CN109511106B - 一种无线数据传输控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线数据传输控制方法，包括：提供一频点序列；数据发送端与接收端同步后进行数次通信，记录信号质量佳的频点并生成频点列表；以一时间间隔为单位进行数据传输，将该时间间隔分成至少两个时间段，各时间段对应一信道，选择至少一信道为主信道、至少一信道为次信道，在每次数据传输时，所有信道完成一次通信，且令主信道维持在某一频点上通信，次信道则每次通信都切换到不同频点上，以探测信号质量佳的频点并更新频点列表；如在第x次数据传输时主信道通信失败，则将次信道切换到频点列表当中最有效的频点进行通信；然后在第x+1次及之后的数据传输时将主信道频点设为次信道在第x次通信时所用频点，次信道则继续探测和更新频点列表。

Description

一种无线数据传输控制方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种2.4G无线数据传输控制方法。

背景技术

鼠标作为个人电脑的外设装置已有30多年的历史，一直到今天其作为人机输入装置的地位仍然不可动摇。普通有线鼠标的主控MCU采用的是USB 1.1通信协议，USB工作在低速模式下，数据传输间隔是8ms，即每8ms收发1个数据包，数据回报率为125Hz，足以满足基本的电脑操作和办公需求。但是随着电脑游戏的兴起，以及竞技类游戏的蓬勃发展，普通鼠标125Hz的反应速度就不够用了，严重影响游戏体验，因此开始衍生出专门用于游戏的鼠标。游戏鼠标基本上都是有线鼠标，采用的主控MCU都是支持USB 2.0全速模式的，其USB数据传输间隔是1ms，即可达到1000Hz的数据回报率，足以满足竞技类游戏对操作速度上的要求。

随着2010年以来，无线游戏鼠标开始兴起，摆脱了有线束缚的无线鼠标无论是在使用上还是携带方便性上，都有着无与伦比的方便性。这其中最重要的一点是2.4G技术的出现，带来了与USB 1.1相当的数据传输速率，再加上无线抗干扰机制的引入，在实际使用上无线鼠标的稳定性已经不输USB鼠标，因此越来越多的有线鼠标开始被2.4G无线游戏鼠标给替代。

但是，目前2.4G无线鼠标方案大多也只能做到125Hz的稳定数据回报率，无法达到USB 2.0全速模式的稳定1000Hz回报率，这其中最主要的原因是由于我们平时生活中有大量的Wifi/蓝牙信号在空中传播，而Wifi/蓝牙信号同样是工作在2.4G频段下，因此，对于无线鼠标数据会产生明显的干扰。在125Hz的方案下，由于数据包的更新间隔是8ms，无线信号可以通过多次重发的方式，比如8ms内重发8次，来实现数据发送的抗干扰机制，事实上这也是目前的主流做法，实际效果也比较好。如果把重发机制去除，确实可以实现1ms更新一次数据，达到1000Hz的数据回报率，但是只要有干扰，就不可能稳定在这个数值，而实际上，不采用重发机制，回报率会大幅波动，相当于鼠标的反应速度忽快忽慢，实际比125Hz更差，严重影响使用体验。所以，当前2.4G无线鼠标方案还不能满足游戏鼠标的要求，几乎所有的电竞类游戏鼠标还是采用有线USB方式。

因此，亟需一种具有实时抗干扰性能、在无线信号密集的强干扰环境下也能让无线鼠标数据回报率基本稳定在高频率且满足电竞类游戏鼠标的无线数据传输控制方法。

发明内容

本发明提供一种无线数据传输控制方法，具有很好的实时抗干扰性能，在无线信号密集的强干扰环境下也能让无线鼠标数据回报率基本稳定在1000Hz，满足电竞类游戏鼠标的应用需求。此外，本发明提供的方法同样适用于工业控制或汽车电子等环境更恶劣但稳定性要求更高的场合。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

