CN107204791B - 一种跳频传输方法及系统、接收端设备和发送端设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种跳频传输方法及系统、接收端设备和发送端设备，以解决现有跳频传输不稳定的问题。系统包括：发送端设备在开始计时后的第一时长内在工作频道发送数据，若在第一时长内未接收到应答信息则跳频至下一频道，将该下一频道确定为工作频道重复前述步骤；接收端设备在工作频道接收到发送端设备发送的数据时开始计时，若在第二时长内未接收到下一数据则跳频至下一频道，将下一频道作为工作频道重复前述步骤。本方案无需发送端设备与接收端设备时钟同步也可实现跳频的一致性，两者能够在先后较短的时延内跳频到同一工作频道进行通信，克服现有跳频技术必须要求发送端设备与接收端设备时钟同步而存在的跳频传输不稳定的问题。

Description

一种跳频传输方法及系统、接收端设备和发送端设备

技术领域

本发明涉及计算机领域，特别涉及一种跳频传输方法、一种跳频传输系统、接收端设备和发送端设备。

背景技术

随着形形色色的无线通信设备的出现，使得人们脱离了有线的束缚，丰富了世界的同时也极大的提高了工作效率。而无线通信领域中2.4G无线通信，其频段处于2.400GHZ～2.4835GHZ之间，该频段是国际规定的免费频段，不需要向有关国际组织缴纳任何费用，因此工作在这一频段的设备层出不穷，在室内办公环境里可能同时有多个设备如WIFI、蓝牙、Zigbee和射频通信同时工作在该频段，设备间的干扰不可避免。

目前为提高设备的抗干扰能力提出跳频传输技术，目前公开的跳频技术原理上大致相同，即发送端设备与接收端设备事先约定，如果在某一频道F1上通信时长到达T后还没有通信成功，则两者同时跳转到双方约定的频道F2上进行通道，同样在T1时间内未通信成功则两者跳转到频道F3上通信，依此类推。

但是现有的跳频技术均需要发送端设备与接收端设备的时钟保持同步，即工作起点必须一致。但是在实际情况中，发送端设备与接收端设备由于时钟来源不同、所处工作环境也不同，而时钟来源又极易受工作环境的影响，因此需要频繁的调整两者的时钟，跳频传输不稳定。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种跳频传输方法及系统，无需接收端设备和发送端设备的时钟同步也可实现稳定的跳频传输，克服现有技术存在的调频传输不稳定的问题。

本发明实施例，一方面，提供一种跳频传输系统，该系统包括：

发送端设备，用于确定与接收端设备之间的有效通信频道；以及，以所述有效通信频道为初始的工作频道执行以下步骤：在确定出工作频道后开始计时，并在开始计时后的第一时长内在工作频道向接收端设备发送数据，若在所述第一时长内未接收到接收端设备反馈的与所述数据相应的应答信息则按照预置的跳频顺序跳频至下一频道，将该下一频道确定为工作频道重复前述步骤；

接收端设备，用于以所述有效通信频道为初始的工作频道执行以下步骤：在工作频道接收到所述发送端设备发送的数据时开始计时，若在计时后的第二时长内未接收到发送端设备发送的下一数据则按照预置的所述跳频顺序跳频至下一频道，将所述下一频道作为工作频道重复前述步骤，所述第二时长与第一时长的差值小于预置阈值。

本发明实施例，另一方面提供一种发送端设备，该发送端设备包括：

第一处理器，用于在确定出工作频道后开始计时，并在开始计时后的第一时长内，向第一射频传输芯片写入包含数据和工作频道的数据信息；以及，在所述第一时长内未接收到接收端反馈的与所述数据相应的应答信息则按照预置的跳频顺序跳频到下一频道；将该下一频道确定为工作频道重复前述步骤；

第一射频传输芯片，用于在所述工作频道将所述数据发送给接收端设备；以及，将所述接收端设备反馈的与所述数据相应的应答信息转发给所述第一处理器。

本发明实施例，另一方面还提供一种接收端设备，该接收端设备包括：

第二处理器，用于在工作频道接收到发送端设备发送的数据时开始计时，若在计时后的第二时长内未接收到所述发送端设备发送的下一数据则按照预置的跳频顺序跳频至下一频道；将下一频道作为工作频道继续接收所述发送端设备发送的数据，其中所述第二时长与第一时长的差值小于预置阈值；

第二射频传输芯片，用于在第二处理器设置的工作频道接收所述发送端设备发送的数据，并将接收到的数据发送给所述第二处理器。

本发明实施例，最后一方面，还提供一种跳频传输方法，该方法包括：

发送端设备确定与接收端设备之间的有效通信频道；

发送端设备以所述有效通信频道为初始的工作频道执行以下步骤：在确定出工作频道后开始计时，并在开始计时后的第一时长内在工作频道向接收端设备发送数据，若在所述第一时长内未接收到接收端设备反馈的与所述数据相应的应答信息则按照预置的跳频顺序跳频至下一频道，将该下一频道确定为工作频道重复前述步骤；

接收端设备以所述有效通信频道为初始的工作频道执行以下步骤：在工作频道接收到所述发送端设备发送的数据时开始计时，若在计时后的第二时长内未接收到发送端设备发送的下一数据则按照预置的所述跳频顺序跳频至下一频道，将所述下一频道作为工作频道重复前述步骤，所述第二时长与第一时长的差值小于预置阈值。

本发明实施例提供的跳频技术，发送端设备与接收端设备均以确定的有效通信频道为起始的工作频道，且两者第一时长和第二时长之间的时间差较低，跳频顺序一致，因此，该种跳频技术在无需发送端设备与接收端设备时钟同步也可实现跳频的一致性，能够确保两者在先后较短时延内跳频到同一工作频道进行通信，由于不需要两者保持严格的时钟同步，因此对时钟偏差容忍性较大，采用本发明提供的跳频传输技术能够使得发送端设备与接收端设备在较长时间内保持稳定的数据传输，克服现有技术存在的技术缺陷。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为本发明实施例中跳频传输系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中采用单周期跳频重发一次数据机制发送数据的示意图；

