IrDA的标准与应用

IrDA的标准与应用

王宇雷 指导教师：赵东

（电子与信息工程学院 103621019）

摘要

本文介绍了红外通信IrDA标准的内容以及脉冲调制的必要性,不同传输速率下不同的脉冲调制方式,连接建立协议层的帧结构。分析了其开发前景及对未来的展望。主要介绍了物理层协议，以及在高电压环境下调试实验设备的应用。它支持各种速率的点对点的语音和数据业务，主要应用在嵌入式的系统和设备中。

关键词：IrDA 脉冲调制 传输速率 协议层

Abstract

In this paper, the research is conducted to explore the content of the standard of IrDA. It includes the necessity of impulse modulation, different transmission rates have different impulse modulation mode, and frame structure which is connect and establish the protocol layer. Analysis its development foreground and prospects for the future. It mainly introduces the physical layer protocol and application of debugging experiment equipment at high voltage. It supports a variety of point to point voice and data service and it mainly used in embedded systems and devices. Keywords: IrDA impulse modulation transmission rates frame structure

引言

IrDA（Infra-red Data Association）红外线数据标准协议/红外线点到点通信技术/红外线数据标准协会。一种利用红外线进行点对点通信的技术，其相应的软件和硬件技术都已比较成熟。它采用红外线作为通信媒介，支持近距离无线数据传输规范。 红外通信是利用红外光进行通信的一种空间通信方式。红外通信标准IrDA是目前IT和通讯业普遍支持的近距离无线数据传输规范。尽管通信距离只有几米,红外光却是有许多优势的通讯媒介。它的小型化和低成本,很适合应用在手机、电子商务、数字照相机等便携式产品中。相对简单的红外连接使它能适应不同的操作系统和大范围的传输速率。

IrDA是一个独立的组织，是个致力于建立无线传播连接的国际标准非营利性组织。目前在全球拥有160个会员，参与的厂商包括计算机及通信硬件、软件及电信公司等。建立通用的、低功率电源的、半双工红外串行数据互联标准、支持近距离、点对点、设备适应性广的用户模式。建立该标准是在各种设备之间较容易地进行低成本红外通信的关键。IrDA提供的服务分为两大类，即面向连接的服务和无连接的服务。具体分为4种： －Request 由上层协议送达，用来激活服务

－Indication 用于将服务初始化请求通知上层应用 －Response 上层协议用于接受服务请求 －Confirm IrLAP层报告服务结果

IrDA标准定义了一套规范,或者称之为协议,每一层建立在它的下一层之上,使建立和保持无差错数据传输成为可能。通常两个红外设备必须在视线上直接对准,才能进行数据交换,这就提供了一个固有的安全品质保证。不像无线电频率,红外光不会穿墙而过,因而在一个封闭的区域内,红外光是一种安全的传输媒介。目前,红外技术被成功地应用到市场的以下产品中:便携式电脑、台式电脑、手机、数字照相机、便携式扫描仪、玩具和游戏机以及计算机外围设备如打印机、键盘和鼠标。IrDA标准包括三个强制性规范:物理层IrPHY(The Physical Layer);连接建立协议层IrLAP (Link Access Protocol);连接管理协议层IrLMP (Link Management Protocol)。每一层的功能是为上一层提供特定的服务。其中物理层的硬件实现是整个规范的焦点,处于最底层,是本文的重点。

——物理层(IrPHY)规范：

1.参数定义：IrDA物理层定义了串行、半双工、距离0～100cm、点到点红外通信规程,它包括调制、视角(接收器和发射器之间红外传输方向上的角度偏差)、视力安全、电源功率、传输速率、以及抗干扰性等,以保证各种品牌、种类的设备之间物理上的互连。该规范也保证了在某些典型环境下(如存在环境照明——太阳光或灯光、及其它红外干扰)的可靠通信,并将参加通信的设备之间的干扰降到最低。目前最新版本规范113支持两种电源:标准电源和低功率电源。标准电源无差错传输距离为0～100cm,最大视角至少15°;低功率电源选择应用于便携式设备和电信产业中,无差错传输距离0～20cm,最大视角至少15°。 2.脉冲调制的必要性：IrDA红外通讯通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线数据的收发。IrDA设备靠发光二极管发送信号,波长范围875nm±30nm,接收器采用装有滤波屏的光电二极管,仅使经调制的特定频率的红外光通过并接收。接收器的光学部分接收到的电荷量与信号辐射的能量成正比。因为接收装臵需要把混在外界照明和干扰中的有用信号提取出来,所以尽可能地提高发送端的输出功率,才可能在接收端有较大信号电流和较高信噪比。但是,红外发光二极管不能在100%时间段内全功率工作,所以发送端采用了脉宽为3/16或1/4比特位的脉冲调制,这样,发光二极管持续发光功率可提高到4～5倍最大功率。另外传输路径中不含直流成分,接收装臵总在调整适应外界环境照明,接收到的只是变化的部分即有用信号,所以脉冲调