A:提供一种无线射频收发模块(以下简称RF模块)，该模块采用GFSK调制方式，具备TX(发射)和RX(接收)两种模式；

B:RF模块的工作频点依据调制特性，划分为n1、n2…nm一共m个频点

C:两个RF模块可成对建立连接进行数据通信，其中一方定义为数据发送端，另一方定义为数据接收端；

D:所述数据发送端的工作模式为先进入TX模式发送数据包，然后转换为RX模式接收响应包，这个过程定义为一个TX-RX过程；一个TX-RX过程的维持时间定义为t1，工作频点定义为c1

E:所述数据接收端工作模式为先进入RX模式接收数据包，RX模式下接收到来自所述数据发送端的数据包后，所述数据接收端立刻转换为TX模式发送响应包，这个过程定义为一个RX-TX过程；一个RX-TX过程的维持时间定义为t2，工作频点定义为c2；

F:一次通信时，数据发送端的TX与数据接收端的RX在时间上对齐，数据发送端的RX与数据接收端的TX在时间上对齐，t1＝t2，c1＝c2；

G:基于所述RF模块，设计一个数据发送装置和一个数据接收装置；

H:所述数据发送装置内置一个或多个所述RF模块，这些RF模块工作时作为所述数据发送端；

I:所述数据接收装置也内置一个或多个所述RF模块，这些RF模块工作时作为所述数据接收端；

J:所述数据发送装置和所述数据接收装置的RF模块数量相同，数据发送装置的RF模块与数据接收装置的RF模块之间成对建立连接和通信。

本发明提供了一种无线数据传输控制方法，所述无线数据传输控制方法用于控制一数据发送装置和一数据接收装置之间的数据传输，所述数据发送装置具有数据发送端，所述数据接收装置具有数据接收端，其中，所述方法包括：

提供一个频点序列，其中，数据发送端与数据接收端的每次通信的频点需在所述频点序列中选择；

所述数据发送端与所述数据接收端进行通信链路同步，并在所述同步后，再进行数次数据通信，其中每一次所述数据通信采用位于所述频点序列中的不同频点，在遍历所述频点序列后，记录信号质量佳的频点并生成一频点列表，并认为所述数据发送端与所述数据接收端之间连接已建立；

在建立所述连接之后，以一时间间隔为单位进行数据传输，其中，将所述时间间隔分成至少两个时间段，每个时间段对应一个信道，且在所述信道中选择至少一个信道作为主信道，选择至少一个信道作为次信道，在每次数据传输时，所有信道都要完成一次通信，所有信道的通信频点在所述频点列表中选择；且，在数据传输过程中，令所述主信道维持在某一频点上通信，所述次信道则每次通信都切换到不同频点上，以探测信号质量较佳的频点，并更新所述频点列表；如果在第x次数据传输时，所述主信道通信失败，则立刻将所述次信道切换到频点列表当中最有效的频点进行通信；然后在第x+1次以及之后的数据传输时，将所述主信道工作频点设为所述次信道在第x次通信时所用的频点，所述次信道则继续探测和更新所述频点列表。

在一个实施例中，所述数据发送端的数据传输方式为：所述数据发送端先进入发送(TX)模式发送数据包，然后转换为接收(RX)模式接收响应包，这个过程为一个发送－接收(TX-RX)过程，其中，一个所述发送－接收(TX-RX)过程的维持时间为t1，工作频点为c1。

在一个实施例中，所述数据接收端的数据传输方式为：所述数据接收端先进入接收(RX)模式接收数据包，在所述接收(RX)模式下接收到来自所述数据发送端的数据包后，所述数据接收端立刻转换为发送(TX)模式发送响应包，这个过程为一个接收－发送(RX-TX)过程，其中，一个所述接收－发送(RX-TX)过程的维持时间定义为t2，工作频点定义为c2。

在一个实施例中，在一次通信时，所述数据发送端的发送(TX)与数据接收端的接收(RX)在时间上对齐，且频点相同，即t1＝t2，c1＝c2。

在一个实施例中，所述数据发送端包括一个或多个用于数据发送的RF模块；所述数据接收端包括一个或多个用于数据接收的RF模块。

在一个实施例中，所述数据发送端和所述数据接收端的RF模块数量相同，所述数据发送端的RF模块与所述数据接收端的RF模块之间成对建立连接和通信，其中，每对RF模块工作在不同频点。