图3为本发明实施例中采用单周期跳频重发多次数据机制发送数据的示意图；

图4为本发明实施例中采用多周期跳频不重发数据机制发送数据的示意图；

图5为本发明实施例中采用多周期跳频重发一次数据机制发送数据的示意图；

图6为本发明实施例中采用多周期跳频重发多次数据机制发送数据的示意图；

图7为本发明实施例中发送端设备的结构示意图；

图8为本发明实施例中接收端设备的结构示意图；

图9为本发明实施例中发送端设备与接收端设备通信的具体实例；

图10为本发明实施例中发送端设备的射频传输芯片的发送模式和接收模式的时序图；

图11为本发明实施例中发送端设备的射频传输芯片带有重发数据机制的发送模式的时序图；

图12为本发明实施例中采用单周期跳频重发一次数据机制发送数据时的发送端设备与接收端设备的时序图之一；

图13为本发明实施例中采用单周期跳频重发一次数据机制发送数据时的发送端设备与接收端设备的时序图之二；

图14为本发明实施例中采用单周期跳频重发多次数据机制发送数据时的发送端设备与接收端设备的时序图之一；

图15为本发明实施例中采用单周期跳频重发多次数据机制发送数据时的发送端设备与接收端设备的时序图之二；

图16为本发明实施例中采用多周期跳频重发多次数据机制发送数据时的发送端设备与接收端设备的时序图之一；

图17为本发明实施例中采用多周期跳频重发多次数据机制发送数据时的发送端设备与接收端设备的时序图之二；

图18为本发明实施例中计算各时间的公式；

图19为本发明实施例中跳频传输方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例一

参见图1，为本发明实施例提供的跳频传输系统的结构示意图，该系统包括发送端设备1和接收端设备2，发送端设备1与接收端设备2的结构可以相同也可以不相同，本申请不做严格限定。发送端设备1和接收端设备2之间通过无线方式通信，例如通过2.4G频段通信。

发送端设备1，用于确定与接收端设备2之间的有效通信频道；以及，以所述有效通信频道为初始的工作频道执行以下步骤：在确定出工作频道后开始计时，并在开始计时后的第一时长内在工作频道向接收端设备2发送数据，若在所述第一时长内未接收到接收端设备2反馈的与所述数据相应的应答信息则按照预置的跳频顺序跳频至下一频道，将该下一频道确定为工作频道重复前述步骤。

接收端设备2，用于以所述有效通信频道为初始的工作频道执行以下步骤：在工作频道接收到所述发送端设备1发送的数据时开始计时，若在计时后的第二时长内未接收到发送端设备1发送的下一数据则按照预置的所述跳频顺序跳频至下一频道，将所述下一频道作为工作频道重复前述步骤，所述第二时长与第一时长的差值小于预置阈值。

发送端设备1与接收端设备2的预置的跳频顺序一致。

本发明实施例中，有效通信频道是指发送端设备1与接收端设备2可以进行有效通信的频道，即通信成功的频道。

本发明实施例中，所述第一时长和第二时长可以相同也可以不相同。优选地，为进一步提高发送端设备1与接收端设备2跳频的一致性，本发明实施例中，所述第一时长与所述第二时长相同。

优选地，本发明实施例中，所述发送端设备1还进一步用于：若在所述第一时长内接收到所述接收端设备2反馈的与所述数据相应的应答信息则产生中断，并等待所述第一时长到达时在所述工作频道继续向所述接收端设备2发送下一数据。相应地，所述接收端设备2还进一步用于：若在所述第二时长内接收到所述发送端设备1发送的下一数据则产生中断，并向所述发送端设备1反馈应答信息，以及继续在所述工作频道接收所述发送端设备1发送的数据。

优选地，为进一步减少设备功耗，所述发送端设备1进一步用于：在产生中断后进入待机模式，直到所述第一时长到达；相应地，所述接收端设备2进一步用于：在向所述发送端设备1反馈应答信息之后进入待机模式，直到所述第二时长到达。

本发明实施例中，所述第一时长可以为一个时间周期也可以是由多个个时间周期(即2个以上时间周期)构成。当所述第一时长为一个时间周期时表明发送端设备1在该时间周期内未接收到相应的应答信息时，在该周期结束后进行一次跳频，即单周期跳频一次。当所述第一时长由多个时间周期构成时则表明所述发送端设备1在该多个时间周期内均以同一个工作频道向所述接收端设备2发送数据，当在该多个时间周期内均未接收到相应的应答信息时，在第一时长到达时进行一次跳频，即多周期跳频一次。

本发明实施例中，当第一时长包含一个时间周期时，发送端设备1采用至少重发一次数据的向接收端设备2发送数据；当第一时长包含多个时间周期时，在每个时间周期内发送端设备1既可以采用不重发数据机制向接收端设备2发送数据，也可以采用重发至少一次数据机制向接收端设备2发送数据。

本发明实施例中，前述发送端设备1在开始计时后的第一时长内在工作频道向接收端设备2发送数据，具体实现如下：

在所述第一时长内按照预置的时间周期在工作频道向所述接收端设备2发送所述数据，其中，针对每个时间周期执行以下步骤：在所述时间周期内向所述接收端设备2发送所述数据，若在该时间周期内未接收到应答信息则在下一时间周期继续发送所述数据，若在该时间周期内接收到应答信息则停止发送所述数据。

其中，所述发送端设备1在所述时间周期内向所述接收端设备2发送所述数据，具体用于：

在所述时间周期内在工作频道向所述接收端设备2发送所述数据，若在发送所述数据之后的第三时长内未接收到应答信息则重发所述数据，若在所述数据之后的第三时长内接收到应答信息则停止重发所述数据，依次类推，直到所述时间周期结束或者重发次数达到预置的次数阈值；其中所述第三时长小于所述时间周期。

