基于IrDA標準的紅外無線通信原理及設(shè)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(yōu)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(shù)與設(shè)備基于IrDA標準的紅外無線通信原理及設(shè)計TheTheoryandDesignofInfraredWirelessCommunicationBasedontheStandardofIrDA華中理工大學(xué)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(yōu)勢,論述了實現(xiàn)IrDA標準的幾個關(guān)鍵技術(shù)。最后提出了基于IrDA標準的紅外無線數(shù)字通信設(shè)計的三種應(yīng)用方案。關(guān)鍵詞:紅外數(shù)字通信協(xié)會,通用異步收發(fā)器,脈沖位置調(diào)制【Abstract】ThispaperintroducestheadvantageofinfraredwirelesscommunicationandthestandardofIrDA,andprovidesthreetypicaltechnologysofthedesignofinfraredwirelesscommunicationbasedonthestandardofIrDA.Keywords:IrDA,UART,PPM隨著通信業(yè)務(wù)的發(fā)展,建立起了許多越來越復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò),它們覆蓋了社會生活的方方面面。通信網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)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(wǎng)等。而采用無線通信方式的通信系統(tǒng)卻能很好地克服這些缺點。便攜式信息終端設(shè)備的出現(xiàn),加速了無線數(shù)字通信線路和局域網(wǎng)的研究和設(shè)計。無線通信網(wǎng)采用無線電或紅外線作為傳輸媒體,保持了有線網(wǎng)絡(luò)高速率的特點,可以支持高速有線網(wǎng)絡(luò)的所有業(yè)務(wù),無需布線即可靈活地組成可移動的局域網(wǎng),并具有移動計算能力。所謂移動計算即指網(wǎng)絡(luò)中的站點可在網(wǎng)中漫游的同時與網(wǎng)絡(luò)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(fā)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(yōu)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(jié)構(gòu)簡單,耗電少,能穩(wěn)定地進行高速數(shù)據(jù)通信,也就是說,只要紅外線通信組件能內(nèi)置在便攜式信息終端,那么不隨身攜帶解調(diào)器和綜合數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)終端連接器以及連接纜線,就能進行高速數(shù)據(jù)通信;(4)能高速運轉(zhuǎn)的紅外發(fā)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(nèi)。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(nèi)工作的通信線路之間相互發(fā)生干擾。于是,紅外無線局域網(wǎng)將來可以達到很高的聚集能力,而且它們的設(shè)計可以簡單化,因為在不同房間內(nèi)的紅外信號的傳輸并不需要協(xié)調(diào)。由于紅外線通信的諸多優(yōu)點,紅外技術(shù)越來越多地被應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域?，F(xiàn)在,采用紅外線方式的無線局域網(wǎng)正處于研究和建設(shè)之中,它依據(jù)的標準是IEEE802.11無線局域網(wǎng)標準。802.11標準為無線LAN定義物理層和MAC結(jié)構(gòu),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(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用奠定了協(xié)議支持。1IrDA標準及其關(guān)鍵技術(shù)促進紅外通信標準化的組織是非營利性團體——紅外數(shù)字通信協(xié)會(IrDA),它的宗旨是謀求紅外數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)交換;(2)實現(xiàn)使用方便的紅外線無繩通信功能;(3)不同生產(chǎn)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(shè)計IrDA的第一規(guī)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(guī)范:物理層(ThePhysicalLayer)、鏈路接入?yún)f(xié)議(IrLAP)、鏈路管理協(xié)議(IrLMP)。1.1IrDA軟件層IrDA協(xié)議是以棧的形式設(shè)定的。來自于應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)通過協(xié)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(xié)議。物理層上的第一層為IrLAP,它是HDLC(半雙工鏈路控制)協(xié)議的紅外適配協(xié)議。其數(shù)據(jù)傳輸來說并不是最優(yōu)化的,因為一個持續(xù)位流可以任意長時間地打開LED發(fā)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(diào)制脈沖的方式來激發(fā)LED管,以增加峰值平均功率的比率。IrDA規(guī)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(shù)3個時鐘周期用以編碼所傳數(shù)據(jù)、對帶有16個時鐘周期的接收數(shù)據(jù)進行解碼是很方便的。功能是支持鏈路初始化、設(shè)備地址目錄、解決沖突、創(chuàng)建連接、數(shù)據(jù)交換、解除連接和鏈路關(guān)閉。同時,IrLAP還規(guī)定了紅外數(shù)據(jù)包的幀結(jié)構(gòu)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(yīng)用被IrLMP軟件所管理。IrLMP對適應(yīng)連接的設(shè)備和儀器進行評估,并提供諸如數(shù)據(jù)速率、幀頭(BOF)數(shù)目和鏈路轉(zhuǎn)換時間的參數(shù)規(guī)定。IrLMP還管理數(shù)據(jù)和信息的正確傳輸。1.2IrDA物理層圖1IrDA316數(shù)據(jù)調(diào)制物理層提供了紅外設(shè)備的連接規(guī)范,包括調(diào)制、視角、光功率、數(shù)據(jù)率、抗噪等內(nèi)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(shè)備之間的物理互連,以及保證在環(huán)境光和別的IR光源影響下的成功通信。發(fā)送器的光強和接收器的靈敏度規(guī)范保證在01m內(nèi)鏈路能正～常工作。接收靈敏度保證最小強度的發(fā)射光也能在1m處被感知,而最大強度發(fā)射光在0m處并不使接收機過飽和。1.3IrDA定義的調(diào)制技術(shù)圖24PPM調(diào)制～IrDA的數(shù)據(jù)率范圍為2.4kbs4Mbs。在鏈路連接開始時,鏈路數(shù)據(jù)率被約定。IrDA要求鏈路總是以9.6kbs的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)率。低于4Mbs的數(shù)據(jù)率采用RZI(歸零)的316調(diào)制,4Mbs的數(shù)據(jù)率用4PPM(脈沖位置調(diào)制)。低數(shù)據(jù)率的316調(diào)制方法:IrDA鏈路可以方便地與如16550型的UART連接,數(shù)據(jù)在被作為紅外脈沖發(fā)射前編碼,這是因為UART和串口用NRZ(不歸零)調(diào)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(diào)制方法:IrDA鏈路用的調(diào)制方案是4PPM調(diào)制,而不是用低數(shù)據(jù)率的316調(diào)制方案。在4PPM調(diào)制中,信息是通過脈沖在時間片中的位