短距无线传输设备

2016年5月26日 来源:科工网-国际互联网+生态服务平台  浏览 853 次 评论(0)

人类跨入二十一世纪,科技产业越来越蓬勃兴旺。随着半导体制程技术更加进步、互联网更加普及、信息家电(Information Appliance)的兴起,以及无线通信、数字广播和宽频网络的启用等,充分地证明一件事:那就是“生活信息时代”的来临。也就是信息的传递将更加迅速,人们使用信息的方式也更多元化。


而为了满足人们对信息需求的增加,个人无线通讯技术己成为近来众所瞩目的明星,其中包括长距离的个人移动通讯技术和短距离的无线局域网络技术。移动通讯方面,目前已开发出GPRS(General Packet Radio Services)、EDGE等技术,并朝着第三代、第四代移动通讯技术积极发展。而在无线局域网络方面则以使用ISM(Industry、Scientific、Medical Frequency Band)频带为主的无线通讯技术为主流,但也有采用波长约820nm(10-9m)红外线传输技术作为基础的无线通讯技术。


本文将介绍目前个人无线通讯技术中为抢手的蓝芽通讯技术和红外线通讯技术,同时对这两种技术作一比较分析。


一、蓝芽通讯技术简介

(一)发源

1994年,瑞典爱立信公司开始了一项针对移动电话及其周边配件之间具有低功率、低成本的无线电传输技术进行可行性研究,用来取代电话、PC卡及手机之间的传输线。

虽然目前的短距离传输(10米以内)主要是以红外线传输(IrDA;Infrared Data Association)的方式来进行连结,但无线电技术具有大范围、能穿透不同物质及在物体间扩散等优点。因此爱立信公司在1998年5月利用此技术并结合Nokia、IBM、Toshiba、Intel等共五大公司成立了“Bluetooth”的Special interest group(SIG)组织。希望开发以2.4GHz ISM频段来传输短距离、低功率、低成本的无线电技术,以取代红外线传输距离过短、不具穿透性等问题。

目前,款Bluetooth无线网络通讯设备已经研制成功。而Bluetooth 1.0的技术规格也已于1999年7月制订,同时还推出开发套件供有兴趣的厂商参考设计。蓝芽组织定于2000年中正式推出此款产品,以大型企业为优先应用对象。蓝芽组织表示,到时只要在手持式设备中内建“蓝芽”芯片,并在公司或汽车内部、甚在机场或饭店等公共场所安装网络节点,用户就可以随时随地通过固定频率接收和传送网络信息。


(二)原理和特性


Bluetooth技术在开发时的定义,即以轻、薄、小为目标。且为了减少使用2.4GHz频段时的干扰而采用高跳跃频率及短封包的跳频展频? (Frequency Hopping Spread Spectrum;FHSS)。因此它的每个信道同时使用跳频及分时多工的机制,将1秒跳频1600次,每次传送一个封包,封包大小从126bit-2871bit皆可,而且其封包内容可以是包含数据或语音等不同服务的资料。资料封包可借助自动重送(ARQ)机制来加以保护,而声音封包因采用CVSD(连续可调变斜面三角器波形编码)方式编码而可以不再重送以增加效率。

工作时,当两个以上的设备共享一个信道,即构成一个蓝芽微网(Bluetooth Piconet),并由其中一个设备主导传输量。由于同一时间每个设备还可以分别隶属于不同的微网,因此各个蓝芽设备能够通过网网互连,互相传递信息。

当设备尚未加入蓝芽微网时,它会先进入待机状态。在此状态下,它会随时监听传呼信息,直到收到的信号与自己本身的识别码有相关时才会启动自己,并且呼叫连结程序。接下来则进行识别码的确认及信号时间的同步,以便决定往后跳频的顺序,如此即可建立一个微网络。


(三)标准与相关组织

蓝芽组织的规模越来越大,除初的五家厂商之外,目前参与厂商已达到1000家,包括康柏(Compaq)、德尔(Dell)、摩托罗拉(Motorola)、Qualcom、宝马(BMW)及卡西欧(Casio)等公司均已加入。在技术标准方面,蓝芽组织已于1999年7月推出Bluetooth 1.0标准。


二、红外线通讯技术

红外线传输在无线传输领域可以说是一项比较成熟的技术,而且出于成本的考虑,红外线发光二极管及接收器等元件也比射频(RF,Radio Frequency)组件来得便宜。因此红外线传输很早就应用在各类家用电器的控制及信息产品的数据传输上。

虽然红外线在传输时有距离、角度及屏蔽等限制,但近年来在IrDA(Infrared Data Association)组织的努力下,其传输速度已从早的SIR(Serial Infrared)的115.2Kbps跃升到FIR(Fast Infrared)的4Mbps,近还有VFIR的16Mbps标准。而在接收的角度方面,也由传统的30度扩展到120度。以下即从软硬件各方面来介绍红外线传输技术。


(一)硬件部分

红外线传输的优势即在于它的构造简单、造价低廉。其发送和接收部分仅有IR LED、Photodiode及前级放大器等,负责红外线信号的传送及接收。而在控制部分,因只负责信号的编解码及IrLAP(Ir Link Access Protocol)封包的封装等工作,所以并不需要太高档的控制IC。目前市面上的Super I/O芯片如NS的PC87338、VLSI的VL82V147 、Winbond的W83977AF等以及一些专用的编解码IC如NS的PC87109、TI之TIR2000等均可当作其控制IC。 另外,一些目前已广泛应用在手持式设备或信息家电上的整合型微处理器上也都已内建Ir的控制功能,如Motorola的MC68328(Dragonball)、MPC821(PowerPC) 、NEC的VR4102(WinCE)、Intel的SA1100等。


(二)软件部分

IrDA在软件上大致可分为三层:

层为IrLAP(Infrared Link Access Protocol)负责建立真正的资料链接。

第二层为IrLMP(Infrared Link Management Protocol),负责管理和分配LAP层传上来的资料链接给各项服务及应用程序。

第三层为介于应用程序各Ir Protocol之间的API层,包括IAS(Information Access Services)、TinyTP、IrOBEX、IrLAN及IrCOMM等。负责信息接取、文件传输、模拟Serial/Parallel port/LAN等。

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