为便于本领域技术人员理解本发明实施例中发送端设备1如何在第一时长内向接收端设备2发送数据，下面结合几种具体的实现方案进行详细的描述。当然，本领域技术人员可以采用但不仅限于以下任意一种方案，还可以基于本发明实施例提供的以下方案作出其他变形或改进方案。

以下几种方案中，第一时长用T表示，第二时长用S表示，工作频道用F表示；当第一时长包含多个(用N表示，其中N大于等于2)时间周期时，第i个时间周期用Ti表示，其中该N个时间周期的取值相同。

方案1、发送端设备1采用单周期跳频重发一次数据机制向接收端设备2发送数据。如图2所示，发送端设备1在A时刻开始计时，在开始计时后向所述接收端设备2发送一次数据并等待相应的应答信息，若在预置的时长(即第三时长)内未接收到相应的应答信息，则发送端设备1在工作频道F向所述接收端设备2重发一次所述数据，若在预置的时长(即第三时长)内未接收到相应的应答信息，则发送端设备1在A时刻开始计时的计时T到达时按照预置的跳频顺序跳频至下一频道。相应地，接收端设备2在工作频道F接收到所述发送端设备1发送的数据的B时刻开始计时，并在B时刻计时后的计时S到达时未接收到发送端设备1发送的下一数据，则接收端设备2按照预置的跳频顺序跳频至下一频道。

方案2、发送端设备1采用单周期跳频重发多次数据机制发送数据。如图3所示，发送端设备1在A时刻开始计时，并在开始计时后向所述接收端设备2发送一次数据并等待相应的应答信息，若在预置的时长内未接收到相应的应答信息，则发送端设备1在工作频道F向所述接收端设备2重新发送所述数据并等待相应的应答信息，若在预置的时长内未接收到相应的应答信息，则发送端设备1在工作频道F再一次向所述接收端设备2重发所述数据，依此类推；若在A时刻开始计时的计时T到达时仍然还没有接收到应答信息则发送端设备1按照预置的跳频顺序跳频至下一频道，或者，若重发次数达到预置的次数阈值则停止重发所述数据并在A时刻开始计时的计时T到达时，所述发送端设备1按照预置的跳频顺序跳频至下一频道。相应地，接收端设备2在工作频道F接收到所述发送端设备1发送的数据的B时刻开始计时，并B时刻开始计时的计时S到达时未接收到发送端设备1发送的下一数据，则接收端设备2按照预置的跳频顺序跳频至下一频道。

方案3、发送端设备1采用多周期跳频不重发数据机制发送数据。如图4所示，发送端设备1在A时刻开始计时，并在开始计时后按照时间周期依次向接收端设备2发送数据，在每个时间周期执行以下步骤：发送端设备1在工作频道F向所述接收端设备2发送一次数据并等待相应的应答信息，若在该时间周期结束时未接收到应答信息则进入下一时间周期，若在该时间周期内接收到相应的应答信息则在A时刻开始计时的计时T到达时在该工作频道继续向所述接收端设备2发送下一数据。依此类推；若在该N个时间周期均未接收到相应的应答信息，则发送端设备1按照预置的跳频顺序跳频至下一频道。相应地，接收端设备2在工作频道F接收到所述发送端设备1发送的数据的B时刻开始计时，并在B时刻计时后的计时S到达时未接收到发送端设备1发送的下一数据，则接收端设备2按照预置的跳频顺序跳频至下一频道。

方案4、发送端设备1采用多周期跳频重发一次数据机制发送数据。如图5所示，发送端设备1在A时刻开始计时，并在开始计时后按照时间周期依次向接收端设备2发送数据，在每个时间周期执行以下步骤：发送端设备1在工作频道F向所述接收端设备2发送一次数据并等待相应的应答信息，若在预置的时长内未接收到相应的应答信息，则在该工作频道向所述接收端设备2重发一次所述数据并等待相应的应答信息，若在预置的时长内未接收到相应的应答信息，则在该时间周期结束时进入下一时间周期，若在该时间周期内接收到相应的应答信息则在A时刻开始计时的计时T到达时在该工作频道继续向所述接收端设备2发送下一数据。依此类推；若在该N个时间周期均未接收到相应的应答信息，则发送端设备1按照预置的跳频顺序跳频至下一频道。相应地，接收端设备2在工作频道F接收到所述发送端设备1发送的数据的B时刻开始计时，并B时刻开始计时的计时S到达时未接收到发送端设备1发送的下一数据，则接收端设备2按照预置的跳频顺序跳频至下一频道。

方案5、发送端设备1采用多周期跳频重发多次数据机制发送数据。如图6所示，发送端设备1在A时刻开始计时，并在开始计时后按照时间周期依次向接收端设备2发送数据，在每个时间周期执行以下步骤：发送端设备1在工作频道F向所述接收端设备2发送一次数据并等待相应的应答信息，若在预置的时长内未接收到相应的应答信息，则在该工作频道向所述接收端设备2重发一次所述数据并等待相应的应答信息，若在预置的时长内未接收到相应的应答信息则在该工作频道向所述接收端设备2再次重发一次所述数据并等待相应的应答信息，以此类推，若在该时间周期结束时均未接收到相应的应答信息则进入下一时间周期或者重发次数达到M次时均未接收到相应的应答信息则等待该时间周期结束时进入下一时间周期，若在该时间周期内接收到相应的应答信息则在A时刻开始计时的计时T到达时在该工作频道继续向所述接收端设备2发送下一数据。依此类推；若在该N个时间周期均未接收到相应的应答信息，则发送端设备1按照预置的跳频顺序跳频至下一频道。相应地，接收端设备2在工作频道F接收到所述发送端设备1发送的数据的B时刻开始计时，并B时刻开始计时的计时S到达时未接收到发送端设备1发送的下一数据，则接收端设备2按照预置的跳频顺序跳频至下一频道。

