주파수 호핑 퍼짐 스펙트럼

Frequency-hopping spread spectrum
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주파수 홉핑 확산 스펙트럼(Frequency-hopping spread spectrum, FHSS)은 큰 스펙트럼 대역을 차지하는 많은 주파수 중 반송파 주파수를 빠르게 변화시켜 무선 신호를 전송하는 방법입니다.변경 사항은 송신기와 수신기 모두에 알려진 코드에 의해 제어됩니다.FHSS는 간섭을 피하고 도청을 방지하며 CDMA(code-division multiple access) 통신을 활성화하는 데 사용됩니다.

주파수 대역은 더 작은 서브밴드로 나뉩니다.신호들은 결정된 순서에 따라 이들 서브밴드의 중심 주파수들 사이에서 그들의 반송파 주파수들을 빠르게 변화시킵니다("홉").특정 주파수에서의 간섭은 짧은 [1]간격 동안에만 신호에 영향을 미칩니다.

FHSS는 고정 주파수 전송에 비해 다음과 같은 4가지 주요 이점을 제공합니다.

  1. FHSS 신호는 신호가 다른 주파수 대역으로 홉핑하기 때문에 협대역 간섭에 매우 저항력이 높습니다.
  2. 주파수 홉핑 패턴을 모르는 경우 신호를 차단하기가 어렵습니다.
  3. 패턴을 알 수 없는 경우에는 재밍도 어렵습니다. 확산 시퀀스를 알 수 없는 경우에는 단일 호핑 기간 동안만 신호를 잡을 수 있습니다.
  4. FHSS 전송은 상호 간섭을 최소화하면서 많은 유형의 기존 전송과 주파수 대역을 공유할 수 있습니다.FHSS 신호는 협대역 통신에 최소한의 간섭을 더하며, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

사용.

군사의

확산 스펙트럼 신호는 상대가 주파수 호핑 패턴에 대해 알고 있지 않는 한 의도적인 방해에 매우 저항력이 높습니다.군용 무전기는 송신자와 수신자가 사전에 공유하는 비밀 송신 보안 키(TRANSEC)의 제어 하에 주파수 호핑 패턴을 생성합니다.이 키는 KY-57 음성 보안 장비와 같은 장치에서 생성됩니다.주파수 호핑을 사용하는 미군 무전기에는 JTIDS/MIDS 계열, HAVE QUICK Aeronautical Mobile Communications 시스템, SINCGARS Combat Net Radio, Link-16 등이 있습니다.

민간인

미국에서, 연방통신위원회(FCC)가 비규제 2.4 GHz 대역에서 FHSS 시스템을 허용하도록 규칙을 개정한 이후, 해당 대역의 많은 소비자 기기는 다양한 FHSS 모드를 사용해 왔습니다. eFCC CFR 47 part 15.247은 902–928 MHz, 2400–2483.5 MHz 및 5725–5850 MHz 대역에 대한 미국의 규정을 다루고 있습니다.주파수 [2]호핑을 위한 요구사항.

FHSS 기술을 사용하는 일부 무전기는 900MHz 대역에서 무허가 사용을 위해 개발되었습니다.FHSS 기술은 또한 무선 제어 모형 자동차, 비행기 및 드론에 사용되는 많은 취미용 송신기 및 수신기에 사용됩니다.동시 채널이 제한적이었던 이전의 FM 또는 AM 라디오 제어 시스템과는 달리, 다중 접속 방식을 통해 수백 개의 송신기/수신기 쌍을 동일한 대역에서 동시에 운용할 수 있습니다.

기술적 고려사항

주파수 호핑에 필요한 전체 대역폭은 하나의 반송파 주파수만을 사용하여 동일한 정보를 전송하는 데 필요한 대역폭보다 훨씬 넓습니다.그러나 전송은 주어진 시간에 이 대역폭의 작은 부분에서만 이루어지기 때문에, 순간 간섭 대역폭은 실제로 동일합니다.주파수 호핑 방식은 광대역 열 잡음에 대한 추가 보호를 제공하지 않지만 협대역 간섭원에 의한 열화를 감소시킵니다.

주파수 홉핑 시스템의 과제 중 하나는 송신기와 수신기를 동기화하는 것입니다.한 가지 방법은 송신기가 정해진 시간 내에 모든 채널을 사용할 것을 보장하는 것입니다.그러면 수신기는 임의의 채널을 선택하고 해당 채널에서 유효한 데이터를 청취함으로써 송신기를 찾을 수 있습니다.송신기의 데이터는 이 채널의 데이터 세그먼트를 통해 발생할 가능성이 없는 특수한 데이터 시퀀스에 의해 식별되며, 세그먼트에는 무결성 검사 및 추가 식별을 위한 체크섬이 있을 수도 있습니다.송신기와 수신기는 주파수 홉핑 패턴의 고정된 테이블을 사용할 수 있으므로 한번 동기화되면 테이블을 따라 통신을 유지할 수 있습니다.