在一个实施例中，所述RF模块采用GFSK调制方式或FSK等其他频率调制方式。

在一个实施例中，所述数据发送装置包括同时支持蓝牙5.0和2.4G私有协议双模式的主控MCU芯片，所述主控MCU芯片包括一符合蓝牙5.0规范的RF模块和一蓝牙基带模块，其中，所述蓝牙基带模块用于控制所述RF模块的数据包格式是蓝牙5.0数据包格式还是2.4G私有协议数据包格式。

在一个实施例中，所述无线数据传输控制方法用于2.4G无线数据传输技术。

在一个实施例中，所述数据发送装置为无线鼠标装置，所述数据接收装置为与其对应的无线适配器。

在一个实施例中，所述无线鼠标装置利用所述方法实现1000Hz的稳定数据回报率。

在一个实施例中，所述时间间隔为可调节的，当所述数据发送端暂时没有数据发送时，所述时间间隔可调长或可调整为原来的倍数，令所述数据发送端发特定短数据包以维持与所述数据接收端之间的通信连接。

在一个实施例中，上所述RF模块可以直接采用符合蓝牙5.0规范的RF模块。

综上，本发明提供了一种无线数据传输控制方法，通过建立主副两个信道，在数据通信过程中实时探测信道质量，在受到干扰时能够尽量保证数据收发的成功并将信道及时切换到未受干扰的新频点，具有非常好的实时抗干扰性能。尤其是在周围环境有大量Wifi、蓝牙或其他2.4G无线信号存在时，仍然能保证较为稳定的数据传输回报率。

附图说明

本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

图1示出根据本发明第一实施例的结构框图；

图2示出根据本发明第一实施例的数据传输方式示意图；

图3示出根据本发明第一实施例的同步处理的示意图；

图4示出根据本发明第二实施例的结构框图；以及

图5示出根据本发明第三实施例的结构框图。

具体实施方式

以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

第一实施例

图1示出根据本发明第一实施例的结构框图。如图1所示，一无线传输系统具有一个无线数据发送装置S101和一个无线数据接收装置S102。在一个实施例中，该无线数据发送装置S101为无线鼠标装置。该无线数据接收装置S102为与该鼠标对应的USB无线适配器(以下简称适配器)。每个装置里都包含一个2.4G射频无线收发模块(以下简称RF模块)S103，该无线收发模块的通信速率为1Mbps，采用GFSK调制方式，具有RX(接收)和TX(发射)两种模式，TX和RX模式之间的转换时间<150us。该无线收发模块的数据包大小可变，数据包大小可通过相应的寄存器进行设定。例如，在用于鼠标数据传输时，数据包长度最大可设定为20字节，这样RF模块完成一次TX(发送)-RX(接收)的操作可以控制在500us以内。

图2示出根据本发明第一实施例的数据传输方式示意图。其中，鼠标与适配器之间的数据传输和控制过程的描述如下。

第一步，上电后进行同步处理。如图2所示，鼠标上电后其RF模块开始以8ms为周期进行连接请求，其中，每个周期内以2ms时间段为单位分4组，每组再以500us为单位分为4次通信，每次通信完成一个TX(发送)-RX(接收)操作S201实现连接请求包发送和响应包监测。每组的4次通信选定的工作频点根据预先设定的频点序列(鼠标与适配器采用统一的跳频序列)，从频点n1依次切换到n2、n3和n4频点；适配器上电后同样以8ms为周期进行连接扫描，每个周期以2ms时间段为单位分为4次扫描操作，每次扫描的频点依据同一跳频序列，从n1依次切换到n2、n3和n4；适配器在扫描时其RF模块工作在RX模式S202，当在某一频点监测到鼠标的连接请求包之后，立刻在该频点切换到TX模式S203发送响应包，鼠标在接收到响应包之后，则认为与适配器已同步。在同步之后，鼠标与适配器再进行若干次数据通信，以一定算法每次切换不同的频点，探测并记录信号质量较佳的频点生成一个频点列表，然后认为连接已正式建立。在一个实施例中，信号质量较佳的频点被定义为表征信号质量的参数值大于或小于一预先设定范围。

