基于nRF2401软件跳频协议的设计与实现
来源： 作者： 发布时间：2016-10-15 15:45:45 浏览量：射频发射机初始化后，以初始频率Fm（m=01）进行广播，发送一个Hello请求信号。在等待延时t1内，如果收到了接收机应答信号ACK，则标志寄存器DR1置高，认为收发机之间的握手成功；如果没有收到ACK信号，则跳至下一频点Fm+1继续广播。其中，设计发射机频率跳变的等待延时t1满足式（4）的约束条件：
t1=T(T>3 ms且T<10 ms) (4)
式中，T为发射机相邻两频点间自适应跳频的时间间隔。系统在每一次频率跳变之后都要判断建立握手信号的累加时延是否超时，如果系统设定的跳频计时器时钟有效（CLK=1），则发射机继续跳频广播，直至收发机双方握手成功；如果跳频计时器时钟无效（CLK=0），则发射机停止广播，即收发机双方的握手失败。
射频接收机初始化后，以初始频率Fm(m=01)进行监听，在等待延时t2内，如果收到发射机的请求信号Hello，则向其发送一个ACK应答信号；如果没有收到Hello请求信号，则跳至下一频点Fm++继续监听。其中，设计接收机频率跳变的等待延时t2满足公式（5）的约束条件：
2.3 同频干扰下的自适应跳变
为了提高通信系统有效数据的传输效率，当系统握手成功后，收发双方即默认此时的信道良好，此后，就保持定频通信方式。然而，同频干扰具有随机性，因此，软件设计既要保证系统有足够的时间传输有效数据，又要及时识别出同频干扰信道并实现自适应跳频。
自适应跳频算法的设计思想是：系统将相关跳一体成型电感生产厂频信息写入握手信号帧Hello和ACK的协议中，如表3和表4所示。
软件协议在握手信号帧的结构中设置身份识别码，身份识别码的长度为5 B（40 bit），每个合法用户均有一个唯一的身份识别码。通过身份识别码来区分有用信号和干扰信号，以决定收发双方是继续保持定频通信，还是自适应跳变到净频点。在同频干扰环境中，接收机通过身份识别功能区分出干扰信号的存在，然后发送一个请求重新握手信号给发射机，并屏蔽该干扰频点，在净频点上重新建立一个新的握手信道。通信系统在同频干扰情况下自适应跳变流程如图2所示。
3 实验结果分析与总结
本文研究设计的基于nRF2401软件的自适应跳频协议在工程机械仪表无线显示系统样机平台上进行了跳频通信与跳频抗干扰实验，其中，射频机收发双方均按照表2中的跳频序列基建立握手信道，m取值随机。得到系统进行无线数据通信前射频收发机采用跳频方式成功建立握手信道的时间如表5所示。
通过表5中数据可知，接收机接收到Hello数据帧的时间平均为3.88 s，而发射机接收到ACK应答信号帧的时间平均为30 s左右。
射频收发机电感器的单位握手成功后，进入正常定频通信流程，在遇到同频干扰后，迅速退出定频模式，进入跳频模式并屏蔽该干扰点，在净频点上重新建立一个握手信道，并再次进入正常定频通信流程。无线数据通信中遇到同频干扰时射频收发机重新握手成功的时间如表6所示。
表6中记录数据表明，系统两次定频模式间隔时间大约在16 s以内，最短用时为2 s左右。
本文设计的基于射频收发芯片nRF2401的自适应跳频软件扩频协议，在无线通信系统遇到同频干扰时，能够自适应快速跳变到没有干扰的频道，提高了系统的抗干扰能力和可靠性，也弥补了ISM频段频率资源紧张的缺陷，达到频谱扩展的目的。该协议严格按照合理算法选频，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。随着nRF2401芯片在短距离无线通信应用的普及频谱资源日益紧张，采用软件扩频技术实现抗干扰通信将具有重要的实际意义。
参考文献
[1] 张煜，葛海波.基于NRF2401的跳频无线传输系统的实现[J].西安邮电学院学报，2009，14(5).
[2] Datasheet Nordic VLSI ASA[EB/OL].[2003-03].http://www.nvlsi.no.
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