미국에서, 902–928 MHz 및 2.4 GHz 대역의 비면허 확산 스펙트럼 시스템에 대한 FCC 파트 15는 비확산 스펙트럼 시스템에 허용되는 전력보다 더 많은 전력을 허용합니다.FHSS와 DSSS(Direct-sequence spread-spectrum) 시스템 모두 1와트로 전송할 수 있으며, 이는 비확산 스펙트럼 시스템의 1밀리와트 한계보다 1,000배 증가한 수치입니다.FCC는 또한 각 채널에 대해 최소 주파수 채널 수와 최대 체류 시간을 규정합니다.

오리진스

1899년 굴리엘모 마르코니는 간섭을 최소화하기 위해 주파수 선택 수신을 실험했습니다.[3]

1903년 3월 17일 Nikola Tesla에게 수여된 미국 특허 725,605와 라디오 개척자 Jonathan Zenneck의 책 Wireless Telegraphy(독일어, 1908, 영어 번역 McGraw Hill, 1915)[4][a]에서, 비록 Telefunken이 이미 그것을 시도했다고 Zenneck이 쓰고 있지만, 개방형 문헌에서 주파수 호핑에 대한 최초의 언급은 있습니다.니콜라 테슬라는 "주파수 깡충깡충"이라는 말을 직접 언급하지는 않았지만, 분명 이를 암시하고 있습니다."Method of Signaling"이라는 제목의 이 특허는 신호 또는 메시지가 방해받고, 가로채고, 어떤 [5]방식으로든 간섭을 받을 위험 없이 무선 통신을 가능하게 하는 시스템에 대해 설명합니다.

독일군은 [6]순서를 따를 기술이 없는 영국군의 도청을 막기 위해 제1차 세계대전 당시 고정된 지휘소 간 통신을 위해 주파수 호핑을 제한적으로 사용했습니다.Jonathan Zenneck의 책 Wireless Telegraphy는 원래 1908년에 독일어로 출판되었지만, 적들이 전선에서 주파수 호핑을 사용하기 시작하면서 1915년에 영어로 번역되었습니다.

폴란드의 기술자이자 발명가인 레오나르드 다닐레비츠는 1929년에 폴란드 총참모부에 주파수 호핑의 개념을 제안했다고 주장했지만 [7]거절당했습니다.

1932년 미국 특허 1,869,659는 "무선 전신 메시지 전송의 비밀 유지 방법"으로 명명된 Willem Broertjes에게 수여되었는데, 이는 "메시지가 주파수 그룹에 의해 전송되는" 시스템을 설명합니다.발신자와 수신자가 단독으로 알고, 메시지를 전송하는 동안 마음대로 교대로 사용할 수 있습니다."

제2차 세계 대전 당시 미국 육군 신호단은 단일 주파수 맥락에서 확산 스펙트럼을 통합한 SIGSALY라는 통신 시스템을 개발하고 있었습니다.하지만 SIGSALY는 극비 통신 시스템이었기 때문에 1980년대가 되어서야 그 존재가 알려졌습니다.

1942년, 여배우 헤디 라마르와 작곡가 조지 안틸은 "비밀 [8][9]통신 시스템"으로 미국 특허 2,292,387을 받았습니다. 이 시스템은 무선 유도 어뢰가 적들이 탐지하거나 교란하기 더 어렵게 만들기 위해 88개의 주파수 중에서 전환하기 위해 피아노 롤을 사용한 주파수 호핑의 초기 버전입니다.미 해군은 이 아이디어를 거부하고 1942년에 "외계인 재산"[citation needed]으로 압류했지만 (라마르는 오스트리아인이었습니다) 작업 장치가 생산된 기록이 전혀 없이 제출했습니다.

Lamar와 Antheil의 아이디어는 1950년대에 민간 회사들이 직접 시퀀스 코드 분할 다중 액세스(spread-frequency-hopping form of spread-spectrum)[citation needed]를 독자적으로 개발하던 중 특허 검색 중에 재발견되었을 수 있습니다.1957년, 실베니아 전자 시스템 부서의 엔지니어들은 Lamar와 Antheil의 시계 조작 [8][dubious – discuss]기술 대신에 최근에 발명된 트랜지스터를 사용하는 비슷한 아이디어를 채택했습니다.1962년 쿠바 미사일 [10]위기 당시 미 해군은 실베니아 전자시스템 부서의 업무를 활용했습니다.

주파수 호핑의 실용적인 응용은 Micrel Corporation의 공동 설립자인 Ray Zinn에 의해 개발되었습니다.Zinn은 무선 장치가 수신기와 송신기를 동기화할 필요 없이 작동할 수 있도록 하는 방법을 개발했습니다.주파수 호핑(hopping) 및 스위프(sweep) 모드를 사용하는 Zinn의 방법은 주로 유틸리티 미터링, 기계 및 장비 모니터링 및 미터링, 원격 제어와 같은 낮은 데이터 전송률 무선 애플리케이션에 적용됩니다.2006년에 Zinn은 "주파수 호핑 및 스위프 모드를 사용하는 무선 장치 및 방법"으로 미국 특허 6,996,399를 받았습니다.