第二步，数据传输。如图3所示，在鼠标与适配器之间的连接建立之后，鼠标与适配器之间开始以1ms为单位时间间隔进行一次数据传输S305。鼠标作为发送端，其RF模块先进入TX模式S302发送数据，然后转换为RX模式S303接收数据，一个TX-RX过程S301小于500us；适配器作为为接收端，其RF模块先进入RX模式S303接收数据，然后转换为TX模式S302发送数据，一个RX-TX过程S304小于500us。因此1ms的数据传输间隔S305可以分成2个500us的时间段，鼠标和适配器之间可以完成2次通信。将每个500us时间段分别作为一个数据传输的信道，在鼠标与适配器之间建立2个信道S306和S307，并令第一信道S306和第二信道S307分别在频点列表当中选择一较佳频点，第一信道S306工作在频点S308，第二信道S307工作在频点S309。

第三部，抗干扰处理。如上述第二步中提到的，因为将1ms的数据传输分成了工作在不同频点上的2个信道，等效于双通道数据传输，可以较大幅度的改善和增强数据传输稳定性。但是由于空中的无线信号干扰是会变化的，所以通常无线通信中会采用跳频机制来解决这个问题，当本次数据传输因为频点被占用无法发送时，下次数据传输则跳到新的频点上进行。但是对于游戏鼠标而言，如果不能在本次1ms内完成数据传输，就意味着数据回报率不能达到1000Hz，被干扰次数越多，回报率下降得越明显。因此，本实施例当中，对第一和第二两个信道的数据传输控制做了改进：第一信道维持在某一频点上进行通信，第二信道则依据一定的算法每次尝试在不同频点上进行通信，探测并记录信号质量较佳的备用频点；当某一次数据传输过程中，第二信道数据收发失败，则立刻将第二信道依据频点列表切换到最有效的频点进行数据发送，保证当前1ms内数据传输成功；然后在后续数据传输过程中，将第二信道切换为此次第二信道最终所用的频点，第二信道则继续探测和更新频点列表。

在一个优选实施例中，在上述第二步的数据传输过程中，当鼠标不动或不操作时，可以把数据传输间隔扩大到8ms，并发送特定的短数据包以维持连接，进而降低鼠标的工作功耗。

第二实施例

图4示出根据本发明第二实施例的结构框图。如图4所示，一无线传输系统具有一个无线数据发送装置S401和一个无线数据接收装置S102。在一个实施例中，该无线数据发送装置S401为无线鼠标装置。该无线数据接收装置S102为与该鼠标对应的USB无线适配器。该无线鼠标装置内部采用一颗同时支持蓝牙5.0和2.4G私有协议双模式的主控MCU芯片S402。该芯片含一个符合蓝牙5.0规范的RF模块S403，一个蓝牙基带模块S404。蓝牙基带模块S404用于控制RF模块S403的数据包格式。在一个实施例中，可通过寄存器进行设定数据包格式是蓝牙5.0数据包还是2.4G私有协议数据包。由于蓝牙5.0规范当中对于RF射频模块的定义也是工作在2.4G ISM频段，并且也是采用GFSK调制方式，通信速率支持1Mbps和2Mbps两种模式，通过蓝牙基带来实现工作频点的选择，所以可以实现与实施例1当中的RF模块信号兼容。当该MCU工作在2.4G私有协议模式下，其RF模块S403的数据包格式以及数据传输控制方式与实例1当中的RF模块S103完全一样，因此该鼠标装置S401可以与实例1当中的适配器S102直接配合使用，实现1000Hz的数据回报率。

