跳频UART芯片组

一款跳频无线通用异步接收/发送器(UART)芯片组利用了跳频系统提供的抗干扰特性及增强的发射功率等优势。该芯片组工作于902－928MHz的ISM频段，是一款真正的无线UART解决方案(数据输入射频输出或射频输入数据输出)，其中无线链路的所有软硬件部分均已实现。该芯片组可用来实现这样一种无线链路，即：终端应用可将无线链路视为外设进行接口，从而将应用与跳频系统复杂的实现过程相分离。
该芯片组的收发器通过由16位的唯一收发器ID、16位的网络ID以及16位的系统ID所组成的48位地址进行识别。每个收发器可以通过配置使用16个不同频率跳跃顺序组(hop-set)中的任一个，而每一个hop-set都由50个伪随机排列的信道组成。带有不同hop-set配置的两个收发器间不能相互通信。
数据包结构由一个包头、数据有效载荷及带校验和的包尾组成。数据通信协议支持应答与重试(多达20次)，可实现超可靠的数据传输。芯片组可进行配置以支持点对点和点对多点(广播)的网络拓扑。
跳频协议
每个收发器均被设计成可以在902－928MHz频段内、由hop-set ID设置的50个信道间进行伪随机跳频。由于发射器载波频率伪随机跳变，所以接收器必须以同样的伪随机顺序产生频率，才能确保正确的频率锁定、解调以及信号检测。因此，发射器与接收器必须保持时间同步。这种同步出现在捕获与跟踪两个阶段。捕获是指接收器识别发射器的起始阶段。跟踪则是指捕获成功后的阶段。在跟踪阶段，发射器与接收器必须一直同步，直到数据发送和/或接收结束。这两个阶段均可用固件来实现。
发射与接收设备必须按同样的跳频表(hop table)来设置。设备一旦被激活，则按配置好的跳频顺序表在随机信道上发送数据。接收设备扫描每一个信道，以寻找由0101序列组成的TX前同步码。一旦接收设备确定了一个有效的前同步码，就会驻留在有效信道上。当发射设备传送70ms前同步码时，它同时发送同步序列(00110011)，而接收设备则与发射设备同步并准备接收有效数据。接收完有效数据后，接收器再跳到下一个由固件预设的信道上，并向发射设备发送一个确认信号。发送确认信号后，接收设备再次进入接收模式以等待由固件设定的下一个信道上的确认信号。通信成功后，发射设备再将接收设备发出的发射成功确认信号传给主机。
图3: 发送和接收设备协议
由于芯片组可执行伪随机跳频协议，因此与在单一信道上发送数据相比可提供极强的抗干扰能力。在915MHz ISM频段内采用跳频方案具有以下几个优势：
1、良好的窄带与宽带抗干扰性；
2、与DSSS方案相比成本更低、更易实现；
3、室内多径传输环境中依然具有出色的性能；
4、非常适合低数据速率系统，因为较高的数据包开销不是主要问题；
5、截获概率低，因为跳频信号具有较低的平均功率密度因而难以被截获。尽管发射时某频率的瞬时功率较高，但该频率上的平均功率等于瞬时功率除以频率槽数；
6、与DSSS相比具有更短的捕获与同步时间；
7、跳频系统可提供高水平的信息保密。低截获概率及伪随机跳频使信号很难被未授权的接收器解调；
8、简单的无线UART解决方案，所有跳频及相关通信协议均在ROM中实现。