Τα συστήματα FHSS και FASST της FUTABA

4-5-2015

Μέρος 1ο - Το σύστημα FHSS






Έχω τύχει αρκετές φορές στα μοντελοδρόμια πάνω σε συζητήσεις για τα συστήματα FHSS και FASST της FUTABA και πιο συγκεκριμένα για τις διαφορές των δυο συστημάτων. Έχω ακούσει τα πιο εξωφρενικά πράγματα, τα περισσότερα από τα οποία είναι εικοτολογίες των συζητητών, που δεν βασίζονται σε πραγματικά γεγονότα, αλλά σε δικές τους υποθέσεις.


Αλλά και στα ξένα FORUM που ανέτρεξα, και εκεί οι περισσότερες πληροφορίες ήταν εικασίες των μελών, παρά εμπεριστατωμένα στοιχεία.

Διάβαζα κυριολεκτικά, ότι  νάναι !

Άλλος έλεγε ότι το σύστημα FHSS έχει μικρότερη εμβέλεια από το FASST και ως εκ τούτου προορίζεται μόνο για PARK FLYERS! Μερικοί μάλιστα πιο προχωρημένοι "γκουρού" διατείνονταν ότι είχαν ανοίξει τους πομπούς και είχαν μελετήσει τα ολοκληρωμένα κυκλώματα τους, απ όπου και έβγαζαν αυτά τα συμπεράσματα.

Άλλοι πάλι έλεγαν ότι το σύστημα FHSS έχει λιγότερα hopping κανάλια τα οποία βρίσκονται στη μια μεριά του φάσματος των 2.4 GHz, εν αντιθέσει με το σύστημα FASST που έχει περισσότερα κανάλια που είναι κατανεμημένα και στις δυο "πλευρές" του φάσματος.

Τέλος μερικοί πιο "βαθείς γνώστες", διατείνονταν ότι το μέλλον ανήκει στο σύστημα FHSS και ότι το FASST όπου νάναι ...πεθαίνει!

Η αλήθεια είναι ότι ανατρέχοντας και στο SITE της FUTABA δεν μπόρεσα να βγάλω ασφαλή συμπεράσματα ως προς τις διαφορές των δυο συστημάτων , ούτε αν κάποιο σύστημα υπερτερεί -αν υπερτερεί-  έναντι του άλλου. Η FUTABA είναι πολύ προσεκτική -για λόγους marketing- στις παρουσιάσεις των δυο συστημάτων.

Αρκετά χρόνια πριν, περίπου το 2005 ή 2006, όταν ακόμα χρησιμοποιούσαμε κρυστάλλους, είχα μια τηλεκατεύθυνση FUTABA T6EX στους 35 MHz, με κρυστάλλους. Οι συχνότητες τότε ήταν κορεσμένες στις αλάνες και στα μοντελοδρόμια και έπρεπε πριν την πτήση να ρωτάμε οπωσδήποτε όλους τους παρευρισκόμενους, αλλά και πάλι αυτό δεν μας εξασφάλιζε από την κατά λάθος χρήση της δικής μας συχνότητας από κάποιον νεοφερμένο. Πολλά ατυχήματα είχαν συμβεί εκείνες τις εποχές από τέτοιες περιπτώσεις.

Είχα σκεφθεί τότε να κάνω εισαγωγή από την Αγγλία, από το SUSSEX MODEL CENTER, κρυστάλλους στις συχνότητες 34.980 και 35.220 που ήταν κάπως έξω από την μπάντα των 35 MHz και δεν χρησιμοποιούνταν στην Ελλάδα. Η απορία μου όμως ήταν, κατά πόσον η εμβέλεια του συστήματος πομπού/δέκτη θα παρέμενε πλήρης, δεδομένου ότι και ο πομπός και ο δέκτης χρησιμοποιούσαν συντονισμένα κυκλώματα.

Εφόσον κανείς δεν μπορούσε να απαντήσει με σιγουριά στο ερώτημα μου, αποφάσισα τότε να απευθυνθώ στην ίδια την FUTABA, με μικρές -για να είμαι ειλικρινής- ελπίδες, αφού δεν περίμενα μια εταιρεία-κολοσσός να ασχοληθεί και να απαντήσει στις ...αγωνίες ενός απλού και μεμονωμένου χρήστη, ενός φτηνού συστήματος τηλεκατεύθυνσης !

Και όμως!

Η FUTABA μετά από 2-3 μέρες, μου απήντησε με ένα ευγενέστατο προσωπικό mail και με διαβεβαίωνε ότι η εμβέλεια του συστήματος δεν επρόκειτο να μειωθεί με την χρήση των συγκεκριμένων κρυστάλλων!