第三实施例

如图5所示，一无线传输系统包括一个无线数据发送装置S501和一个无线数据接收装置S502。每个装置里都包含2个与第一实施例一样的RF模块，分别定义为主RF模块S503和次RF模块S504。发送装置与接收之间数据通信时依据主次RF模块将连接分为2组，无线数据发送装置S501和无线数据接收装置S502彼此主RF模块之间的连接定义为主连接S505，无线数据发送装置S501和无线数据接收装置S502彼此次RF模块彼此之间进行同步和连接定义为次连接S506。主连接S505和次连接S506的同步处理以及数据传输和控制方法都采用与第一实施例同样的方案，每个连接都有2个信道，但是主连接S505和次连接S506的工作时的频点相互错开，以避免互相干扰。本实施例抗干扰性能更佳，适用于工业控制或汽车电子等环境更恶劣但稳定性要求更高的场合。

结合上述各实施例，本发明提供了一种无线数据传输控制方法，通过建立主副两个信道，在数据通信过程中实时探测信道质量，在受到干扰时能够尽量保证数据收发的成功并将信道及时切换到未受干扰的新频点，具有非常好的实时抗干扰性能。尤其是在周围环境有大量Wifi、蓝牙或其他2.4G无线信号存在时，仍然能保证较为稳定的数据传输回报率。

本发明的数据发送装置的RF模块与数据接收装置的RF模块之间采用如下数据传输和控制方式：

提供一频点序列：数据发送端与数据接收端的通信依赖于共同的一个频点序列，每次通信选择的频点需在该频点序列当中选择；

频点列表初始化：数据发送端与数据接收端在完成通信链路同步后，双方首先进行若干次数据通信，依据一定算法每次切换不同的频点，探测并记录信号质量较佳的频点，遍历所有m个频点之后，生成初始频点列表，此时认为连接已建立；

数据传输：数据发送端与数据接收端之间的建立连接之后，以时间间隔T为单位进行一次数据传输，并将T分成2个时间段，分别对第一时间段和第二时间段，第一时间段对应第一信道，第二时间段对应第二信道，即在数据发送端与数据接收端之间建立两个信道，每次数据传输，两个信道都要完成一次通信；第一信道和第二信道的通信频点在上述频点列表当中进行选择；

抗干扰处理：将第一信道作为主信道，将第二信道作为备用信道，共同传输数据；在数据传输过程中，第一信道维持在某一频点上通信，第二信道则依据一定算法每次通信都切换到不同频点上，探测信号质量较佳的频点，并更新频点列表；假设在第x次数据传输时，第一信道通信失败，则立刻将第二信道切换到频点列表当中最有效的频点进行通信；然后在第x+1次以及之后的数据传输时，将第1信道工作频点设为第二信道在第x次通信时所用的频点，第二信道则继续探测和更新频点列表。

可选的，上述技术方案中的RF模块可采用GFSK调制方式，也可采用FSK等其他频率调制方式。

可选的，上述技术方案中的RF模块可以直接采用符合蓝牙5.0规范的RF模块或者蓝牙5.0的芯片。

可选的，上述数据传输和控制方式第3项的数据传输过程可以再分为数据传输和保持连接两种情况：当数据发送端有数据发送时采用单位间隔T进行数据发送，当数据发送端暂时没有数据发送时，将则将数据传输间隔降到TT，发特定短数据包以维持与适配器之间的通信连接，可以实现降低功耗。

可选的，上述数据传输和控制方式第3项的数据传输过程可以将T时间间隔划分成3个或3个以上的信道，增加更多的主信道或副信道，提供更加稳定的抗干扰性能和更远的通信距离。

可选的，上述数据传输和控制方式第3项的数据传输过程可以将T时间按倍数增大，增加更多的主信道和副信道，提供更加稳定的抗干扰性能和更远的通信距离。

这里采用的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种无线数据传输控制方法，所述无线数据传输控制方法用于控制一数据发送装置和一数据接收装置之间的数据传输，所述数据发送装置具有数据发送端，所述数据接收装置具有数据接收端，其中，所述方法包括：

