Перескоки по частоте (Frequency Hopping)

На сигнал, передаваемый по радиоинтерфейсу между базовой станцией (BTS) и сотовым телефоном (MS) воздействуют различные внешние помехи. Это могут быть шумы промышленного происхождения (генераторы, сварочное оборудование и т.п.) или атмосферные помехи (например, грозовые разряды). Некоторые из помех распределены в каком-то частотном диапазоне и равномерно воздействуют на различные частотные каналы. К таким помехам относится белый шум, мощность которого равномерно распределена во всем спектре. Однако некоторые мешающие воздействия сосредоточены в каком-то узком частотном диапазоне и оказывают воздействие только на некоторые частотные каналы. Такие помехи называются частотно селективными. Причем они могут быть непрерывными во времени или иметь прерывистый характер, также могут дрейфовать и иметь изменяющуюся мощность. Частотно селективные помехи опасны тем, что они менее предсказуемы, а их мощность может изменяться в широком диапазоне. Для радиосоединений в сотовой связи это может привести к существенному ухудшению качества или полному разъединению и невозможностью установить соединение в течение действия помехи.

Одним из возможных способов борьбы с частотно селективными помехами может быть увеличение мощности. Однако подобный метод не позволяет бороться с высокими выбросами энергии и не является энергетически эффективным. В сотовой связи большее распространение нашел метод, называемый Frequency Hopping или перескоки по частоте. Суть его заключается в том, что во время радиосоединения частотный канал не постоянен и постоянно меняется в пределах заранее заданного набора, известно обеим сторонам передачи. Главное, чтобы смена частотного канала происходила синхронно, иначе возможна потеря качества или разрыв соединения. Очевидно, что участвующие в Frequency Hopping каналы не должны быть задействованы на той же или соседних базовых станциях. Также имеет значение количество частотных каналов и их разнос друг относительно друга. Чем большее число каналов и чем дальше они разнесены друг от друга, тем меньше вероятности возникновения частотно селективных помех на других каналах. Таким образом, в результате включения данной процедуры если на каком-либо канале возникнут помехи, то их воздействие будет распределено между всеми установленными соединениями. Применяемые в системах сотовой связи процедуры защиты от ошибок обычно позволяют выявить и исправить только редкие и одиночные ошибки. В результате распределения негативного воздействия общее число ошибок в каждом из соединений уменьшиться, а это, в свою очередь, позволит применить алгоритмы защиты от ошибок.

Рисунок 5. Пример Frequency Hopping

Существует несколько алгоритмов работы Frequency Hopping. Перескоки между каналами могут происходить последовательно от канала к каналу и одинаково от цикла к циклу. Также перескоки могут происходить случайно между каналами, и порядок будет меняться от цикла к циклу. Такой вариант обычно предпочтительнее, т.к. считается, что он позволяет лучше распределить помеху и исключить случай, когда помеха действует периодически и может оказывать воздействие на один и тот же канал.