Salto di Frequenza Rapido (FFH): Principi e Applicazioni
Salto di Frequenza Rapido (FFH) è una tecnica spread spectrum in cui la frequenza portante cambia con una velocità uguale o superiore alla velocità dei simboli (più salti per simbolo). Offre un'estrema resistenza a disturbi, intercettazioni e fading multipath.
Come Funziona l'FFH
- Schema di Salto: sequenza pseudocasuale (codice PN) nota solo a trasmettitore e ricevitore. Lunghezza = 2n - 1 (LFSR a lunghezza massima) o personalizzata.
- Velocità di Salto (Rh): variazioni di frequenza al secondo. FFH: Rh ≥ Rs (velocità dei simboli). Tipico: 10 kHz – 100 MHz.
- Sintetizzatore: sintetizzatore di frequenza agile (DDS, PLL fractionale-N) che cambia fase in modo continuo o coerente tra i salti.
- Modulazione: solitamente M-ary FSK (MFSK) o CPM. Uno o più simboli per salto (salto lento) o più salti per simbolo (salto rapido).
- Sincronizzazione: il ricevitore deve acquisire e tracciare il timing dei salti (sincronia grossolana + fine). Preambolo / toni pilota / canale di sincronia dedicato.
- Dehopping: il ricevitore sintetizza lo schema identico, effettua il mixaggio in basebassa e combina i chip (in modo non coerente o coerente).
FFH vs. Salto di Frequenza Lento (SFH)
| Parametro | SFH | FFH |
|---|---|---|
| Salti per Simbolo | < 1 (molti simboli per salto) | ≥ 1 (più salti per simbolo) |
| Guadagno di Elaborazione | Gp = Bss/Bdata | Stessa formula, ma guadagno di diversità per simbolo |
| Resistenza ai Disturbi | Parziale (il disturbitore colpisce l'intero simbolo) | Alta (il disturbitore colpisce una frazione dell'energia del simbolo) |
| Mitigazione del Fading | Interleaving + coding necessari | Diversità di frequenza intrinseca per simbolo |
| Velocità del Sintetizzatore | Moderata (µs-ms) | Estrema (settling ns-µs) |
| Complessità | Inferiore | Elevata (sync, DSP, sintetizzatore veloce) |
Vantaggi
- Anti-Jam (AJ): un disturbitore a banda parziale interessa solo una frazione dei salti → energia per simbolo ridotta dal fattore di duty. Combinato con FEC, margine AJ enorme.
- Bassa Probabilità di Intercettazione (LPI): potenza distribuita su banda ampia; potenza istantanea bassa. Difficile da rilevare senza lo schema.
- Diversità Multipath: ogni salto subisce un fading indipendente. L'energia del simbolo combinata sui salti → ordine di diversità = salti/simbolo.
- Multi-accesso (FH-CDMA): schemi di salto ortogonali (es. quadrati latini) consentono molti utenti.
Applicazioni
- Radio Tattiche Militari: SINCGARS (VHF, 100+ salti/sec), HAVE QUICK (UHF), forme d'onda SRW/MANET (WNW, ANW2).
- Bluetooth (Classic): 1600 salti/s (1 salto/slot = 625 µs) — tecnicamente SFH (1 simbolo per salto per 1 Mbps), ma veloce per il consumer.
- GSM: salto lento (opzionale, 217 salti/s) per diversità di frequenza.
- Chirp Spread Spectrum (CSS) / LoRa: non è FH, ma resilienza wideband simile.
- Radar / Sonar: compressione di impulsi a frequenza agile.
Sfide di Implementazione
- Rumore di Fase del Sintetizzatore / Tempo di Settling: deve stabilizzarsi entro il tempo di guardia (< 1 µs per velocità di salto >1 MHz). DDS preferito.
- Acquisizione della Sincronizzazione: incertezza di ricerca = lunghezza schema × durata salto. Schemi lunghi = acquisizione lunga. Si usa acquisizione ibrida (PN grossolano + tono fine).
- Doppler / Deriva dell'Orologio: alta dinamica richiede loop di tracciamento robusti.
- Normative: FCC Parte 15.247 / ETSI EN 300 328 limitano il tempo di permanenza, canali di salto minimi, potenza massima.