优选地，本发明实施例中，所述发送端设备1确定与接收端设备2之间的有效通信频道，具体可通过但不仅限于以下方式实现：

方式1、发送端设备1在预置的频道列表所列的频道上依次向所述接收端设备2发送数据；若在其中一频道向所述接收端设备2发送数据后接收到相应的应答信息，则将该频道确定为有效通信频道，并停止向接收端设备2发送数据；若在所述频道列表上所列的所有频道上向接收端设备发送数据后均未接收到相应的应答信息，则在所述接收端设备跳频到下一频道之后，重新执行所述在预置的频道列表所列的频道上依次向所述接收端设备发送数据的步骤；依此类推，直到确定出所述有效通信频道。

假设频道列表中列有四个频道，分别用F1、F2、F3和F4表示，以每4个时间周期为一个序列。以一个序列为例：接收端设备2在该序列的时间周期内一直在工作频道F1上接收数据；发送端设备1在F1向接收端设备2发送数据，若在计时后的第一个时间周期T到达时没有接收到相应的应答信息，则在第二时间周期开始时通过F2向接收端设备2发送数据；若在计时后的第二个时间周期T到达时没有接收到相应的应答信息，则在第三时间周期开始时通过F3向接收端设备2发送数据；若在计时后的第三个时间周期T到达时没有接收到相应的应答信息，则在第四个时间周期开始时通过F4向接收端设备2发送数据；若在计时后的第四个时间周期T到达时没有接收到相应的应答信息，则接收端设备2进行跳频，跳频到F2。基于F2开始下一序列，在下一序列的时间周期内接收端设备2一直在工作频道F2上接收数据，发送端设备1重复前述从F1～F4依次向接收端设备2发送数据的步骤，依此类推，直到找到有效通信频道位置。

方式2、发送端设备1在工作频道上周期性向接收端设备2发送数据，针对每个周期执行以下步骤：在该周期内每发一次数据则等待相应的应答信息，若在该周期结束时未接收到应答信息则进行下一周期的数据发送，若在该周期内接收到应答信息则将此时的工作频道确定为有效通信频道并停止发送数据；依此类推，若在N个周期结束后仍然没有确定出有效通信频道则跳频到下一工作频道重复前述步骤；相应地，接收端设备2周期性的在预置的频道列表所列的频道上接收发送端设备1发送的数据，针对每个周期执行以下步骤:若在该周期内接收到数据则向发送端设备1反馈相应的应答信息，若在该周期内未接收到数据则在下一周期跳频到下一频道继续接收数据。

实施例二

本发明实施例中，发送端设备1的结构如图7所示，该发送端设备1包括第一处理器11、第一射频传输芯片12和第一天线13：

第一处理器11，用于在确定出工作频道后开始计时，并在开始计时后的第一时长内，向第一射频传输芯片12写入包含数据和工作频道的数据信息；以及，在所述第一时长内未接收到接收端设备反馈的与所述数据相应的应答信息则按照预置的跳频顺序跳频到下一频道；将该下一频道确定为工作频道重复前述步骤；

第一射频传输芯片12，用于在所述工作频道将所述数据发送给接收端设备；以及，将所述接收端设备反馈的与所述数据相应的应答信息转发给所述第一处理器11。

本发明实施例中，第一射频传输芯片12可通过第二天线13将所述数据发送给接收端设备。

在另一个实施例中，所述发送端设备1不包含第一天线13，而是所述第一射频芯片12本身设置有天线，通过自身的天线向接收端设备发送所述数据。

在实际应用中，第一处理器11向第一射频传输芯片12的预置存储空间(后续称为发送缓冲寄存器)中写入包含待发送数据、发送数据的工作频道、数据长度、发送地址等数据信息，并向所述第一射频传输芯片12传输发送使能信号；第一射频传输芯片12在接收到发送使能信号时，从所述存储空间中读取数据信息，将待发送数据打包成数据包，并在所述数据信息中的工作频道向所述接收端设备发送数据包；在预置的时间间隔之后将其自身设置为接收模式，接收与发送数据相应的应答信息，若接收到应答信息则产生中断，若未接收到应答信息则重发所述数据包。

实施例三

本发明实施例中，接收端设备2的结构可如图8所示，该接收端设备2包括第二处理器21、第二射频传输芯片22和第二天线23，其中：

第二处理器21，用于在工作频道接收到发送端设备1发送的数据时开始计时，若在计时后的第二时长内未接收到所述发送端设备1发送的下一数据则按照预置的跳频顺序跳频至下一频道；将下一频道作为工作频道继续接收所述发送端设备1发送的数据，其中所述第二时长与第一时长的差值小于预置阈值；

第二射频传输芯片22，用于在第二处理器21设置的工作频道接收所述发送端设备1发送的数据，并将接收到的数据发送给所述第二处理器21。

本发明实施例中，第二射频传输芯片22可通过第二天线23接收发送端设备1发送的数据。

在另一个实施例中，所述接收端设备2不包含第二天线23，而是所述第二射频芯片22本身设置有天线，通过自身的天线接收发送端设备1发送的数据。

在实际应用中，第二处理器21向第二射频传输芯片22的预置存储空间中写入接收数据的工作频道、接收地址等数据信息，并向所述第二射频传输芯片22传输接收使能信号；第二射频传输芯片22在接收到接收使能信号时，监听接收地址和工作频道上的数据，在接收到数据之后产生中断，并在预置的时间间隔之后将自身设置为发送模式，并反馈相应的应答信息。

实施例四

本发明实施例还提供一种收发设备，该收发设备包含处理器、射频传输芯片和天线，其中所述处理器具有前述第一处理器11和第二处理器21的功能，所述射频传输芯片具有前述第一射频传输芯片12和第二射频传输芯片22的功能，所述天线具有前述第一天线13和第二天线23的功能，在此不再赘述。

实施例五

为进一步详细阐述本发明实施例提供的跳频传输技术，下面结合一个具体的实例进行详细的描述。

在该实例中，发送端设备与接收端设备的结构相同，如图9所示，两者均包含处理器(用ARM表示)、射频传输芯片(该射频传输芯片可以但不仅限于NRF24L01芯片)和天线(用ANT表示)，其中射频传输芯片为2.4Ghz GFSK射频传输芯片。

