基于nRF2401软件跳频协议的设计与实现
114 浏览量
2020-10-18
16:48:34
上传
评论 6
收藏 328KB PDF 举报
基于基于nRF2401软件跳频协议的设计与实现软件跳频协议的设计与实现
为解决射频收发器NRF2401 在ISM 频段内同频干扰，提高无线通信系统的通信质量和可靠性，提出了一种软件
自适应跳频扩频协议。该协议充分利用nRF2401射频芯片多频点特性，使用软件程序设计将125个间隔为1 MHz
的频道分成低、中、高三个频段，在无线信道受阻或同频干扰时，依据“低频-中频-高频”的循环顺序进行频道跳
变。实验结果表明，工程机械仪表无线显示系统采用这种软件扩频协议设计，可以有效避免同频干扰和多点传
输干扰，提高系统传输可靠性。
目前使用的短距离无线通信技术及标准主要有Bluetooth、WIFI、ZigBee、UWB、NRF24XX系列产品等。Nordic公司生产
的单片集成射频无线收发器NRF24XX系列芯片具有低功耗、支持多点通信、传输速率高、通信协议简单、通信质量稳定可
靠、软件配置工作参数、需要的外围元件少、易于开发等优点，应用该系列芯片实现短距离无线通信是一种具备较高性价比的
解决方案。但是，由于这些产品都是工作在ISM频段内，难免造成频段的拥挤。为此，大多产品的通信协议都设计了扩频技术
以抗同频段干扰。例如，蓝牙采用了FHSS(快速跳频扩频技术)，W-LAN采用了DSSS(直接序列扩频技术)等。NRF24XX系列
收发芯片的射频协议采用简单、透明的窄带信号直接发送，没有进行扩频处理，在实际应用中会遇到同频干扰降低通信系统的
通信质量。但NRF24XX系列芯片的工作频段对用户开放125个频道，可以通过软件算法实现跳频，这也是一种简单经济的扩
频方法。本文提出了一种软件
1 nRF2401软件扩频协议的基本原理软件扩频协议的基本原理
射频收发芯片nRF2401工作于2.4 GHz的ISM频段，内置频率合成器等功能模块，工作频率等参数均通过软件进行配置，不
需要复杂的通信协议支持，能够实现透明数据包无线传输。
由于该芯片采用窄带信号直接调制发送技术，未作任何频谱上的扩展，使得该芯片在定频通信时易受到同频信号干扰。本
文提出的软件自适应跳频扩频协议是基于射频收发芯片nRF2401，其自身具有多频点特性和全软件配置参数的优点，利用全
软件的设计方法达到了频谱扩展目的。软件跳频协议的设计原理是，将nRF2401自身间隔为1 MHz的125个顺序频道划分为低
频段(2 400 MHz～2 441 MHz)、中频段(2 442 MHz～2 482 MHz)、高频段(2 483 MHz～2 524 MHz)三个相同带宽的子频段，
并从三个子频段内各自选取某一频道作为当前工作频率，及上一跳频率和下一跳频率，且严格按照同一周期内不重复选频和相
邻被选频率不在同一子频段内的原则，有效避免了频率跳变时的误跳，最终实现了无线通信系统抗同频干扰的设计目标。
系统进行无线通信时，该软件协议先使得射频收发机双方用较少的时间寻找到一个有效的通信频道，建立起握手信道，并
保持在定频通信模式中，在遇到同频干扰的情况下，自适应地快速跳变到没有干扰的频道工作。
2 软件扩频协议的算法实现软件扩频协议的算法实现
2.1 跳频频点的选择方法跳频频点的选择方法
射频收发芯片nRF2401的工作频率范围为2 400 MHz～2 524 MHz，具有125个频道，间隔为1 MHz。将频道划分为低、
中、高三个子频段，频道与子频段频率对应关系如表1所示。
资源评论