Αν μη τι άλλο, καταπληκτικό SERVICE!

Για να επανέλθω λοιπόν στο θέμα μας και στις ημέρες μας, ενθυμούμενος αυτό το περιστατικό με την FUTABA, αποφάσισα πριν από μερικές ημέρες να τους στείλω ένα e-mail με τα παραπάνω ερωτήματα μου, δηλαδή ως προς τις διαφορές μεταξύ των συστημάτων FHSS και FASST.

Άλλωστε δεν είχα να χάσω και τίποτε, στην χειρότερη περίπτωση θα έμενα με τις απορίες μου!

Προς μεγάλη μου έκπληξη όμως, η FUTABA μου απήντησε και πάλι, όχι όμως σε 2-3 μέρες, αλλά σε μερικές ώρες, μέσω του τεχνικού της κ. Krysta Hunt ειδικού στο τμήμα ανάπτυξης και τεχνικής υποστήριξης προϊόντων (Product Devolepment and Support Specialist).

Οι διαφορές των δυο συστημάτων -οι οποίες είναι πράγματι πολύ σημαντικές- εστιάζονται, όπως με πληροφόρησε ο κ. Hunt, στα εξής:

1.  Το σύστημα FHSS είναι ένα απλό frequency hopping σύστημα.

2. Το σύστημα FASST είναι υβριδικό σύστημα Frequency Hopping με διαμόρφωση DSSS (πράγμα που σημαίνει πολύ μεγαλύτερη αξιοπιστία).

3.  Το σύστημα FASST έχει αλγόριθμο ελέγχου σφαλμάτων και μπορεί να διορθώσει κάποιο τυχόν σφάλμα στα δεδομένα που λαμβάνει.

4. Το σύστημα FASST κάνει σκανάρισμα συχνοτήτων κατά την διαδικασία BOOT και επιλέγει το πιο "καθαρό" κανάλι, απ όπου αρχίζει το frequency hopping.

5.   Η FUTABA έχει τεστάρει και τα δυο συστήματα της και έχει επιβεβαιώσει ότι τηρούν όλα τα απαραίτητα standards εμβέλειας των συστημάτων τηλεκατεύθυνσης, επομένως δεν αληθεύει ότι το σύστημα FHSS έχει μικρότερη εμβέλεια.

6. Η υλοποίηση των τεχνικών προτερημάτων που περιγράφονται στις παραγράφους 2, 3 και 4 έχει σαν αποτέλεσμα το σύστημα FASST να είναι πιο ακριβό.

Από τα παραπάνω βγαίνει το συμπέρασμα ότι το σύστημα FASST υπερτερεί σαφώς τεχνολογικά του FHSSπου είναι ένα πιο "εισαγωγικό", φθηνότερο και μικρότερων απαιτήσεων σύστημα. Σαφώς και δεν πρόκειται να καταργηθεί το σύστημα FASST, που είναι κατά κάποιον τρόπο, η "ναυαρχίδα" της FUTABA (τώρα τελευταία κυκλοφόρησε και το σύστημα FASSTEST, σαν επέκταση του FASST, με δυνατότητες τηλεμετρίας).

Σε αυτό το σημείο όσοι αναγνώστες δεν ενδιαφέρονται για περισσότερες τεχνικές λεπτομέρειες, μπορούν να σταματήσουν την ανάγνωση του άρθρου και να αρκεστούν στα παραπάνω συμπεράσματα.

Γι αυτούς όμως που τους αρέσει να καταπιάνονται με τη λεπτομέρεια, έστω κι αν αυτή είναι δυσκολονόητη, θα ήθελα να αναφέρω ορισμένα πράγματα για το σύστημα FHSS (frequency hopping) και την διαμόρφωση DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), απλουστεύοντας τα όσο το δυνατόν περισσότερο, ώστε να πάρετε απλώς μια αδρή ιδέα αυτών των τεχνολογιών.

Το FHSS και το DSSS είναι ότι πιο τελευταίο έχει να παρουσιάσει η σύγχρονη τεχνολογία και χρησιμοποιούνται τόσο στην κινητή τηλεφωνία, όσο και στα στρατιωτικά συστήματα τηλεπικοινωνιών.

Η συντομογραφία FHSS προέρχεται από τις λέξεις Frequency Hopping Spread Spectrum, λίγο δύσκολο να το αποδώσουμε στα Ελληνικά.  Το "Frequency Hopping" σημαίνει "μεταπήδηση από συχνότητα σε συχνότητα" και αυτό επειδή ο πομπός δεν λειτουργεί σε μια συχνότητα (όπως είχαμε συνηθίσει μέχρι τώρα), π.χ. 35.060 MHz, αλλά αλλάζει συνεχώς συχνότητα, πολλές φορές το δευτερόλεπτο, μεταπηδώντας συνεχώς από τη μια συχνότητα στην άλλη. Όλες αυτές οι συχνότητες ανήκουν σε ένα φάσμα, μια περιοχή συχνοτήτων, που στην περίπτωση μας βρίσκεται στην περιοχή των 2.4 GHz.