NRF24L01芯片为2.4G射频传输芯片，该NRF24L01芯片通过SPI(SerialPeripheralInterface，串行外设接口)总线与ARM处理器相连接，ARM处理器通过SPI总线向写入NRF24L01芯片的发送缓冲寄存器写入数据信息。NRF24L01芯片通过ANT天线向外收发数据；ANT天线将接收到的数据写入NRF24L01芯片的接收缓冲寄存器中，再由NRF24L01芯片通过SPI总线将接收到的数据传输给ARM处理器。

NRF24L01芯片的工作模式采用增强式突发模式(Enhanced Shock BurstMode)，在该工作模式下，NRF24L01芯片可自己完成高速RF(Radio Frequency，射频)协议，ARM处理器只需将包含待发送的数据、发送地址、工作频道和数据长度等数据信息写入至发送缓冲寄存器中，NRF24L01芯片自动产生射频的固定格式的数据包，并在所述工作频道将所述数据包发送出去。

NRF24L01芯片包含发送模式(即PTX Mode)和接收模式(即PRX Mode)。

通常NRF24L01芯片处于待机模式，当发送模式被使能且发送数据缓冲寄存器中有包含待发送的数据、发送地址、工作频道和数据长度的数据信息时，NRF24L01芯片根据发送地址、数据长度、数据等自行组建数据包，并在所述工作频道发送所述数据包，并发送数据包之后的固定的时间间隔后将NRF24L01芯片设置成为接收模式，以接收来自接收端设备反馈的应答信息；若未接收到应答信息则在指定的时间间隔重新发送所述数据包，若接收到应答信息则产生中断。

通常NRF24L01芯片处于待机模式，当接收模式被使能，则NRF24L01芯片将监听指定地址和工作频道上的数据，一旦接收到数据则立即产生中断，并在指定的时间间隔后，NRF24L01芯片设置为发送模式，并向发送端设备反馈响应的应答信息。

图10为NRF24L01芯片的发送模式和接收模式的时序图，在该时序图中，Tul表示ARM在发送缓冲寄存器中写入数据信息所要消耗的时长，PLL Lock为预置的用于触发模式切换的固定时间间隔(例如可以设置为13us)，TOA为发送数据包所要消耗的时长，Tack为接收到数据之后向发送端设备反馈应答信息的响应时长，IRQ为产生中断的响应时长，standby为待机时长。则NRF24L01芯片发送一次数据包需要的时长(用Tesb cycle表示)如下式(1)所示：

Tesb cycle＝Tul+130us*2+TOA+Tack+10us式(1)

图11为NRF24L01芯片的带有重发数据机制的发送模式的时序图，在该时序图中，在向接收端设备发送数据包之后的指定ARD时间(即第三时长)内若没有接收到接收端设备反馈的应答信息(即ACK)则启动数据重发流程，该图12是以重发M次为例。当Tesb cycle(即一个时间周期)结束后，将在下一Tesb cycle内重复前述流程。ARD的时长大于130us+Tack+10us。PLL+RX表示模式切换固定时间间隔与发送数据所消耗的时长的和值。

本实例发送端设备与接收端设备之间的工作原理可分两个阶段进行描述，第一阶段由发送端设备确定出与接收端设备之间的有效通信频道；第二阶段，发送端设备以有效通信频道为初始的工作频道进行跳频发送数据，接收端设备以有效通信频道为初始的工作频道进行跳频接收数据。发送端设备的射频传输芯片用PTX(Primary Transmitter)表示，接收端设备的射频传输芯片用PRX(Primary Receiver)表示。两个工作阶段具体如下：

(1)第一阶段：

发送端设备采用前述方式，通过向接收端设备发送数据的方式确定出两者之间的有效通信频道，在此不再赘述。

(2)第二阶段：

该第二阶段，分别以发送端设备采用方案1、方案2和方案5在计时后的第一时长内向接收端设备发送数据进行详细的描述，其他方案的原理类似，在此不再赘述。

实例1：采用前述方案1所示的单周期跳频重发一次数据机制发送数据。

假设第一时长为一个时间周期(该时间周期用Tesb cycle表示)，与PTX连接的ARM在A时刻开始计时Tesb cycle，在计时后在工作频道F向PRX发送一次数据并等待接收应答信息。若A时刻开始计时后的Tesb cycle计时到达之前，PTX接收到应答信息则产生中断，并由PTX连接的ARM进行中断处理，此时PTX进入待机模式以减少功耗。PRX在B时刻在工作频道F上接收到PTX发送的数据(该数据为PTX在A时刻之前发送的上一数据)并产生中断，向PTX反馈应答信息(用ACK表示)之后进入待机模式以减少功耗。与PTX相连的ARM在A时刻开始计时后的Tesb cycle计时到达时，继续在工作频道F控制PTX向PRX发送下一数据，与PTX相连的ARM开始计时next Tesb cycle；而此时B时刻开始计时的Tesb cycle还未到达，而PRX在B时刻开始计时的Tesb cycle到达之前即接收到了PTX发送的下一数据，因此，与PRX连接的ARM在B时刻开始计时的Tesb cycle到达时不进行跳频，从而确保发送端设备1与接收端设备2继续在相同的工作频道F进行通信。

如图12所示，如果与PRX在B时刻开始计时后的Tesb cycle计时到达时还未接收到PTX发送的数据，则与PRX连接的ARM在时刻C启动跳频。由于PTX与PRX已经不在同一工作频道，因此PTX在next Tesb cycle接收不到PRX反馈的ACK，因此与PTX相连的ARM在next Tesbcycle到达的D时刻也启动跳频。而PTX与PRX又会在同一个新的工作频道进行通信。图12中以及后续的其他附图中打“X”表示发送失败。

