一種實(shí)現(xiàn)128位糾錯算法的無線透傳模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線透明傳輸數(shù)據(jù)領(lǐng)域，具體地講，是涉及一種實(shí)現(xiàn)高效糾錯算法的無線透傳模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]無線透明傳輸模塊(簡稱無線透傳模塊)是指在無線通信物理層上沒有添加任何協(xié)議(即透明)的傳輸模塊。例如A端發(fā)送3字節(jié)數(shù)據(jù)XYZ，則B端就接收到對應(yīng)的3字節(jié)數(shù)據(jù)XYZ，所收即所發(fā)。由于無線透傳模塊的通訊接口為串口，其一般用來替代傳統(tǒng)有限串口通訊，使用簡單，省去布線的麻煩，因此目前廣泛應(yīng)用于無線工控、智能家居、無線抄表、智能感應(yīng)等許多領(lǐng)域。
[0003]—般來說，無線透傳模塊性能指標(biāo)有:(I)傳輸距離；(2)丟包率及誤碼率；(3)傳輸實(shí)時性。在無線通信技術(shù)中可理解為:(I)工作頻段，射頻參數(shù)；(2)無線電波環(huán)境(即信噪比)，等效接收靈敏度；(3 )空中碼率。對指標(biāo)(I)，國內(nèi)I SM領(lǐng)域中常用的有433MHz和2.4GHz等頻段，可根據(jù)速率要求及繞射性的不同來選擇，433MHz和2.4GHz也是最常用的無線透傳模塊的工作頻段。而發(fā)射功率、天線增益等參數(shù)根據(jù)實(shí)際要求選擇。對指標(biāo)(3)，空中碼率在同等頻段下與調(diào)制方式關(guān)聯(lián)最大，無線透傳模塊中最常見的調(diào)制方式為FSK、GFSK、00K，而這當(dāng)中GFSK是最常用的，因?yàn)槠渌俾屎涂垢蓴_性能優(yōu)于00K，對其他相鄰頻段的干擾低于FSK。在GFSK調(diào)制方式下，空中碼率越高，則等效傳輸距離越短，具體碼率設(shè)置根據(jù)實(shí)際應(yīng)用來取舍。
[0004]綜上所述，一款無線透傳模塊的許多參數(shù)相對來說比較固定，而比較重要的則是要求(2)中的參數(shù)，等效接收靈敏度。此處所說的等效接收靈敏度，為模塊本身物理特性決定的接收靈敏度乘以軟件糾錯算法對接收靈敏度的增益。而無線電波環(huán)境的環(huán)境會等效的降低等效接收靈敏度，及無線電波環(huán)境越差，則等效接收靈敏度越低。所以，對一款無線透傳模塊來說，是否實(shí)現(xiàn)有較好的糾錯能力，直接影響到一款無線透傳模塊的性能優(yōu)秀與否。
[0005]為了提高無線的等效接收靈敏度，減小無線傳輸數(shù)據(jù)的丟包率，增加通訊穩(wěn)定性。目前市場上常見的無線透傳模采用以下幾種方式實(shí)現(xiàn):
A.使用數(shù)據(jù)重發(fā)的無線透傳模塊。其糾錯原理為:若接收方收到的數(shù)據(jù)CRC校驗(yàn)不通過，則返回重發(fā)命令給發(fā)送方(要求發(fā)射方重發(fā))，然后發(fā)送方重發(fā)數(shù)據(jù)，N次循環(huán)直至數(shù)據(jù)正確。其缺點(diǎn)在于I)這需要在通信雙方加上一層通信協(xié)議，增加了通信的復(fù)雜度，多次重發(fā)占用了大量傳輸時間，降低了通信效率;2)—旦發(fā)生錯誤，就算只是一個比特的錯誤，也需要全部數(shù)據(jù)重發(fā)，此方法在隨機(jī)干擾較多的場合效率非常低下;3)對單向傳輸，如廣播方式的傳輸，此方法不可用(多個接收方同時返回重發(fā)命令會造成空中碰撞)。
[0006]B.使用同組數(shù)據(jù)發(fā)送多次的無線透傳模塊。其糾錯原理為:發(fā)送方將同樣一組數(shù)據(jù)主動發(fā)送多次(如5次)，如接收方收到多組相同數(shù)據(jù)，則認(rèn)為這數(shù)據(jù)這是正確的。其缺點(diǎn)在于:傳輸效率很低，如發(fā)送方主動發(fā)送5次，則效率為n〈 1/5。