Η μεταπήδηση του πομπού από συχνότητα σε συχνότητα γίνεται με έναν φαινομενικά "τυχαίο" τρόπο, με μια τυχαία ακολουθία συχνοτήτων.

Τι σημαίνει όμως μια ακολουθία τυχαίων αριθμών ή στην περίπτωση μας, μια ακολουθία τυχαίων συχνοτήτων, οι οποίες όμως ανήκουν όλες σε μια συγκεκριμένη περιοχή συχνοτήτων (μπάντα);

Μια ακολουθία τυχαίων αριθμών είναι αριθμοί οι οποίοι δεν έχουν κάποιο συγκεκριμένο μοτίβο, αλλά επαναλαμβάνονται με έναν τυχαίο τρόπο. Π.χ. τυχαίοι αριθμοί είναι οι αριθμοί που βγαίνουν στις κληρώσεις του Τζόκερ ή του Λότο. Και αυτοί ανήκουν σε μια περιοχή, π.χ. για το Τζόκερ είναι από το 1 έως το 45.

Στην περίπτωση όμως του FHSS υπάρχει μια ουσιώδης διαφορά: Στο FHSS δεν πρόκειται για ακολουθία πραγματικών τυχαίων αριθμών, αλλά για ακολουθία ψευδοτυχαίων αριθμών. 

Ποια είναι η διαφορά;

Ενώ το μοτίβο των ψευδοτυχαίων αριθμών "μοιάζει" πραγματικά τυχαίο, στην πραγματικότητα είναι απολύτως ντετερμινιστικά προκαθορισμένο από μια αρχική τιμή και έναν υπολογιστικό αλγόριθμο που τους δημιουργεί. Υπάρχουν γεννήτριες ψευδοτυχαίων αριθμών που παράγονται από ηλεκτρονικό υπολογιστή, π.χ. με ένα πρόγραμμα που είναι γραμμένο στην γλώσσα BASIC. Ας υποθέσουμε ότι τρέχουμε το πρόγραμμα και παίρνουμε μια ακολουθία τυχαίων (ψευδοτυχαίων) αριθμών, π.χ. παίρνουμε 100 τυχαίους αριθμούς από το 1 έως το 10. Εάν σταματήσουμε το πρόγραμμα και το ξανατρέξουμε, θα πάρουμε την ίδια ακριβώς ακολουθία "τυχαίων" αριθμών!

Βλέπουμε λοιπόν ότι οι αριθμοί αυτοί δεν είναι στην πραγματικότητα τυχαίοι, αλλά προκύπτουν από κάποιον συγκεκριμένο μαθηματικό αλγόριθμο.

Αυτό είναι απολύτως απαραίτητο στο σύστημα FHSS, διότι μπορεί για κάποιον τρίτο παρατηρητή η μεταπήδηση από συχνότητα σε συχνότητα να γίνεται με έναν τυχαίο τρόπο. για τον δέκτη του σήματος όμως, ο οποίος "γνωρίζει" τον συγκεκριμένο αλγόριθμο της δημιουργίας των ψευδοτυχαίων αριθμών, η μεταπήδηση είναι και αυτή τελείως συγκεκριμένη και ο αλγόριθμος χρησιμοποιείται για την εξαγωγή του χρήσιμου σήματος, που είναι τελικά αυτό που θα οδηγήσει τα SERVO !

Αυτή η λειτουργία γίνεται όταν κάνουμε BIND τον δέκτη με τον πομπό: Ο δέκτης παρακολουθεί αρχικά ένα κομμάτι της ακολουθίας μεταπήδησης συχνοτήτων και "αποφασίζει" αμέσως ποιος είναι ο χρησιμοποιούμενος αλγόριθμος, οπότε εφαρμόζει και αυτός τον ίδιο αλγόριθμο για την εξαγωγή του σήματος  Όλα αυτά γίνονται σε ελάχιστο χρόνο, φανταστείτε λοιπόν πόσο προχωρημένη τεχνολογία χρησιμοποιείται!

Εξηγήσαμε κάπως την λειτουργία του 1ου συνθετικού του FHSS, δηλαδή του Frequency Hopping. 