如图13所示，如果PRX在B时刻开始计时的Tesb cycle计时到达之前接收到PTX发送的数据，则PRX产生中断并回复ACK，与PRX相连的ARM进行中断处理并重新开始计时nextTesb cycle。PTX若在开始计时next Tesbcycle之后发送的数据未接收到ACK则会重发一次所述数据；如果PRX能接收到PTX重发的数据，由于PRX内部带有高速RF协议可以判断出本次接收到的数据为PTX重发的数据，因此PRX会自动回复ACK但不触发中断。如果PTX在nextTesb cycle计时未到之前接收到ACK则产生中断，则与PTX相连的ARM在next Tesb cycle计时到达时不进行跳频；如果PTX在next Tesbcycle计时到达时还未接收到ACK，则与PTX相连的ARM在next Tesb cycle计时到达的时刻C启动跳频。PTX在新的工作频道上向PRX发送数据，由于PRX与PTX已经不在同一工作频道上，因此PRX在next Tesb cycle计时到达之前接收不到PRX发送的数据，因此与PRX相连的ARM在next Tesb cycle到达的时刻D启动跳频，此后PTX与PRX又会在同一个新的工作频道进行通信。

实例2：采用前述方案2所示的单周期跳频重发多次数据机制发送数据。

在经过第一阶段后，假设与PTX相连的ARM在时刻A开始计时Tesbcycle，并在开始计时后控制PTX第一次向PRX发送数据，如果在预置时长内未接收到PRX反馈的ACK则重新发送所述数据；假设PRX在B时刻接收到PTX第I(I<＝M)次发送的数据且反馈ACK时，则与PRX连接的ARM在B时刻开始计时Tesb cycle。

如图14所示，如果PRX在B时刻开始计时的Tesb cycle计时到达时还没有接收到PTX发送的数据，则与PRX相连的ARM在B时刻开始计时的Tesbcycle到达的C时刻启动跳频；PTX在next Tesb cycle内发送的前I次数据均未接收到PRX反馈的ACK，还将继续重发(M-I)次数据，但是由于PTX与PRX已经不在同一工作频道，因此PTX重发的(M-I)次数据也均不会接收到PRX反馈的ACK，因此与PTX相连的ARM在next Tesb cycle计时到达的D时刻启动跳频。PTX与PRX又会在同一个新的工作频道上进行通信。

如图15所示，如果PRX在B时刻开始计时的Tesb cycle计时到达之前接收到PRX发送的数据，则PRX产生中断并反馈ACK，与PRX相连的ARM进行中断处理并开始计时next Tesbcycle。PTX在next Tesb cycle内发送前I次数据之后未接收到PRX反馈的ACK，还会重发(M-I)次数据，如果在(M-I)次重发数据的过程中，PRX能接收到重发的数据，由于PRX内部带有高速RF协议可以判断出本次接收到的数据为PTX重发的数据，则PRX自动回复ACK但不触发中断。如果PTX在next Tesb cycle计时到达之前接收到PRX反馈的ACK，则产生中断，与PTX相连的ARM在next Tesb cycle计时到达时不进行跳频。如果PTX在重发M-I次数据之后仍未接收到PRX反馈的ACK，则与PTX相连的ARM在next Tesb cycle计时到达的C时刻启动跳频。PTX在新的工作频道向PRX发送数据，由于PTX与PRX已经不在同一工作频道，因此PRX在nextTesb cycle到达之前接收不到PTX发送的数据，因此与PRX相连的ARM在next Tesb cycle到达的D时刻启动跳频，此后PTX与PRX又会在同一个新的工作频道上进行通信。

实例3：采用方案5所示的多周期跳频重发多次数据机制发送数据。

假设第一时长包含N个时间周期(一个时间周期用一个Tesb cycle表示)，与PTX相连的ARM在A时刻开始计时N*Tesb cycle，计时后周期性向PRX发送数据。如果PTX在某个Tesb cycle的第I(I<＝M)次发送的数据被PRX接收到且PTX接收到PRX反馈的ACK，则与PTX连接的ARM在A时刻开始计时的N*Tesb cycle到达时不进行跳频，并开始计时next N*Tesbcycle，与PRX连接的ARM在时刻B开始计时N*Tesb cycle。

如图16所示，如果PRX在B时刻开始计时的N*Tesb cycle计时到达前，未接收到PTX发送的数据则不回复ACK，与PRX相连的ARM在B时刻开始计时的N*Tesb cycle计时到达的C时刻启动跳频；由于PRX与PTX已经不在同一工作频道，因此PTX在next N*Tesb cycle计时到达之前接收不到PRX反馈的ACK，因此与PTX相连的ARM在next N*Tesb cycle计时到达的D时刻启动跳频。PTX与PRX又会在同一个新的工作频道进行通信。

如图17所示，如果PRX在B时刻开始计时的N*Tesb cycle计时到达前接收到PTX发送的数据，则产生中断并回复ACK，与PRX相连的ARM对中断进行处理，并重新开始计时nextN*Tesb cycle。如果PTX在next N*Tesb cycle计时到达前接收不到PRX反馈的ACK，则与PTX相连的ARM在next N*Tesbcycle计时到达的C时刻启动跳频。PTX在新的工作频道上向PRX发送数据，由于PTX与PRX已经不在同一工作频道，因此PRX在next N*Tesb cycle计时到达之前接收不到PTX发送的数据，则与PRX相连的ARM在next N*Tesbcycle计时到达的D时刻启动跳频，此后PTX与PRX又会在同一个新的工作频道上进行通信。

本发明实施例，发送端设备在确定出与接收端设备的有效通信频道之后按自己的时钟进行跳频，在跳频时不需要考虑接收端设备的工作状态。而接收端设备在所述有效通信频道接收到发送端设备发送的数据之后，可以按照自己的时钟，在N*Tesb cycle时间后，如果没有接收到发送端设备发送的下一数据则进行跳频，只要在PLL+RX时间内设置好新的工作频道即可，且这个PLL+RX也是本发明实施例提供的跳频传输系统能够容忍的发送端设备时钟与接收端设备时钟之间的最大时间偏差。