[0007]C.使用曼徹斯特編碼加CRC校驗(yàn)(冗余循環(huán)校驗(yàn)糾錯)的無線透傳模塊。其糾錯原理為:采用曼徹斯特編碼加CRC校驗(yàn)的方式來糾正被干擾而發(fā)生錯誤的數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)采用上升沿和下降沿來表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)I或者0(曼徹斯特編碼)，所以相鄰兩位(第2*n和第2*n+l，n=0，I，2，3...)的電平肯定不同，若CRC校驗(yàn)不通過，則用枚舉的方式來嘗試修正相鄰兩位的電平，再檢驗(yàn)嘗試修正后的數(shù)據(jù)是否通過CRC校驗(yàn)，直到CRC校驗(yàn)通過或徹底無法糾正數(shù)據(jù)進(jìn)而丟棄數(shù)據(jù)包。其缺點(diǎn)在于:I)曼徹斯特編碼采用上升沿和下降沿來表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)I或者O，比BCD碼采用高低電平來表示二進(jìn)制I和O的方式，數(shù)據(jù)的大小翻倍，再加上CRC校驗(yàn)碼，則傳輸效率n〈l/2;2)完成一次CRC校驗(yàn)所需要的時間較長，則在平均情況下，此糾錯算法需要的時間較長，降低了傳輸?shù)膶?shí)時性，且在低功耗應(yīng)用中，增加了更多的電流消耗。
[0008]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)128位糾錯算法的無線透傳模塊。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種實(shí)現(xiàn)128位糾錯算法的無線透傳模塊，包括相互連接的單片機(jī)和射頻模塊，與射頻模塊連接的天線，以及為單片機(jī)和射頻模塊供電的電源模塊，所述單片機(jī)內(nèi)集成有基于128位糾錯算法的接收控制模塊和發(fā)送控制模塊，所述接收控制模塊和發(fā)送控制模塊通過單片機(jī)的串口與外部數(shù)據(jù)互交，且通過單片機(jī)的SPI接口與射頻模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)互交;所述接收控制模塊和發(fā)送控制模塊通過如下步驟實(shí)現(xiàn)128位糾錯算法:
發(fā)送控制模塊
(51)將外部傳輸至單片機(jī)的待發(fā)送的N個字節(jié)的數(shù)據(jù)拆分為2*N個碼元，每個碼元的大小為4bit;
(52)把拆分后的數(shù)據(jù)大小分包為K個數(shù)據(jù)包；
(53)對分包后的K個數(shù)據(jù)包進(jìn)行RS編碼，將所有的校驗(yàn)碼放在有效數(shù)據(jù)的最后，形成S個碼元；
(54)對編碼后的S個碼元進(jìn)行打包，形成S/2個字節(jié)的數(shù)據(jù)；
(55)將打包后的S/2個字節(jié)的數(shù)據(jù)發(fā)送至射頻模塊，經(jīng)調(diào)制處理后通過天線發(fā)射； 接收控制模塊
(Rl)由天線接收到的無線數(shù)據(jù)經(jīng)射頻模塊解調(diào)后，傳輸至接收控制模塊S/2個字節(jié)的數(shù)據(jù)；
(R2)對接收到的S/2個字節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，拆分為S個碼元；
(R3)對S個碼元的數(shù)據(jù)進(jìn)行RS解碼，并檢錯和糾錯；
(R4)將解碼后的數(shù)據(jù)再打包為N個字節(jié)，由單片機(jī)串口進(jìn)行傳輸；
其中對于128位糾錯，配置121字節(jié)來存放所有數(shù)據(jù)，包含傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)O?88字節(jié)、RS碼32字節(jié)和總大小數(shù)據(jù)I字節(jié)。
[0011 ]為了提高編碼效率和糾錯能力，所述128位糾錯算法基于為(15，11)RS碼進(jìn)行RS編碼，其一幀的數(shù)據(jù)量為15個大小為4bit的碼元，含有11個碼元大小的有效數(shù)據(jù)和4個碼元大小的校驗(yàn)碼。
[0012]為了便于編碼，所述步驟(S2)中，分包的基本單位為11個碼元，若不滿11個碼元，則在其后添加M個O補(bǔ)位，以達(dá)到11個碼元的長度;所述K= ( 2*N + M ) / Ilo