Τι σημαίνει όμως το Spread Spectrum;

Όταν έχουμε έναν κλασσικό πομπό που εκπέμπει π.χ. στους 35.060 MHz τότε όλη η πληροφορία, τα σήματα δηλαδή για τα SERVO, εκπέμπεται σε αυτήν την συχνότητα. Για να είμαστε ακριβείς δεν εκπέμπεται ΑΚΡΙΒΩΣ σε αυτή την συχνότητα, αλλά σε μια μικρή περιοχή, σε ένα στενό φάσμα (narrow band), γύρω από αυτήν την περιοχή. Οι λόγοι που χρειάζεται ΠΑΝΤΑ ένα φάσμα συχνοτήτων για να εκπέμψουμε μια πληροφορία και όχι ΜΙΑ ΜΟΝΟ συχνότητα, δεν είναι απλό να τους εξηγήσουμε σε αυτό το άρθρο.

Κρατείστε όμως αυτό: Σχεδόν πάντα χρειάζεται μια περιοχή συχνοτήτων για να μεταδώσουμε μια πληροφορία. Στο προηγούμενο παράδειγμα, εάν είχαμε κρύσταλλο για συχνότητα 35.060 MHz, στην πραγματικότητα ο πομπός καταλάμβανε τις συχνότητες 35.060 +/- 2.5 ΚΗz, ένα εύρος 5 ΚΗz (αφήνει και ένα κενό ασφαλείας από το διπλανό κανάλι).

Στην περίπτωση του FHSS ένα κομμάτι μόνο της πληροφορίας εκπέμπεται σε μια συχνότητα, μετά ο πομπός μεταπηδά σε μια άλλη συχνότητα και ένα κομμάτι πληροφορίας εκπέμπεται σε αυτήν, μετά μεταπηδά σε μια άλλη συχνότητα κ.ο.κ.

Η πληροφορία τώρα είναι διασπαρμένη σε ένα πολύ μεγάλο εύρος συχνοτήτων!

Δείτε στο παρακάτω σχήμα πως είναι η πληροφορία σε έναν πομπό που εκπέμπει μόνο στους 2.4 GHz (narrow band) και πως είναι σε έναν πομπό με FHSS. Με κόκκινο παριστάνεται το σήμα στον πομπό narrow-band και με πράσινο στον πομπό FHSS.


Στην εικόνα φαίνεται καθαρά η διασπορά της πληροφορίας σε ένα μεγάλο εύρος συχνοτήτων στο σύστημα FHSS


Το Spread Spectrum (διασπορά σε φάσμα) αποδίδεται ακριβώς σε αυτή την λειτουργία.

Υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα, κυρίως η αξιοπιστία,  με την χρήση του συστήματος FHSS. Στις στρατιωτικές επικοινωνίες, δεν μπορεί να υποκλαπεί η πληροφορία (τουλάχιστον όχι εύκολα) αν δεν είναι γνωστός ο αλγόριθμος μεταπήδησης.

Αλλά και μια παρεμβολή που τυχόν θα υπάρξει σε μια συχνότητα του φάσματος, δεν θα είναι καταστροφική, καθώς μόνο ένα πολύ μικρό ποσοστό της πληροφορίας εκπέμπεται την δεδομένη στιγμή σε εκείνη την συχνότητα.

Ένα άλλο πλεονέκτημα - που αφορά ιδιαίτερα εμάς τους αερομοντελιστές, είναι ότι καθώς μια συχνότητα, ένα κανάλι, του φάσματος των 2.4 GHz δεν χρησιμοποιείται ΣΥΝΕΧΕΙΑ από τον πομπό, αλλά για ένα πολύ μικρό -χρονικά- ποσοστό, αυτό σημαίνει ότι μπορεί το ίδιο κανάλι να χρησιμοποιηθεί και από έναν άλλο πομπό. Έτσι μπορούμε να έχουμε αρκετούς πομπούς ανοιχτούς στους 2.4 GHz ταυτόχρονα, χωρίς ο ένας να επηρεάζει τον άλλο.

Ακόμα και αν τύχει κάποια χρονική στιγμή να συμπέσει η συχνότητα δυο πομπών, το ποσοστό της πληροφορίας που θα επηρεαστεί -και αυτό στιγμιαία μόνο- είναι πολύ μικρό, καθώς το σύνολο της πληροφορίας (τα σήματα δηλαδή προς τα SERVO) έχει μοιραστεί σε έναν πολύ μεγάλο αριθμό συχνοτήτων.

Εδώ υπερτερεί όμως το σύστημα FASST της FUTABA που έχει και έναν αλγόριθμο ελέγχου και διόρθωσης σφαλμάτων.

Για το σύστημα αυτό όμως, όπως και για την διαμόρφωση DSSS που χρησιμοποιεί, θα μιλήσουμε σε ένα μελλοντικό άρθρο.


Γιώργος Καρασούλας