BLE跳频机制在2.4G键鼠中的应用

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WCH的键鼠方案中，1K/8K方案均包含了稳定有效的2.4G跳频方案。

接下来通过几个问答，引入沁恒键鼠方案中2.4G跳频机制的说明。

 

问①：如何检测当前环境中的信道拥堵情况？

答①：BLE协议中，这项工作主要交给BLE主机；2.4G方案中则交给dongle接收头来完成。沁恒的2.4G库中封装了API，以2MHz为间隔，扫描2.4G频段的信道能量，输出良好信道频谱数组。扫描一轮40个信道，需要3~4ms，可分组扫描不必一次扫完。

信道扫描接口：

/*先声明，再使用*/
/*******************************************************************************
 * @fn          BLE_CheckHoppingMap
 *
 * @brief
 *
 * input parameters
 *
 * @param       rssi -  干扰信息阈值.
 *              map - bit0-bit39 1-表示通道有效，即需要检测的通道
 *
 * output parameters
 *
 * @param       map - bit0-bit39 1-表示通道无大于设定阈值rssi的干扰信息
 *
 * @return      None.
 */
int8_t  BLE_CheckHoppingMap( int8_t rssi, uint8_t map[] ) 





//测试代码块：
    {
        extern  int8_t  BLE_CheckHoppingMap( int8_t rssi, uint8_t map[] );

        // 需要检测的通道，bit0-bit39 1-表示通道有效，即需要检测的通道
        uint8_t  map[5] = {0xFF,0XFF,0XFF,0XFF,0XFF};

        // -85 为设定的干扰信号阈值，即检测能量大于-85认为有干扰信息
        BLE_CheckHoppingMap( -85, map );
        for(int i=0;i<5;i++ )
        {
            for(int j=0;j<8;j++ )
            {
                if( map[i]&(1<<j) )
                {
                    PRINT("channel %d ok\n",(i*8 + j));
                }
                else
                {
                    PRINT("channel %d bad\n",(i*8 + j));
                }
            }
        }
        PRINT("\n");
    }

/*
输出结果
channel 0 ok
channel`1`ok
channel 2 ok
channel 3 ok
channel`4 ok
channel 5 ok
channel 6 ok
channel`7 ok
channel 8 ok
channel 9 ok
channel 10 ok
channel 11 ok
channel 12`ok
channel 13 ok
channel 14 bad
channel 15 bad
channel 16`bad
channel`17 bad
channel 18 bad
channel 19 ok
channel 20 ok
channel 21 ok
channel`22`ok
channel 23 ok
channel 24 ok
channel 25 ok
channel 26 ok
channel 27`ok
channel 28 ok
channel 29 ok
channel`30 ok
channel 31 ok
channel 32 ok
channel 33 ok
channel`34 ok
channel 35 ok
channel 36 ok
channel 37`ok
channel 38 ok
channel`39 ok
*/

 

问②：如何实现信道拥堵情况的实时监控？

答②：在使用当前已同步的良好信道频谱通信OK时，dongle不会主动扫描信道。

若每次跳频轮到某个信道，都会产生连续丢包，接连发生3轮，则dongle判断当前使用的信道频谱被污染，需要重新扫描一轮信道。

以8K方案为例，每1ms跳频一次，每次在某个信道通信，除了交互键鼠键值，至少会产生一次心跳包交互，可用于判断信道是否拥堵。

 

问③：如何同步良好信道频谱？

答③：信道同步发生在2个时间点。

一是在dongle上电后，配对/连接握手前，会扫描获得良好信道，在dongle与键鼠连接时做同步。

二是问题②中，dongle检测到信道污染，扫描获得新一组良好信道后，根据已被污染的信道的通信情况——

若双方仍能按已被污染的信道跳频交互，dongle会发起新信道的同步；

若污染严重，在已污染信道频谱中无法同步新信道，待断连后重连时做同步。

 

 

关于跳频算法：
BLE的跳频机制已经十分成熟，沁恒的2.4G跳频算法直接参考了BLE5.0协议。

 

问①：hop_Inc跳频信道增量有什么作用？

答①：BLE单个信道宽度为2M，可以根据hop_Inc参数推算出大致的跳频宽度。hop_Inc取值范围：5~16。已知当前信道+已知hop_Inc，可以推算下一个频点的位置。

问②：已经扫描到良好信道后，直接在良好信道中逐个跳频通信可以吗？

答②：扫描到的良好信道中，会存在相邻信道。突发例如wifi信道宽度达20MHz的干扰时，逐个跳频可能会导致连续多次跳频通信失败。

 

问③：为什么需要两次取模运算？直接在良好信道中取模运算一次不就可以得到下一信道？

答③：两次取模起到“全局随机+局部过滤”的作用。
如果仅在全局信道中取模运算，能保证跳频信道的均匀分布，但跳频到不良信道时，易丢包。
如果仅在良好信道中取模运算，能保证通信质量，但当良好信道数量和跳频增量间存在倍数关系时，比如当良好信道数量为3n，跳频增量为n时，那么只会在3n个信道中的3个信道间跳频，信道利用效率低，易被跟踪。