[0013]進(jìn)一步地，所述步驟(S3)中編碼時的S個碼元構(gòu)成為S= 2*N + M + 4*K。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明巧妙地運(yùn)用編碼規(guī)則，采用(15，11)RS碼進(jìn)行RS編碼，大大提高了編碼效率，減小了通訊延遲時間，并且在極小型化的芯片單元中具有128位的高位數(shù)糾錯能力，減小了無線傳輸數(shù)據(jù)的丟包率，增加了通訊的穩(wěn)定性，并且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計巧妙，成本低廉，傳輸效率高，穩(wěn)定性好，具有廣泛的應(yīng)用前景，適合推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明中一次完整傳輸?shù)牧鞒淌疽鈭D。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
實(shí)施例
[0018]如圖1至圖2所示，該實(shí)現(xiàn)128位糾錯算法的無線透傳模塊，包括相互連接的單片機(jī)和射頻模塊，與射頻模塊連接的天線，以及為單片機(jī)和射頻模塊供電的電源模塊，所述單片機(jī)內(nèi)集成有基于128位糾錯算法的接收控制模塊和發(fā)送控制模塊，所述接收控制模塊和發(fā)送控制模塊通過單片機(jī)的串口與外部數(shù)據(jù)互交，且通過單片機(jī)的SPI接口與射頻模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)互交。
[0019]為了提高編碼效率和糾錯能力，所述128位糾錯算法基于為(15，11)RS碼進(jìn)行RS編碼，其一幀的數(shù)據(jù)量為15個大小為4bit的碼元，含有11個碼元大小的有效數(shù)據(jù)和4個碼元大小的校驗(yàn)碼。此編碼傳輸效率n=l 1/15，糾錯比例達(dá)到2/11，即發(fā)送88個字節(jié)，糾錯能力達(dá)到128bit。
[0020]所述接收控制模塊和發(fā)送控制模塊通過如下步驟實(shí)現(xiàn)128位糾錯算法:
發(fā)送控制模塊
(51)將外部傳輸至單片機(jī)的待發(fā)送的N個字節(jié)的數(shù)據(jù)拆分為2*N個碼元，每個碼元的大小為4bit;
(52)把拆分后的數(shù)據(jù)大小分包為K個數(shù)據(jù)包，分包的基本單位為11個碼元，若不滿11個碼元，則在其后添加M個O補(bǔ)位，以達(dá)到11個碼元的長度;所述K= ( 2*N + M ) / 11；
(53)對分包后的K個數(shù)據(jù)包進(jìn)行RS編碼，將所有的校驗(yàn)碼放在有效數(shù)據(jù)的最后，形成S個碼元;其構(gòu)成為S= 2*N + M + 4*K;
(54)對編碼后的S個碼元進(jìn)行打包，形成S/2個字節(jié)的數(shù)據(jù)；
(55)將打包后的S/2個字節(jié)的數(shù)據(jù)發(fā)送至射頻模塊，經(jīng)調(diào)制處理后通過天線發(fā)射； 接收控制模塊
(Rl)由天線接收到的無線數(shù)據(jù)經(jīng)射頻模塊解調(diào)后，將S/2個字節(jié)的數(shù)據(jù)傳輸至接收控制模塊； (R2)對接收到的S/2個字節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，拆分為S個碼元，每個碼元的大小為4bit; (R3)對S個碼元的數(shù)據(jù)進(jìn)行RS解碼，并檢錯和糾錯；
(R4)將解碼后的數(shù)據(jù)再打包為N個字節(jié)，由單片機(jī)串口進(jìn)行傳輸；
其中對于128位糾錯，配置121字節(jié)來存放所有數(shù)據(jù)，包含傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)O?88字節(jié)、RS碼32字節(jié)和總大小數(shù)據(jù)I字節(jié)。
[0021 ]將本發(fā)明通過糾錯軟件仿真 a)定義一個有效數(shù)據(jù)的數(shù)組
數(shù)據(jù)長度為88字節(jié)，數(shù)組長度為121字節(jié)，多出來的33字節(jié)用來存放糾錯碼。
[0022]b)編碼后數(shù)據(jù)，由IAR輸出 Express1n Value Locat1n Type
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