2.4G无线跳频算法的原理和应用_2.4ghz无线跳频

一、引言

2.4G无线跳频算法是一种广泛应用于无线通信领域的算法，其原理主要是通过在一定的频率范围内不断跳变传输信号的频率，以避免信号干扰和降低噪声干扰。

该算法主要由发射端和接收端组成。在发射端，信息信号首先被调制到载波上，然后通过在多个频率之间跳变的方式进行传输。在接收端，接收器通过不断地调整接收频率，以匹配发射端的跳频序列，从而获取传输的信息。

2.4G无线跳频算法的应用非常广泛，包括但不限于无线局域网（WLAN）、蓝牙、Zigbee等短距离无线通信技术。其主要优点包括抗干扰能力强、保密性好、传输速率高等。此外，该算法还可以通过与其它通信协议的结合，实现更高效和更可靠的无线通信。

总之，2.4G无线跳频算法是一种重要的无线通信技术，具有广泛的应用前景和实际应用价值。

二、无线通信为什么要采用跳频算法呢？

三、跳频算法说明

3.1 简介

在此，我们将介绍一种最为简洁且实用的跳频算法。该算法涉及一个模块作为发送端，另一个模块作为接收端。发送模块将按照预定的跳频表依次发送数据，而接收模块在接收到数据后会迅速跳转到下一个频点。

收发两端共享相同的跳频表。对于每个数据包，发送端在 T 时间内，将在 n 个频点上总共发送 N 次。接收端则固定在某一个频点上接收数据。一旦接收到数据，接收端将跳转到下一个频点，否则保持当前频点不变。

void hop_freq(void)
{
	static uint8_t hop_freq_index = 0;
	
	if(++hop_freq_index >= 4)
	{
		hop_freq_index = 0;
	}
	RF_SetChannel(hop_freq_tab[hop_freq_index]);
}

3.2 跳频表的选择

在当前的方案设计中，我们采取了一种固定的跳频表策略。2.4 GHz的主要干扰源头来自于WiFi和蓝牙技术。其中，蓝牙设备的信号由于其自身的跳频特性，可以大致看作是平均分布在2.4 GHz频段内的。而WiFi网络则是通过宽带定频传输数据，为了尽量降低WiFi对其他设备的影响，我们需要将跳频表中的频点设置得尽可能分散。例如，我们选取了至少一个低频频点、一个高频频点，以及一到两个中频频点，比如{2404 MHz, 2440 MHz, 2470 MHz}。这样的设置方式可以有效地减少WiFi信号与其他设备的相互干扰，从而提高了通信过程的稳定性和可靠性。

     

3.3 跳频的时机

在发送端，跳频的时机可以很容易地确定。每一次发送或重发之前或之后，都可以进行跳频。由于数据是连续发送的（在收到 RF 发送完毕中断后立即开始下一次发送），因此之前和之后进行跳频并没有本质上的差别。

在接收端，跳频的时机可以根据具体情况进行适当调整。如果接收到的信号质量较差，可能需要更频繁地进行跳频以减小干扰。如果接收到的信号质量较好，则可以减少跳频的频率。

另外，跳频的时机也可以根据实际需求进行灵活设置。例如，如果需要在不同的时间段内进行不同的跳频，可以通过设置定时器来实现。如果需要在特定的条件下进行跳频，可以通过编写相应的逻辑代码来实现。

总之，跳频的时机可以根据具体情况进行适当调整和灵活设置，以达到最佳的通信效果。

3.4 频点切换的策略

如果收端每包数据间都跳频，丢包率均值约等于各频点丢包率均值。当某些频点出现干扰时，平均通信质量会下降，降幅平均化。显然，一种更优的策略是使总体丢包率接近各个频点上丢包率的最小值，即尽可能地让通信建立并保持在质量最好的某个频点上。这种策略可以有效地提高通信的可靠性和稳定性，同时减少因丢包造成的损失。

根据现有方案，可进一步优化，对接收端进行一段时间内的丢包率统计。为确保及时性，将时间窗口设定为合理范围，避免过度延时。一旦丢包率超过预设阈值，即判定该频点质量不达标，将立即进行频点切换。否则，保持当前频点不变。

目前使用固定阈值30%。两种情况：

1. 若某段时间内，跳频表中存在一个或以上频点满足丢包率小于30%，则通信可能建立并保持在其中任意一个频点上，总体丢包率小于30%。

2. 若某段时间内，跳频表中不存在任意频点满足丢包率小于30%，则通信无法保持在任何一个频点上，收端会一直跳频，总体丢包率约等于各频点上丢包率的均值（大于30%）。

在音频和视频传输的情境下，可将保持流畅播放可承受的最高丢包率设为阈值。

3.5 算法优化思路

3.5.1 自适应跳频表

为了更好地适应不同的应用场景和满足各种需求，我们的固定跳频表策略还具备了灵活的配置选项。用户可以根据自己的需要，自行调整跳频表中的频点数量和分布。同时，我们的系统还具备自动优化功能，可以根据实际的通信环境和干扰情况，自动调整跳频表策略，以实现最佳的通信效果。

3.5.2 跳频速率选择

跳频速率是单位时间内切换频点的次数，影响跳频周期和跳帧长度。选择跳频速率需考虑信息传输速率、跳频序列长度、信号带宽、锁相环调谐时间等。高跳频速率提高抗干扰和抗截获能力，但增加实现难度和系统开销。

3.5.3 跳频模式选择

跳频模式选择应考虑以下因素：通信双方数量、同步信号可靠性、带宽占用。跳频模式有同步、异步、混合。同步跳频要求发送和接收端使用相同的跳频序列和时钟，效率高，要求同步信号可靠性高、占用带宽低；异步跳频不要求使用相同跳频序列和时钟，抗干扰能力强，要求接收端信号检测能力强、同步复杂度高；混合模式在同步和异步模式之间折中，根据场景和性能要求动态调整。

四、资料获取

通过点击以下链接，您可以获取一种最为简洁且实用的跳频模块原理图和源代码的相关信息。链接地址将为您提供详细的文件资料，以供您进行参考和使用。

2.4G无线自动跳频模块 - 硬创社 (jlc.com)https://x.jlc.com/platform/detail/adb8eb4bf5b04627b2e07248a05734c4

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