基于IrDA標準的紅外無線通信原理及設計

本文由cuiyinjushi貢獻pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。電子工程師2000年第5期通信技術與設備基于IrDA標準的紅外無線通信原理及設計TheTheoryandDesignofInfraredWirelessCommunicationBasedontheStandardofIrDA華中理工大學電信系(武漢430074)王紅智周云嚴國萍【摘要】簡要地介紹了紅外無線通信的優勢,論述了實現IrDA標準的幾個關鍵技術。最后提出了基于IrDA標準的紅外無線數字通信設計的三種應用方案。關鍵詞:紅外數字通信協會,通用異步收發器,脈沖位置調制【Abstract】ThispaperintroducestheadvantageofinfraredwirelesscommunicationandthestandardofIrDA,andprovidesthreetypicaltechnologysofthedesignofinfraredwirelesscommunicationbasedonthestandardofIrDA.Keywords:IrDA,UART,PPM隨著通信業務的發展,建立起了許多越來越復雜的通信網絡,它們覆蓋了社會生活的方方面面。通信網絡中的傳輸形式有兩種方式:有線方式和無線方式。采用雙絞線、電纜線及光纖作為傳輸媒體的有線網絡通信系統存在許多不足,如布線繁鎖,辦公室電纜線泛濫,無法從移動體訪問局域網等。而采用無線通信方式的通信系統卻能很好地克服這些缺點。便攜式信息終端設備的出現,加速了無線數字通信線路和局域網的研究和設計。無線通信網采用無線電或紅外線作為傳輸媒體,保持了有線網絡高速率的特點,可以支持高速有線網絡的所有業務,無需布線即可靈活地組成可移動的局域網,并具有移動計算能力。所謂移動計算即指網絡中的站點可在網中漫游的同時與網絡保持通信。在無線通信中,無線電和紅外線是互相補充的兩種傳輸媒介,它們適用于不同場合。兩者的對比如下:?無線電適合用戶流動性大、要求傳輸信號能通過墻壁進行長距離傳輸而發射功耗又能做到最小的各種場合用。?紅外輻射與無線電相比具有幾個明顯優點:(1)紅外線適用于各種短距離的場合;(2)紅外線不受無線電干擾,且使用起來不受國家無線電管理委員會限制;(3)紅外通信結構簡單,耗電少,能穩定地進行高速數據通信,也就是說,只要紅外線通信組件能內置在便攜式信息終端,那么不隨身攜帶解調器和綜合數字數據網絡終端連接器以及連接纜線,就能進行高速數據通信;(4)能高速運轉的紅外發射器和接收器成本很低;(5)紅外線對非透明物體的透過性極差,不能透過墻壁,所以紅外傳輸被限制在室內。這種限制使信號易于傳輸而不被竊聽,也能防止在不同房間內工作的通信線路之間相互發生干擾。于是,紅外無線局域網將來可以達到很高的聚集能力,而且它們的設計可以簡單化,因為在不同房間內的紅外信號的傳輸并不需要協調。由于紅外線通信的諸多優點,紅外技術越來越多地被應用于無線通信領域。現在,采用紅外線方式的無線局域網正處于研究和建設之中,它依據的標準是IEEE802.11無線局域網標準。802.11標準為無線LAN定義物理層和MAC結構,物理層定義包含了三種不同的物理層及傳輸方式:紅外線方式和兩種無線電射頻方式——直接序列擴頻(DSSS)和跳頻擴頻(FHSS)。802.11標準的制定,為紅外線方式在無線通信網絡中的應用奠定了協議支持。1IrDA標準及其關鍵技術促進紅外通信標準化的組織是非營利性團體——紅外數字通信協會(IrDA),它的宗旨是謀求紅外數據通信的標準化、低成本地確立和普及紅外通信的相互連接性。IrDA的目的是:(1)只要面對機器就能進行數據交換;(2)實現使用方便的紅外線無繩通信功能;(3)不同生產廠家、不同種類的機器能相互連接。?15?王紅智,等:基于IrDA標準的紅外無線通信原理及設計IrDA的第一規范化1.0版本提供了高達115.2kbs的通信速率;版本1.1把速率擴展到4Mbs,同時保持了與版本1.0的兼容。IrDA標準包括3個必選規范:物理層(ThePhysicalLayer)、鏈路接入協議(IrLAP)、鏈路管理協議(IrLMP)。1.1IrDA軟件層IrDA協議是以棧的形式設定的。來自于應用程序的數據通過協議棧向下傳遞,最終作為光脈沖傳輸。除了物理層外,IrLAP和IrLMP是兩個必選的軟件協議。物理層上的第一層為IrLAP,它是HDLC(半雙工鏈路控制)協議的紅外適配協議。其數據傳輸來說并不是最優化的,因為一個持續位流可以任意長時間地打開LED發射管。因此,LED的功率損耗很大,限制了LED管的使用時間。相反,采用RZI調制脈沖的方式來激發LED管,以增加峰值平均功率的比率。IrDA規定的最大脈寬為316的位時隙,最小脈寬為1.41Λs。編碼的效果可從圖1的IR幀中看到。16分頻的時鐘可以方便地在許多UART中獲得,因此計數3個時鐘周期用以編碼所傳數據、對帶有16個時鐘周期的接收數據進行解碼是很方便的。功能是支持鏈路初始化、設備地址目錄、解決沖突、創建連接、數據交換、解除連接和鏈路關閉。同時,IrLAP還規定了紅外數據包的幀結構以及紅外通信的錯誤檢測方法。IrLAP的上一層是IrLMP,在IrLAP提供了鏈路連接后,鏈路的功能和應用被IrLMP軟件所管理。IrLMP對適應連接的設備和儀器進行評估,并提供諸如數據速率、幀頭(BOF)數目和鏈路轉換時間的參數規定。IrLMP還管理數據和信息的正確傳輸。1.2IrDA物理層圖1IrDA316數據調制物理層提供了紅外設備的連接規范,包括調制、視角、光功率、數據率、抗噪等內容。它保證距離為01m、～偏軸角為0°15°～的無錯通信,保證各種不同類型設備之間的物理互連,以及保證在環境光和別的IR光源影響下的成功通信。發送器的光強和接收器的靈敏度規范保證在01m內鏈路能正～常工作。接收靈敏度保證最小強度的發射光也能在1m處被感知,而最大強度發射光在0m處并不使接收機過飽和。1.3IrDA定義的調制技術圖24PPM調制～IrDA的數據率范圍為2.4kbs4Mbs。在鏈路連接開始時,鏈路數據率被約定。IrDA要求鏈路總是以9.6kbs的數據率開始連接,如果通信雙方支持,可以接著約定更高或更低的數據率。低于4Mbs的數據率采用RZI(歸零)的316調制,4Mbs的數據率用4PPM(脈沖位置調制)。低數據率的316調制方法:IrDA鏈路可以方便地與如16550型的UART連接,數據在被作為紅外脈沖發射前編碼,這是因為UART和串口用NRZ(不歸零)調制,NRZ的輸出在整個位時隙保持同一電平。這在圖1中可看得很清楚。這對于紅外?16?4Mbs鏈路的4PPM調制方法:IrDA鏈路用的調制方案是4PPM調制,而不是用低數據率的316調制方案。在4PPM調制中,信息是通過脈沖在時間片中的位