ثانياً: تقنية تمديد الطيف

فتحت أوجه التقدم الحديثة في الاتصالات الرقمية الباب لنموذج إرسال جديد بالكامل؛ فأصبحت المُرسِلات الآن قادرة على الاستفادة مما يسمى "تقنيات تمديد الطيف"، وفيها تتقاسم القنوات الطيف من دون أن يدخل بعضها في نزاع مع بعضها الآخر، إذ يمكن تقطيع المعلومات إلى رزم إلكترونية رقيقة، مؤلفة من الرقمين، واحد وصفر، ثم إرسالها على الموجات الراديوية، على أن تُرسل كل رزمة في قناة مختلفة، وبقدرة منخفضة.

إن مثل هذا الاستخدام للطيف يتحدّى الممارسات المعهودة. ففي الماضي، كانت الحكومات، عن طريق تخصيص نطاقات تردد ضيقة لأغراض تجارية، توفر التراخيص للشركات التي تقدم، مثلاً، خدمات الهاتف الخلوي. وكان المُرخص لهم يفرضون بدورهم رسوماً على المستخدمين لقاء هذه الخدمات، تماماً كما تفرض شركات الهاتف التقليدية الرسوم على مشتركيها.

وأساس هذه الثورة التقنية هو أن الاتصالات الراديوية التقليدية تعمل على بثّ المعلومات في قناة وحيدة ضيقة، وبقدرة عالية. فعندما يعمل أحد المُرسلات في حيّز ضيق من الطيف الكهرومغناطيسي، يكون قد أفسح المجال لغيره من المرسلات لكي تعمل في الترددات المجاورة من دون تداخل. ولكن مهندسي الاتصالات الراديوية صاروا يعلمون أن الأسلوب المعاكس في إرسال البيانات ـ أي نشر المعلومات أو تمديدها عبر طيف أوسع وبقدرة أقل ـ هو أسلوب أكثر فعالية (أنظر شكل إرسال الإشارات بالقفز الترددي). ويوضح الجزء العلوي من الشكل أن الإشارات الراديوية (الموضحة بالأحمر) كانت تُرسَل بشكل مستمر في نطاق تردد ضيق ووحيد وبقدرة عالية. ولكن استخدام الطيف الراديوي بفعالية أكبر يكمن في مدّ الإشارة على عدة قنوات مختلفة وبقدرة منخفضة، كما هو مبيّن في التقنية المسماة بالقفز الترددي، في الجزء السفلى من الشكل.

ومع أن البث الراديوي الممتد الطيف يستخدم عرض نطاق أكثر من اللازم، فإن الأجهزة التي تعمل بها تتفادى التداخل؛ لأن الإرسالات تتم بقدرة دنيا وبشكل دفقات من البيانات عند تردد ما. ولهذه الميزة في تمديد الطيف فائدة أخرى أيضا؛ إذ تجد أجهزة البث الراديوي الأخرى صعوبة كبيرة في التنصت على الإرسال، بل ولا يمكن عملياً أن يُعلم بوجود إرسال ما إلا المستقبِلات المقصودة.

إن الطبيعة الخفية لتمديد الطيف كانت في البدء هي جاذبيته الرئيسية. ففي أثناء الحرب العالمية الثانية، اهتم الجيش الأمريكي بجهاز كان مفهومه بسيطا للغاية؛ فبدلاً من بث المعلومات على قناة وحيدة، وقد يتمكن العدو من العثور على الإرسال مصادفة، يعمل الجهاز على البث متنقلاً عبر قنوات مختلفة بشكل مستمر؛ فيبث كمية صغيرة من المعلومات هنا وأخرى هناك، وفقاً لكود سري لا يعلمه إلا المُرسِل والمستقبِل المقصود. وهذا القفز hopping الترددي المتكرر يجعل من الصعب جداً على العدو أن يستجمع كامل الإرسال، من خلال الضجيج الكهربائي المحيط به.

وقد وسع الجيش الأمريكي دائرة انتشار تقنيات أكثر إتقاناً لمعالجات أكثر سرعة، موضوعة في أجهزة سرية ومكلفة، بما في ذلك منظومات اتصالات عبر الأقمار الصناعية. وأصبحت هذه التقنية واسعة الانتشار في الهواتف الخلوية من ضمن غيرها من التطبيقات المدنية. والتقدم اللاحق في مجال الدوائر الإلكترونية جعل تمديد الطيف مجدياً؛ فالدوائر المرصعة بآلاف الترانزستورات تستطيع بث رُزَم رقمية من البيانات على عدة قنوات، في نمط يبدو عشوائياً. غير أن المُستقبِل المصمَّم ليسمع الإشارات وفق التتابع الخاص الدقيق للمرسِل الراديوي، يكون قادراً على اجتذاب المعلومات المجزَّأة بالترتيب الصحيح من مختلف الترددات. إضافة إلى ذلك، عندما يصادف المُستقبِل رزما مفقودة أو مغلوطة، يمكنه إبلاغ المرسِل الراديوي بإعادة إرسال تلك الرزم.