下面以一个单周期跳频重发一次数据为例，描述发送端设备时钟与接收端设备时钟之间的最大时间偏差。

假设发送端设备与接收端设备的通信频率为100HZ，即Tesb cycle为10ms。报头(即preamble)为1byte，收发数据(即payload)的长度为32个字节，通信地址(即address)长度为5字节，CRC校验位为1byte。在250Kbps(即air data rate)的通信频率下，PLL+RX为130us+((1byte+5byte+32byte+1byte)*8bit+9bit)/(250kbit/s)＝1414us；PTX与PRX在计时10ms，最大时间偏差控制在±707us即可。在射频传输芯片所允许的最高2Mbps(即airdata rate)的通信频率下，PLL+RX为130us+((1byte+5byte+32byte+1byte)*8bit+9bit)/(2Mbit/s)＝290.5us；当X＝1时，在250Kbps的通信频率下，PTX与PRX在计时10ms，最大时间偏差控制在±145.25us即可。前述最大时间偏差基本适用于所有的芯片。计算公式可如图18所示。

实施例六

基于前述跳频传输系统的相同发明构思，本发明实施例还提供一种跳频传输方法，如图19所示，该方法包括以下步骤：

步骤201、发送端设备确定与接收端设备之间的有效通信频道；

步骤202、发送端设备以所述有效通信频道为初始的工作频道执行以下步骤：在确定出工作频道后开始计时，并在开始计时后的第一时长内在工作频道向接收端设备发送数据，若在所述第一时长内未接收到接收端设备反馈的与所述数据相应的应答信息则按照预置的跳频顺序跳频至下一频道，将该下一频道确定为工作频道重复前述步骤；

步骤203、接收端设备以所述有效通信频道为初始的工作频道执行以下步骤：在工作频道接收到所述发送端设备发送的数据时开始计时，若在计时后的第二时长内未接收到发送端设备发送的下一数据则按照预置的所述跳频顺序跳频至下一频道，将所述下一频道作为工作频道重复前述步骤，所述第二时长与第一时长的差值小于预置阈值。

发送端设备1与接收端设备2的预置的跳频顺序一致。

优选地，所述方法还可包括：

所述发送端设备若在所述第一时长内接收到所述接收端设备反馈的应答信息则产生中断，并等待所述第一时长到达时在工作频道继续向所述接收端设备发送下一数据；

以及，所述接收端设备若在所述第二时长内接收到所述发送端设备发送的下一数据则产生中断，并向所述发送端设备反馈应答信息，以及继续在所述工作频道接收数据。

优选地，为进一步减少设备功耗，所述方法还可进一步包括：所述发送端设备在产生中断后进入待机模式，直到所述第一时长到达。所述步骤E还可进一步包括：所述接收端设备在向所述发送端设备反馈应答信息之后进入待机模式，直到所述第二时长到达。

优选地，所述第一时长包含至少一个时间周期，所述步骤202中，发送端设备在开始计时后的第一时长内在工作频道向接收端设备发送数据，具体包括：

在所述第一时长内按照预置的时间周期在工作频道向所述接收端设备发送所述数据，其中，针对每个时间周期执行以下步骤：在所述时间周期内向所述接收端设备发送所述数据，若在该时间周期内未接收到应答信息则在下一时间周期继续发送所述数据，若在该时间周期内接收到应答信息则停止发送所述数据。

优选地，所述发送端设备在所述时间周期内向所述接收端设备发送所述数据，具体包括：

在所述时间周期内在工作频道向所述接收端设备发送所述数据，若在发送所述数据之后的第三时长内未接收到应答信息则重发所述数据，若在所述数据之后的第三时长内接收到应答信息则停止重发所述数据，依次类推，直到所述时间周期结束或者重发次数达到预置的次数阈值；其中所述第三时长小于所述时间周期。

优选地，所述步骤201具体实现如下：在预置的频道列表所列的频道上依次向所述接收端设备发送数据；若在其中一频道向所述接收端设备发送数据后接收到相应的应答信息，则将该频道确定为有效通信频道并停止向接收端设备发送数据；若在所述频道列表上所列的所有频道上向接收端设备发送数据后均未接收到相应的应答信息，则在所述接收端设备跳频到下一频道之后，重新执行所述在预置的频道列表所列的频道上依次向所述接收端设备发送数据的步骤依此类推，直到确定出所述有效通信频道。

以上是本发明的核心思想，为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种跳频传输系统，其特征在于，包括：

发送端设备，用于确定与接收端设备之间的有效通信频道；以及，以所述有效通信频道为初始的工作频道执行以下步骤：在确定出工作频道后开始计时，并在开始计时后的第一时长内在工作频道向接收端设备发送数据，若在所述第一时长内未接收到接收端设备反馈的与所述数据相应的应答信息则按照预置的跳频顺序跳频至下一频道，将该下一频道确定为工作频道重复前述步骤；

接收端设备，用于以所述有效通信频道为初始的工作频道执行以下步骤：在工作频道接收到所述发送端设备发送的数据时开始计时，若在计时后的第二时长内未接收到发送端设备发送的下一数据则按照预置的所述跳频顺序跳频至下一频道，将所述下一频道作为工作频道重复前述步骤，所述第二时长与第一时长的差值小于预置阈值。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发送端设备进一步用于：若在所述第一时长内接收到所述接收端设备反馈的应答信息则产生中断，并等待所述第一时长到达时在工作频道继续向所述接收端设备发送下一数据；

以及，所述接收端设备进一步用于：若在所述第二时长内接收到所述发送端设备发送的下一数据则产生中断，并向所述发送端设备反馈应答信息，以及继续在所述工作频道接收数据。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述发送端设备进一步用于：在产生中断后进入待机模式，直到所述第一时长到达；

以及，所述接收端设备进一步用于：在向所述发送端设备反馈应答信息之后进入待机模式，直到所述第二时长到达。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一时长包含至少一个时间周期，所述发送端设备在开始计时后的第一时长内在工作频道向接收端设备发送数据具体用于：

在所述第一时长内按照预置的时间周期在工作频道向所述接收端设备发送所述数据，其中，针对每个时间周期执行以下步骤：在所述时间周期内向所述接收端设备发送所述数据，若在该时间周期内未接收到应答信息则在下一时间周期继续发送所述数据，若在该时间周期内接收到应答信息则停止发送所述数据。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述发送端设备在所述时间周期内向所述接收端设备发送所述数据，具体用于：

