo bitů mezi vysílačem a přijímačem. FHSS nejprve rozdělí data na bloky. Po rozdělení dat je první blok odeslán na jedné bezdrátové frekvenci. Po odeslání prvního bloku potom se vysílač přeladí na jinou frekvenci a odešle další blok dat a znovu dojde k přeladění vysílače atd. Skupina frekvencí, mezi kterými se může vysílač a přijímač přelaďovat, je předem definovaná. Tyto předem definované frekvence se nazývají spektra. Tato metoda se používá k zamezení rušení vysílání na stejné nosné frekvenci a i k zabránění odposlouchávání bezdrátové komunikace. Což je výhoda FHSS oproti metodě přenosu s pevnou frekvencí Direct Sequence Spread Spectrum. Metoda se FHSS se používá například v neregulovaném (bezlicenčním) bezdrátovém pásmu 2,4 GHz pro mnoho spotřebitelských zařízení.
V USA a Kanadě se standard používá i v komunikaci bezdrátového pásma 902-928 MHz, což je v těchto zemích nelicencované ISM pásmo určené pro průmyslové, vědecké a lékařské účely, nikoliv primárně pro telekomunikace.
V Evropě se pro nelicencované ISM pásmo využívají odlišné frekvence 863 až 870 MHz. V České republice je maximální vyzářený výkon v tomto pásmu omezen Českým telekomunikačním úřadem pro zařízení na 25 mW EIRP. V tomto kmitočtovém pásmu lze provozovat zařízení s modulací FHSS se zabranou šířkou pásma ≤ 100 kHz, přičemž se upřednostňuje zabraná šířka pásma 100 kHz, umožňující dílčí dělení na 50 kHz nebo 25 kHz. Klíčovací poměr se vztahuje na celkové vysílání v uvedeném pásmu a u zařízení provozovaných pouze v kmitočtovém úseku 865–868 MHz může být zvýšen až na 1 %.[1]
Příklady použití
[editovat | editovat zdroj]Vojenská technika
[editovat | editovat zdroj]FHSS se používá v některých vojenských technologiích pro své bezpečnostní výhody. Díky přepínání frekvence FHSS odstraňuje rušení a odposlechu, což je dostatečně vhodné pro bezpečné taktické operace.
Civilní sektor
[editovat | editovat zdroj]- Bluetooth nebo ZigBee využívá FHSS v pásmu 2,4 GHz k připojení zařízení, jako jsou sluchátka, klávesnice a ovladače. Frekvenční přeskakování minimalizuje rušení a zajištěné spolehlivé spojení, a to i v prostředí s více zařízeními Bluetooth.
- Využití technologie je i pro průmyslovou a logistickou automatizace, jako jsou skladové roboty nebo autonomní vysokozdvižné vozíky.
- Další příklad jsou vozové parky chytrých měst (samořídící taxíky a rozvážkové roboty).
- Starší bezdrátové systémy s normou 802.11 (například BreezeNet). V České republice se například přenos využívá někdy i pro přenos internetového připojení v lokalitách s vysokou mírou vysílačů a možného vzájemného rušení. Dnes jsou většinou tyto technologie nahrazeny jinými systémy se širokopásmovou modulací (vyšší datová propustnost).
Drony
[editovat | editovat zdroj]Některé drony využívají FHSS pro spolehlivé spojení mezi dronem a jeho ovladačem, které snižuje riziko rušení od jiných zařízení pracujících ve stejném frekvenčním pásmu. Tato technika je zvláště výhodná v prostředí s vysokým RF provozem, jako jsou městské oblasti, kde mnoho zařízení pracuje na podobných frekvencích.
Výhody
[editovat | editovat zdroj]- Zamezení rušení: Signál neustále mění frekvenci, což snižuje pravděpodobnost rušení jiných zařízení na jednom kanálu.
- Zvýšené zabezpečení: Rozprostřené spektrum s frekvenčním přeskakováním ztěžuje neoprávněným uživatelům zachycení nebo narušení signálu, protože by k dekódování přenosu potřebovali znát vzorec nastavené metody přeskakování.