提供一个频点序列，其中，数据发送端与数据接收端的每次通信的频点需在所述频点序列中选择；

所述数据发送端与所述数据接收端进行通信链路同步，并在所述同步后，再进行数次数据通信，其中每一次所述数据通信采用位于所述频点序列中的不同频点，在遍历所述频点序列后，记录信号质量佳的频点并生成一频点列表，并认为所述数据发送端与所述数据接收端之间连接已建立；

在建立所述连接之后，以一时间间隔为单位进行数据传输，其中，将所述时间间隔分成至少两个时间段，每个时间段对应一个信道，且在所述信道中选择至少一个信道作为主信道，选择至少一个信道作为次信道，在每次数据传输时，所有信道都要完成一次通信，所有信道的通信频点在所述频点列表中选择；且，在数据传输过程中，令所述主信道维持在某一频点上通信，所述次信道则每次通信都切换到不同频点上，以探测信号质量较佳的频点，并更新所述频点列表；如果在第x次数据传输时，所述主信道通信失败，则立刻将所述次信道切换到频点列表当中最有效的频点进行通信；然后在第x+1次以及之后的数据传输时，将所述主信道工作频点设为所述次信道在第x次通信时所用的频点，所述次信道则继续探测和更新所述频点列表。

2.如权利要求1所述的无线数据传输控制方法，其特征在于：

所述数据发送端的数据传输方式为：所述数据发送端先进入发送(TX)模式发送数据包，然后转换为接收(RX)模式接收响应包，这个过程为一个发送－接收(TX-RX)过程，其中，一个所述发送－接收(TX-RX)过程的维持时间为t1，工作频点为c1；

所述数据接收端的数据传输方式为：所述数据接收端先进入接收(RX)模式接收数据包，在所述接收(RX)模式下接收到来自所述数据发送端的数据包后，所述数据接收端立刻转换为发送(TX)模式发送响应包，这个过程为一个接收－发送(RX-TX)过程，其中，一个所述接收－发送(RX-TX)过程的维持时间定义为t2，工作频点定义为c2。

3.如权利要求2所述的无线数据传输控制方法，其特征在于，在一次通信时，所述数据发送端的发送(TX)与数据接收端的接收(RX)在时间上对齐，且频点相同，即t1＝t2，c1＝c2。

4.如权利要求1所述的无线数据传输控制方法，其特征在于，所述数据发送端包括一个或多个用于数据发送的RF模块；所述数据接收端包括一个或多个用于数据接收的RF模块。

5.如权利要求4所述的无线数据传输控制方法，其特征在于，所述数据发送端和所述数据接收端的RF模块数量相同，所述数据发送端的RF模块与所述数据接收端的RF模块之间成对建立连接和通信，其中，每对RF模块工作在不同频点。

6.如权利要求4所述的无线数据传输控制方法，其特征在于，所述RF模块采用GFSK调制方式或者FSK调制方式。

7.如权利要求4所述的无线数据传输控制方法，其特征在于，所述RF模块可以直接采用符合蓝牙5.0规范的RF模块。

8.如权利要求1所述的无线数据传输控制方法，其特征在于，所述数据发送装置包括同时支持蓝牙5.0和2.4G私有协议双模式的主控MCU芯片，所述主控MCU芯片包括一符合蓝牙5.0规范的RF模块和一蓝牙基带模块，其中，所述蓝牙基带模块用于控制所述RF模块的数据包格式是蓝牙5.0数据包格式还是2.4G私有协议数据包格式。

9.如权利要求1所述的无线数据传输控制方法，其特征在于，所述无线数据传输控制方法用于2.4G无线数据传输技术。

10.如权利要求1所述的无线数据传输控制方法，其特征在于，所述数据发送装置为无线鼠标装置，所述数据接收装置为与其对应的无线适配器。

11.如权利要求10所述的无线数据传输控制方法，其特征在于，所述无线鼠标装置利用所述方法实现1000Hz的稳定数据回报率。

12.如权利要求1所述的无线数据传输控制方法，其特征在于，所述时间间隔为可调节的，当所述数据发送端暂时没有数据发送时，所述时间间隔可调长或可调整为原来的倍数，令所述数据发送端发送特定短数据包以维持与所述数据接收端之间的通信连接。

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