Espectro ensanchado por salto de frecuencia para niños
El Espectro Ensanchado por Salto de Frecuencia (conocido como FHSS por sus siglas en inglés, Frequency Hopping Spread Spectrum) es una técnica especial para enviar señales de radio. Imagina que tu señal de radio es como un saltarín que cambia rápidamente de canal de radio. En lugar de quedarse en una sola frecuencia, la señal salta de una frecuencia a otra de forma muy rápida y siguiendo un patrón que solo el transmisor y el receptor conocen.
Esto hace que la comunicación sea más segura y resistente. Si alguien intentara escuchar la señal sin saber el patrón de saltos, solo oiría un ruido incomprensible por un instante. Es como intentar seguir una conversación donde las palabras se dicen en diferentes idiomas cada segundo.
Esta técnica ofrece varias ventajas importantes:
- Las señales FHSS son muy resistentes al ruido y a otras señales que intentan interferir.
- Son difíciles de interceptar. Para cualquier receptor no autorizado, la señal suena como un ruido muy corto o un aumento del ruido general. Solo el receptor que conoce la secuencia de saltos puede entenderla.
- Las transmisiones FHSS pueden compartir el mismo espacio de frecuencias con otros tipos de señales sin causar mucha interferencia.
Su principal desventaja es que no puede enviar tanta información al mismo tiempo como otras técnicas.
Contenido
¿Cómo Funciona el FHSS?
El FHSS funciona enviando pequeños trozos de información en una frecuencia específica durante un tiempo muy corto, llamado dwell time (tiempo de permanencia), que suele ser menos de 400 milisegundos. Después de ese tiempo, la señal cambia a otra frecuencia y sigue enviando el siguiente trozo de información. Así, cada parte de la información viaja por una frecuencia diferente durante un intervalo muy breve.
El orden en que la señal salta de una frecuencia a otra se decide por una secuencia especial, como un código secreto, que tanto el aparato que envía la señal (emisor) como el que la recibe (receptor) deben conocer. Si ambos aparatos están sincronizados y siguen el mismo código de saltos, la comunicación se mantiene fluida, aunque la señal esté cambiando de canal físico constantemente.
Esta técnica a menudo usa la banda de frecuencias de 2.4 GHz, que se divide en muchos canales pequeños. La velocidad a la que se salta de un canal a otro está regulada en cada país. Por ejemplo, en Estados Unidos, se exige un mínimo de 2.5 saltos por segundo.
¿Dónde se Usa el FHSS?
El FHSS se utiliza en diferentes situaciones para mejorar la seguridad y la fiabilidad de las comunicaciones.
Uso en la Vida Diaria
En muchos países, las reglas permiten que los sistemas FHSS se usen en la banda de 2.4 GHz sin necesidad de una licencia especial. Por eso, muchos aparatos que usamos a diario, como algunos teléfonos inalámbricos o dispositivos de comunicación de corto alcance, emplean esta tecnología. Por ejemplo, algunos radios de comunicación personal que no requieren licencia usan FHSS en la banda de 900 MHz. También hay radios digitales para negocios que utilizan esta tecnología.
Uso en Comunicaciones Especiales
Las señales de espectro ensanchado son muy resistentes a las interferencias intencionadas, a menos que alguien conozca las características exactas de la señal. Por esta razón, se utilizan en sistemas de comunicación que requieren un alto nivel de seguridad. Estos sistemas usan métodos especiales para generar la secuencia de canales, basándose en una clave que el emisor y el receptor comparten de antemano.
Además, muchos de estos sistemas de comunicación especiales usan dispositivos adicionales para proteger la información que se envía, asegurando que solo las personas autorizadas puedan entenderla.
Desafíos Técnicos del FHSS
Uno de los mayores retos en los sistemas FHSS es lograr que el transmisor y el receptor estén perfectamente sincronizados. Es decir, que ambos sepan exactamente en qué frecuencia deben estar en cada momento. Una forma de lograrlo es que el transmisor use todos los canales disponibles en un tiempo determinado. El receptor puede entonces buscar el transmisor eligiendo un canal al azar y escuchando hasta encontrar una señal válida. Una vez que se encuentran, pueden usar tablas de secuencias de canales fijas para mantener la comunicación.
Aunque el ancho de banda total que necesita el FHSS para saltar entre frecuencias es grande, la señal solo ocupa una pequeña parte de ese ancho de banda en un momento dado. Esto significa que la interferencia efectiva que causa es la misma que si usara una sola frecuencia.
¿Quién Inventó el FHSS?
Las primeras ideas sobre el salto de frecuencia aparecen en documentos antiguos, como una patente de Estados Unidos de Nikola Tesla en 1903. También se menciona en un libro sobre telegrafía inalámbrica de Jonathan Zenneck de 1908. Incluso el ejército alemán hizo un uso limitado de esta técnica en la Primera Guerra Mundial para comunicarse entre puntos fijos y evitar que sus mensajes fueran interceptados.
El ingeniero polaco Leonard Danilewicz también tuvo una idea similar en 1929. Varias otras patentes surgieron en la década de 1930.
Durante la Segunda Guerra Mundial, el ejército de Estados Unidos desarrolló un sistema de comunicación llamado SIGSALY, que incorporaba una forma de espectro ensanchado. Este sistema fue de alta seguridad y su existencia no se conoció públicamente hasta mucho después.
Una de las aplicaciones más conocidas del salto de frecuencia se encuentra en una patente de 1942, concedida a la actriz Hedy Lamarr y al compositor George Antheil. Su idea era un sistema de control remoto para torpedos que usaba 88 frecuencias diferentes para evitar que el objetivo pudiera interferir la comunicación. Aunque no hay registros de que se usara en la práctica, su patente fue redescubierta más tarde y ayudó a inspirar el desarrollo de otras técnicas de comunicación.
Mejoras del FHSS: AFH
El Espectro Ensanchado Adaptable con Salto de Frecuencia (AFH, por sus siglas en inglés, Adaptive Frequency Hopping), que se usa en tecnologías como Bluetooth, mejora la resistencia a las interferencias. Lo hace evitando las frecuencias que están muy ocupadas o que tienen mucha interferencia en la secuencia de saltos.
La idea principal del AFH es usar solo las frecuencias "buenas" y evitar las "malas". Las frecuencias "malas" pueden ser aquellas donde la señal se debilita o donde hay otros dispositivos intentando comunicarse. Para que el AFH funcione, debe haber un sistema que detecte cuáles son los canales buenos y cuáles son los malos.
Sin embargo, si la interferencia cambia rápidamente, la estrategia de evitar los canales "malos" podría no funcionar tan bien. Por ejemplo, si hay varias redes de salto de frecuencia en el mismo lugar (como varias redes Bluetooth), podrían interferir entre sí. Este problema se resolvió en versiones posteriores del estándar Bluetooth, como la versión 1.2 de 2003.
Véase también
En inglés: 