Nevýhody
[editovat | editovat zdroj]- Reálná nižší propustnost dat než metoda DSSS, nebo OFDM.
Varianty
[editovat | editovat zdroj]Existují 2 verze protokolu používaný společností Futaba:
- Fast Hopping (F-FHSS) – protokol používaný společností Futaba, v RC modelech 2,4 GHz, starší technologie. Ke skokům dochází i v průběhu přenosu jednoho bitu. Má omezený počet kanálů (obvykle 4) a nepodporuje přenos telemetrických dat zpět do vysílače.
- Slow Hopping (S-FHSS) – vylepšená a zjednodušená verze FHSS protokolu. Přenese se několik bitů než dojde ke změně frekvence. Nabízí 8 a více kanálů, vysokou rychlost přenosu (low latency) a spolehlivost pro většinu aplikací.[2]
Standard IEEE 802.11
[editovat | editovat zdroj]Původní standardy pro bezdrátovou komunikaci IEEE 802.11 (publikovaných mezi lety 1997-1999) umožňovaly v bezlicenčním frekvenčním pásmu 2,4–2,483 GHz:
- Severní Amerika: vytvoření až 75 kanálů pro skokovou sekvenci o šířce 1 MHz s maximálním vysílacím výkonem 1 W a 4 W EIRP včetně antény
- Evropa: vytvoření až 20 kanálů pro skokovou sekvenci s maximálním vysílacím výkonem 100 mW EIRP.
- Japonsko: frekvenční pásmo 2471-2497 MHz s možností vytvoření až 10 kanálů pro skokovou sekvenci.[3]
Přenos byl zajištěn pomocí metody FHSS nebo DSSS. Novější verze standardů 802.11 (g, n, ac a ax) používají jiné metody kódování umožňující dosažení vyšší přenosové rychlosti dat, například širokopásmovou modulaci OFDM nebo OFDMA.
Princip fungování FHSS
[editovat | editovat zdroj]- Vysílač mění (nebo „přeskakuje“) svou nosnou frekvenci v pevných intervalech (obvykle milisekundách nebo méně) podle pseudonáhodné sekvence přeskakování známé vysílači i přijímači. Přelaďování frekvencí se řídí kódovaným vzorem, známým pouze autorizovaným zařízením. FHSS má definovaný vlastní inicializační sekvenci bitů (hlavičku – header), aby přijímač byl schopen rozpoznat použitý modulační formát a očekávanou délku datového řetězce. Například v technologii tehdejší izraelské společnosti BreezeCom v zařízení BreezeNet se tyto hlavičky jsou vždy přenášely rychlostí 1,6 Mb/s a obsahovali pole, na základě kterého následná rychlost přenosu dat mohla být zvýšena na 3,2 Mb/s. Tuto technologii v ČR například používali poskytovatelé internetového připojení pro komerční uživatele.
- Opakování vysílání v případě chybného spojení – pokud je jedna frekvence blokována ve stejnou chvíli jiným přijímačem nebo vysílačem, data jsou znovu vyslána na odlišné nosné frekvenci. FHSS tedy umožňuje koexistenci více systémů (System Collocation) v jedné lokalitě. Například v případě použití systému BreezeNet to bylo až 26, prakticky cca 15 zařízení na jedné fyzické lokalitě v pásmu 2,4 GHz. Umístění více systémů v jednom místě je umožněno použitím různých sekvencí v každém systému FHSS má tudíž menší problémy s vícecestným šířením signálů.
Reference
[editovat | editovat zdroj]- ↑ Všeobecné oprávnění č. VO-R/10/07.2021-8 k využívání rádiových kmitočtů a k provozování zařízení krátkého dosahu. [online]. Český telekomunikační úřad [cit. 2025-01-26]. Dostupné online.
- ↑ Radio Protocols. Futaba UK [online]. [cit. 2026-01-26]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ Frequency Hopping Spread Spectrum PHY of the 802.11 Wireless LAN Standard [online]. BreezeCom [cit. 2025-01-26]. Dostupné online.
