概要

周波数ホッピング拡散スペクトル（FHSS）は、送信機と受信機があらかじめ決められたパターンに従って搬送周波数を繰り返し変更する無線信号方式です。外部から見ると周波数の並びは疑似乱数的に見えますが、送受信の両端が同じ手順に従うため、意図した信号を再構成できます。FHSSは、狭帯域の単一信号よりも広い周波数帯に送信を分散させる拡散スペクトル技術の一つです。

実際には、送信機は1つの周波数に短時間だけとどまり（滞留時間）、その後次のチャネルへホップします。ホップの速さは、1回のホップで複数シンボルを送る遅い方式から、1シンボルの間に何度もホップする速い方式まであります。周波数の順序は通常、共有鍵や同期情報を種にした疑似乱数アルゴリズムで生成されるため、正しいタイミングと系列の一致が重要です。

主な特徴

  • 干渉への耐性: 多くの周波数を移動しながら使うことで、持続的な干渉を避けやすく、狭帯域のジャミングにも強くなります。
  • マルチパスと共存: エネルギーを複数チャネルに分散するため、他の利用者との共存に役立ち、周波数選択性フェージングの影響も抑えられます。
  • 安全性と秘匿性: ホッピングパターンは一定の秘匿性を与え、容易な傍受を難しくしますが、暗号化の代わりにはなりません。
  • 同期要件: 受信を成功させるには、厳密なタイミングとホップパターンの一致が必要であり、プロトコルはより複雑になります。

実装には、遅いホッピングと速いホッピング、狭帯域／広帯域のチャネル割り当て、干渉のあるチャネルを避ける適応方式など、さまざまな変種があります。規制当局は、電力スペクトル密度が低いことから、特定の電力およびスペクトル規則の下で拡散スペクトル方式を認めることがよくあります。

歴史と発展

周波数ホッピングの概念は、妨害対策のための軍事技術として始まり、20世紀初頭に原型が提案されました。第二次世界大戦中には注目すべき発展がありました。のちに無線技術の成熟と、拡散スペクトル方式を認める規制の整備に伴って、FHSSは民生用途へ広がりました。規格化や商用実装は、コードレス電話、初期の無線LAN、その他の近距離無線で登場しました。

用途と例

  • 短距離無線技術: Bluetoothの古典的な実装では、混雑した帯域での堅牢性を高めるために周波数ホッピング（後には適応ホッピング）が使われています。
  • 旧世代の無線LANや一部のコードレス電話システムでは、他の拡散スペクトル方式と並んでFHSSモードが使われました。
  • 軍用および特殊通信では、現在も妨害耐性や傍受困難性の利点を目的にFHSSが用いられています。

FHSSと他の拡散スペクトル方式の違いも重要です。直接拡散スペクトル（DSSS）は、1つの搬送波上で各シンボルを広いチップ系列に広げますが、FHSSは搬送波を離散的なチャネル間で移動させます。どちらにも、複雑さ、帯域効率、干渉耐性の面で長所と短所があり、どれを選ぶかは用途、規制条件、共存の必要性によって決まります。