制是必要的。集成的IrDA收发器具有滤波屏以消除噪声,使在IrDA频率范围2.4～115.2kbps和0.576～4Mbps内的信号通过。

几种规范下的物理层框图如下：

图1 IrDA规范110物理层框图

规范111可以保证向后兼容，

图2 IrDA规范111物理层框图

综上,波特率在2.4～115.2kbps时,使用脉宽为3/16比特位的脉冲调制,或使用固定宽度1163μs的脉冲调制。数据与串行异步通信格式相一致,一帧字符用起始位和停止位来完成收发同步。一个“0”用一个光脉冲表示。UART与编码解码电路之间的信号是UART数据帧,它包含一个起始位,8个数据位,一个停止位,见下图。

图3 UART数据帧

IrDA的局限性。首先，IrDA是一种视距传输技术，也就是说两个具有IrDA端口的设备之间如果传输数据，中间就不能有阻挡物，这在两个设备之间是容易实现的，但在多个电子设备间就必须彼此调整位臵和角度等；其次，IrDA设备中的核心部件-红外线LED不是一种十分耐用的器件，对于不经常使用的扫描仪、数码相机等设备虽然游刃有余，但如果经常用装配IrDA端口的手机上网，可能很快就不堪重负了。

IrDA的发展。IrDA除了传输速率由原来的FIR（Fast Infrared）的4Mb／s提高到最新VFIR的16Mb／s标准；接收角度也由传统的30度扩展到120度。这样，在台式电脑上采用低功耗、小体积、移动余度较大的含有IrDA接口的键盘、鼠标就有了基本的技术保障。同时，由于Internet的迅猛发展和图形文件逐渐增多，IrDA的高速率传输优势在扫描仪和数码相机等图形处理设备中更可大显身手。

它在技术上的主要优点有：

1.无需专门申请特定频率的使用执照，这一点，在当前频率资源匮乏，频道使用费用增加的背景下是非常重要的。

2.具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的特点。HP公司目前已推出结合模块应用的约从2.5×8.0×2.9mm3到5.3×13.0×3.8mm3的专用器件，与同类技术相比，耗电量也是最低的。

3.传输速率在适合于家庭和办公室使用的微微网（Piconet）中是最高的，由于采用点到点的连接，数据传输所受到的干扰较少，速率可达16Mb／s。

除了在技术上有自己的技术特点外，IrDA的市场优势也是十分明显的。目前，全世界有5000万台设备采用IrDA技术，并且仍然每年以50％的速度增长。有95％的手提电脑安装了IrDA接口。可用于遥控装臵、无线滑鼠和无线键盘，通常只适合视线范围内的近距离通讯。透过反射IR讯号，可以扩大通讯距离。

使用点对点红外介质可以减少衰减，使偷听更困难。实施时，注意保证发射器和接收器处于同一直线。如图：

图4 点对点红外应用

点对点传输，和其他无线电磁波传输方式相比，红外线传输有方向性，一般不支持移动；目前的IrDA技术正在潜心向远距离和大角度范围发展，传输速度还在提高。其广播系统也是一个独特之处，红外广播系统向一个广大的区域传送信号，并且允许多个接收器同时接收信号。应用在笔记本电脑、个人数字助理设备和桌面计算机之间的文件交换；计算机装臵之间传送数据、控制电视、盒式录像机和其他设备。

初始的IrDA1.0标准制订了一个串行，半双工的同步系统，传输速率为2400bps到115200bps，传输范围1m，传输半角度为15度到30度。最近IrDA扩展了其物理层规格使数据传输率提升到4Mbps。PXA27x就是使用了这种扩展了的物理层规格。当前IrDA的目标“建立可互操作的，廉价的红外线资料互连标准能维持无连接的， 定向无线电传送的使用者模型，能适应活动宽带的要连接到外围设备和主机的应用。”IrDA选择短射程的、无连接的、点对点定向的红外线通信模型有两个主要的原因：

第一，它初始的目标市场为支持IrDA的设备将是可移动的 第二，IrDA选择这个通信模型因为它具有最低的价格。

关于如何扩大通讯距离和增大传输范围，试想，可以这样分析，通过在发射端、接收端之间介入中间媒介来实现，当发射端发出信号时中间介质接收信号并转发至接收装臵接收，采取最有效的措施就是在对接端口的LED上加增强光感的物质使其发射更易在空中通讯；其二是传输范围即传输的视角，可以使其视宽加倍，解决方案如是，在发射端和接收端的前端设备上加设凸透镜使其光度发散从而加大传输视角进而扩大传输范围。结合两者看来要达到好的效果就要设臵好各自的参数使其达到一个最合适的数值能够真正意义上达到最完美。与此同时还要完善编码工作，使误码率降到最低，使其在视距和视宽上达到最理想的状态。让IrDA红外通信技术在生活中得到广泛的应用。

IrDA建立连接通信的四个阶段：

设备发现和地址解析 链接建立 信息交换和链接复位 链接终止

参考文献

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