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低功耗無線模塊技術(shù)自適應(yīng)跳頻克服數(shù)據(jù)包干擾

  • 發(fā)布時間:2021-11-09 09:17:49

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干擾是任何無線技術(shù)提供可靠數(shù)據(jù)通信時所遇到的最大挑戰(zhàn)之一。由于藍牙、Wi-Fi和802.15.4等無線技術(shù)設(shè)備共享一個傳輸介質(zhì),如果一個正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包與另一個正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包在完全相同的時間和相同的通道上發(fā)生沖突,數(shù)據(jù)包就有可能損壞或丟失。

為了克服干擾并找到一條避免數(shù)據(jù)包沖突的清晰傳輸路徑,低功耗無線模塊技術(shù)使用一種被稱為 自適應(yīng)跳頻( AFH, adaptivefrequency hopping )的跳頻擴頻(FHSS,frequency-hopping spread spectrum)形式。藍牙將頻段劃分為較小的通道(如低功耗藍牙為40個通道),并在傳輸數(shù)據(jù)包時在這些通道之間快速跳轉(zhuǎn)。為了進一步降低干擾概率,藍牙會調(diào)整其跳轉(zhuǎn)順序。在發(fā)送數(shù)據(jù)包時,嘈雜和繁忙的通道會被隨時追蹤并避開。

自適應(yīng)跳頻 (AFH):

無線電通信的主要挑戰(zhàn)之一是沖突(collisions),在繁忙的無線電環(huán)境中,沖突問題尤為嚴重。之前我們探討了沖突,并解釋了當(dāng)兩臺或以上設(shè)備在重疊時間段內(nèi)在同一無線電通道上傳輸數(shù)據(jù)時,就會發(fā)生沖突。如果不同的無線電技術(shù)(如藍牙和Wi-Fi)同時使用一個無線電頻譜,就會相互干擾。

藍牙技術(shù)通過使用 擴頻技術(shù)( spread spectrum )來降低沖突的風(fēng)險。當(dāng)兩個設(shè)備連接時,需要一種稱為 自適應(yīng)跳頻( adaptive frequency hopping )的特定技術(shù)。

在每個連接事件中,一對連接設(shè)備可以使用它們的無線電以精確的時間間隔交換數(shù)據(jù)包。但除此之外,在每次連接事件開始時,都會發(fā)生跳頻,使用通道選擇算法(channel selection algorithm)從可用通道集合中確定一個無線電通道。然后,所連接的每個設(shè)備將切換到選定的通道。隨著時間的推移和一系列連接事件的發(fā)生,通信將通過頻繁變化的一系列不同通道進行,這些通道分布在2.4 GHz頻段上,從而大大降低了發(fā)生沖突的概率。

低功耗無線模塊,低功耗藍牙方案

在低功耗藍牙使用的40個通道中,有37個通道(稱為通用通道,general purpose channels)可在連接通信時使用。

跳頻對互聯(lián)設(shè)備之間的通信可靠性做出了很大的貢獻,而藍牙則更進一步提高了通信可靠性。

在特定環(huán)境中,一些藍牙無線電通道可能無法正常工作,這可能是因為它們受到了干擾的影響,而其他通道能夠可靠地工作。隨著環(huán)境中無線通信設(shè)備的增加和刪除,可靠的通道和不可靠的通道可能會逐漸改變。

連接的主設(shè)備產(chǎn)生一個通道圖(channelmap),該圖將每個工作良好的通道分類為“已使用”或“未使用”。可使用鏈路層程序?qū)⑼ǖ缊D與第二臺設(shè)備共享,以便它們能夠共享關(guān)于哪些通道將被使用和哪些通道將不被使用的信息。

設(shè)備使用特定實施技術(shù)監(jiān)測每個通道的運行情況。當(dāng)確定一個或多個之前工作的通道不再適用時,通道圖就會被更新。反之,如果發(fā)現(xiàn)之前運行狀況不佳的通道現(xiàn)在運行良好,該通道狀態(tài)也會在通道圖中更新。之后,通道地圖更新將與第二個設(shè)備共享。 

通過這種方式,低功耗無線模塊可以確保它只使用已知的好通道,避開有問題的通道,并保持通道圖的更新,使其始終反映正在使用的最佳通道子集。這就是藍牙自適應(yīng)跳頻系統(tǒng)的自適應(yīng)能力。


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