Definition

Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)

Frequency Hopping ist eine von zwei grundlegenden Modulationstechniken, die in der Spreizspektrum-Signalübertragung zum (Spread Spectrum Signal Transmission) Einsatz kommen. Es handelt sich dabei um den wiederholten Wechsel der Frequenzen während einer Funkübertragung, oftmals verwendet, um die Effektivität der elektronischen Kriegsführung zu minimieren, also die unerlaubte Unterbrechung oder Störung der Telekommunikation. Das Verfahren ist auch unter der Bezeichnung Frequency Hopping Code Division Multiple Access (FH-CDMA) bekannt.

Techniken zur Spreizspektrum-Modulation sind in den letzten Jahren immer gängiger geworden. Spreizspektrum ermöglicht es, ein Signal über ein Frequenzband zu übertragen, das wesentlich breiter ist als die eigentlich vom Signal benötigte minimale Bandbreite. Der Sender „spreizt“ die Energie, die ursprünglich auf dem Schmalband konzentriert ist, über eine höhere Zahl von Frequenzbändern auf einem breiteren elektromagnetischen Spektrum. Zu den Vorteilen dieses Verfahrens gehören eine verbesserte Privatsphäre, reduzierte Interferenzen des Schmalbands und eine verbesserte Signalkapazität.

In einem FH-CDMA System „springt“ der Sender zwischen den verfügbaren Frequenzen und verwendet dabei einen speziellen Algorithmus, der entweder zufällig ist oder vorher berechnet wurde. Der Sender arbeitet synchron mit dem Empfänger, der auf die gleiche Mittenfrequenz wie der Sender abgestimmt bleibt. Ein kleines Datenbündel (Data Burst) wird dann auf dem Schmalband übertragen. Anschließend stellt sich der Sender auf eine andere Frequenz ein und sendet erneut. Der Empfänger ist somit in der Lage, mehrmals pro Sekunde die Frequenz innerhalb einer gegebenen Bandbreite zu wechseln. Die Übertragung erfolgt für eine festgelegte Zeit auf einer Frequenz, danach erfolgt der Sprung zu einer anderen Frequenz und die Übertragung wird fortgesetzt. Frequency Hopping erfordert eine wesentlich höhere Bandbreite als eine Übertragung der gleichen Information über lediglich eine Trägerfrequenz.

Ein weiterer Spreizspektrum-Ansatz, der eine alternative zu FH-CDMA darstellt, ist der Direct Sequence Code Division Multiple Access (DS-CDMA), der die Daten in kleine Stücke aufteilt und diese über den Frequenzbereich verteilt. FH-CDMA-Geräte benötigen weniger Energie und sind generell billiger, die Leistungsfähigkeit ist jedoch bei DS-CDMA-Systemen in der Regel höher und verlässlicher. Der größte Vorteil des Frequency Hoppings besteht in der gleichzeitigen Existenz mehrerer Zugriffspunkte (Access Points) innerhalb desselben Gebiets, was bei einer direkten Sequenz so nicht möglich ist.

Bestimmte Regeln legen fest, wie Geräte Frequency Hopping verwenden. In Nordamerika ist das Frequenzband, das von der Industrie, der Forschung und den Medienanstalten (Industry, Science and Media, ISM) genutzt wird, in 75 Kanäle unterteilt, wobei die Übertragungsleistung 1 Watt pro Kanal nicht überschreiten darf. Diese Beschränkungen stellen sicher, dass ein einzelnes Gerät nicht zu viel Bandbreite verbraucht oder zu lange auf einer einzelnen Frequenz verweilt.

Die US Federal Communications Commission (FCC) hat Regelungen dahingehend angepasst, dass die Verwendung von Systemen mit Frequency Hopping Spread Spectrum im unregulierten 2,4-GHz-Frequenzband erlaubt wird. Die Anpassung der Regelungen wurde vorgenommen, um größere Bandbreiten zu ermöglichen, so dass Geräte mit Internetzugriff höhere Geschwindigkeiten erreichen und die Entwicklung von drahtlosen Local Area Networks (WLANs) und drahtloser Kabelmodems gefördert wird. Der WLAN-Standard 802.11 enthielt in seiner ersten Fassung FHSS. Auch bei Bluetooth wird diese Technik verwendet.

Dem Filmstar Hedy Lamarr wird im Allgemeinen als die Co-Urheberschaft der Idee der Spreizspektrumübertragung zuerkannt. Ihrem Pianisten und ihr selbst wurde während des zweiten Weltkriegs ein Patent für die Technik erteilt. Sie entdeckten die Technik, als sie versuchten, mit einem Piano Frequenzsprünge zu kontrollieren und erkannten darin das Potential, eine sichere Kommunikation während des Krieges zu ermöglichen. Das Paar konnte seine Erfindung jedoch nie kommerziell nutzen und das Patent verfiel letzten Endes. Sylvania entwickelte in den fünfziger Jahren ein ähnliches Konzept und etablierte den Begriff Spreizspektrum (engl. Spread Spectrum).

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Diese Definition wurde zuletzt im Januar 2016 aktualisiert

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