在所述时间周期内在工作频道向所述接收端设备发送所述数据，若在发送所述数据之后的第三时长内未接收到应答信息则重发所述数据，若在所述数据之后的第三时长内接收到应答信息则停止重发所述数据，依此类推，直到所述时间周期结束或者重发次数达到预置的次数阈值；其中所述第三时长小于所述时间周期。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发送端设备确定与接收端设备之间的有效通信频道，具体用于：

发送端设备在预置的频道列表所列的频道上依次向所述接收端设备发送数据；

若在其中一频道向所述接收端设备发送数据后接收到相应的应答信息，则将该频道确定为有效通信频道并停止向接收端设备发送数据；

若在所述频道列表上所列的所有频道上向接收端设备发送数据后均未接收到相应的应答信息，则在所述接收端设备跳频到下一频道之后，重新执行所述在预置的频道列表所列的频道上依次向所述接收端设备发送数据的步骤；

依此类推，直到确定出所述有效通信频道。

7.一种发送端设备，其特征在于，包括：

第一处理器，用于在确定出工作频道后开始计时，并在开始计时后的第一时长内，向第一射频传输芯片写入包含数据和工作频道的数据信息；以及，在所述第一时长内未接收到接收端设备反馈的与所述数据相应的应答信息则按照预置的跳频顺序跳频到下一频道；将该下一频道确定为工作频道重复前述步骤；

第一射频传输芯片，用于在所述工作频道将所述数据发送给接收端设备，以使所述接收端设备在所述工作频道接收到所述数据时开始计时，并在计时后的第二时长内未接收到所述第一射频传输芯片发送的下一数据时按照所述跳频顺序跳频至下一频道，以及将所述下一频道作为工作频道重复前述步骤；其中，所述第二时长与第一时长的差值小于预置阈值；

所述第一射频传输芯片还用于将所述接收端设备反馈的与所述数据相应的应答信息转发给所述第一处理器。

8.一种接收端设备，其特征在于，包括：

第二处理器，用于在工作频道接收到发送端设备发送的数据时开始计时，若在计时后的第二时长内未接收到所述发送端设备发送的下一数据则按照预置的跳频顺序跳频至下一频道；将下一频道作为工作频道继续接收所述发送端设备发送的数据；

第二射频传输芯片，用于在第二处理器设置的工作频道接收所述发送端设备发送的数据，并将接收到的数据发送给所述第二处理器；

所述第二处理器还用于在所述工作频道接收到所述数据时生成应答信息，并通过所述第二射频传输芯片将所述应答信息发送给所述发送端设备，以使所述发送端设备在确定出工作频道后开始计时，并在开始计时后的第一时长内在工作频道向第二射频传输芯片发送所述数据，若在所述第一时长内未接收到所述应答信息则按照所述跳频顺序跳频至下一频道，将该下一频道确定为工作频道重复前述步骤，其中所述第二时长与第一时长的差值小于预置阈值。

9.一种跳频传输方法，其特征在于，包括：

发送端设备确定与接收端设备之间的有效通信频道；

发送端设备以所述有效通信频道为初始的工作频道执行以下步骤：在确定出工作频道后开始计时，并在开始计时后的第一时长内在工作频道向接收端设备发送数据，若在所述第一时长内未接收到接收端设备反馈的与所述数据相应的应答信息则按照预置的跳频顺序跳频至下一频道，将该下一频道确定为工作频道重复前述步骤；

接收端设备以所述有效通信频道为初始的工作频道执行以下步骤：在工作频道接收到所述发送端设备发送的数据时开始计时，若在计时后的第二时长内未接收到发送端设备发送的下一数据则按照预置的所述跳频顺序跳频至下一频道，将所述下一频道作为工作频道重复前述步骤，所述第二时长与第一时长的差值小于预置阈值。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述发送端设备若在所述第一时长内接收到所述接收端设备反馈的应答信息则产生中断，并等待所述第一时长到达时在工作频道继续向所述接收端设备发送下一数据；以及，

所述接收端设备若在所述第二时长内接收到所述发送端设备发送的下一数据则产生中断，并向所述发送端设备反馈应答信息，以及继续在所述工作频道接收数据。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

所述发送端设备在产生中断后进入待机模式，直到所述第一时长到达；

所述接收端设备在向所述发送端设备反馈应答信息之后进入待机模式，直到所述第二时长到达。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一时长包含至少一个时间周期，所述发送端设备在开始计时后的第一时长内在工作频道向接收端设备发送数据，具体包括：

在所述第一时长内按照预置的时间周期在工作频道向所述接收端设备发送所述数据，其中，针对每个时间周期执行以下步骤：在所述时间周期内向所述接收端设备发送所述数据，若在该时间周期内未接收到应答信息则在下一时间周期继续发送所述数据，若在该时间周期内接收到应答信息则停止发送所述数据。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述发送端设备在所述时间周期内向所述接收端设备发送所述数据，具体包括：

在所述时间周期内在工作频道向所述接收端设备发送所述数据，若在发送所述数据之后的第三时长内未接收到应答信息则重发所述数据，若在所述数据之后的第三时长内接收到应答信息则停止重发所述数据，依此类推，直到所述时间周期结束或者重发次数达到预置的次数阈值；其中所述第三时长小于所述时间周期。

14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述发送端设备确定与接收端设备之间的有效通信频道，具体包括：

发送端设备在预置的频道列表所列的频道上依次向所述接收端设备发送数据；

若在其中一频道向所述接收端设备发送数据后接收到相应的应答信息，则将该频道确定为有效通信频道并停止向接收端设备发送数据；

若在所述频道列表上所列的所有频道上向接收端设备发送数据后均未接收到相应的应答信息，则在所述接收端设备跳频到下一频道之后，重新执行所述在预置的频道列表所列的频道上依次向所述接收端设备发送数据的步骤；

依此类推，直到确定出所述有效通信频道。