변주곡

블루투스에 사용되는 AFH(adaptive frequency-hopping spread spectrum)는 호핑 시퀀스에서 혼잡한 주파수를 방지하여 무선 주파수 간섭에 대한 저항을 향상시킵니다.이러한 종류의 적응형 전송은 DSSS보다 FHSS로 구현하기가 더 쉽습니다.

AFH 이면의 핵심 아이디어는 "좋은" 주파수만 사용하고 "나쁜" 주파수는 사용하지 않는 것입니다. 주파수 선택적 퇴색을 경험하는 주파수, 제3자가 통신하려고 하는 주파수, 또는 능동적으로 방해를 받는 주파수를 사용하는 주파수입니다.따라서, AFH는 좋은 채널과 나쁜 채널을 검출하기 위한 메커니즘으로 보완되어야 합니다.

그러나 무선 주파수 간섭 자체가 동적인 경우, AFH의 "나쁜 채널 제거" 전략이 잘 작동하지 않을 수 있습니다.예를 들어, (블루투스 Piconet과 같이) 여러 개의 코로케이티드 주파수 홉핑 네트워크가 있는 경우, 이들은 상호 간섭을 하고 있고 AFH의 전략은 이러한 간섭을 피하지 못합니다.

동적 간섭, 이용 가능한 호핑 채널의 점진적 감소 및 레거시 블루투스 장치와의 역호핑 문제는 블루투스 표준(2003) 버전 1.2에서 해결되었습니다.그러한 상황은 종종 비면허 스펙트럼을 사용하는 시나리오에서 발생할 수 있습니다.

또한, 동적 무선 주파수 간섭은 인지 무선과 관련된 시나리오에서 발생할 것으로 예상되며, 여기서 네트워크와 장치는 주파수 민첩성 작동을 나타내야 합니다.

처프 변조는 단순히 통신을 위해 사용 가능한 주파수를 연속적으로 스캔하는 주파수 홉핑의 한 형태로 볼 수 있습니다.

주파수 호핑은 시스템 성능을 향상시키기 위해 다른 변조 또는 파형에 중첩될 수 있습니다.

참고 항목

메모들

  1. ^ "게다가 장치는 파장을 쉽고 빠르게 변경한 다음 미리 준비된 프로그램에 따라 파장을 자동으로 변경할 수 있습니다. (이 방법은 한때 Telefunken Co.에 의해 채택되었습니다.)" Zenneck은 전송의 하위 집합에만 수신 동기화를 포함한 추가 보안 방법을 설명합니다.

참고문헌

  1. ^ Torrieri, Don (2018). Principles of Spread-Spectrum Communication Systems, 4th ed.
  2. ^ "47 CFR § 15.247 - Operation within the bands 902–928 MHz, 2400–2483.5 MHz, and 5725–5850 MHz". LII / Legal Information Institute. law.cornell.edu. Retrieved 17 December 2019.
  3. ^ Kahn, David (2014). How I Discovered World War II's Greatest Spy and Other Stories of Intelligence and Code. Auerbach Publications. p. 158. ISBN 9781466561991.
  4. ^ Zenneck, Jonathan (August 1915) [1908]. "Receivers". Wireless Telegraphy. Translated by Seelig, Alfred (5th ed.). New York: McGraw-Hill. p. 331.
  5. ^ "A short history of spread spectrum". EE Times. January 26, 2012.
  6. ^ 데니스 윈터, 헤이그 사령부 - 재평가
  7. ^ Danilewicz는 후에 다음과 같이 회상했습니다: "1929년에 우리는 장군에게 비밀 무선 전신을 위한 나의 설계 장치를 제안했지만 운 좋게도 그것은 송신기 주파수의 끊임없는 변화로 이루어진 정말 야만적인 생각이었기 때문에 받아들여지지 않았습니다.그러나 위원회는 모델을 실행하고 추가 작업에 대한 격려로 5,000 즐로티를 제공하는 것이 적절하다고 생각합니다."에니그마 브와디스와프 코자주크에서 인용: 독일 기계 암호가 어떻게 깨졌는지, 그리고 그것이 세계 2차 대전에서 연합군에 의해 어떻게 읽혔는지, 1984, p. 27.
  8. ^ a b "June 1941: Hedy Lamarr and George Antheil submit patent for radio frequency hopping". APS News. Vol. 20, no. 6. June 2011.
  9. ^ Wenner, Melinda (June 3, 2008). "Hedy Lamarr: Not just a pretty face". Scientific American.
  10. ^ Commissariat, Tushna (August 1, 2018). "A tale of two lives". Physics World.

서지학