红外通讯技术

红外通讯技术

发布时间：2008-02-09

英文名称；infrared communications technologies

检索词：红外；计算机；光通信；数据通信

技术类别：信息系统技术;指挥控制通信计算和情报系统（c4i）;

[定义]

红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。它一般由红外发射和接收系统两部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。

特点:保密性强，息容量大，结构简单，既可以是室内使用，也可以在野外使用，由于它具有良好的方向性，适用于国防边界哨所与哨所在之间的保密通信，但在野外使用时易受气候的影响。

红外通讯技术利用红外线来传递数据，是无线通讯技术的一种。

红外通讯技术不需要实体连线，简单易用且实现成本较低，因而广泛应用于小型移动设备互换数据和电器设备的控制中，例如笔记本电脑、pda、移动电话之间或与电脑之间进行数据交换，电视机、空调器的遥控等。

由于红外线的直射特性，红外通讯技术不适合传输障碍较多的地方，这种场合下一般选用rf无线通讯技术或蓝牙技术。红外通讯技术多数情况下传输距离短、传输速率不高。

为解决多种设备之间的互连互通问题，1993年成立了红外数据协会（irda, infared d ata association）以建立统一的红外数据通讯标准。1994年发表了irda 1.0规范。

红外线通信是一种廉价、近距离、无线、低功耗、保密性强的通讯方案，主要应用于近距离的无线数据传输，也有用于近距离无线网络接入。从早期的irda规范（115200bps）到askir（1.152mbps)，再到最新的fastir（4mbps），红外线接口的速度不断提高，使用红外线接口和电脑通信的信息设备也越来越多。红外线接口是使用有方向性的红外线进行通讯，由于它的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以只适合于短距离无线通讯的场合，进行“点对点”的直线数据传输，因此在小型的移动设备中获得了广泛的应用。

红外线通讯发展早期存在着规范不统一的问题，许多公司都开发出自己的一套红外通讯标准，但不能与其它公司有红外功能的设备进行红外通讯，因此缺乏兼容性。自1993年起，由hp、compaq、intel等多家公司发起成立了红外数据协会(infrared data association,简称irda)，建立了统一的红外数据通信标准。一年以后，第一个irda的红外数据通讯标

准——irda1.0发布，又称为sir(serial infrared)，它是基于hp开发出来的一种异步的、半双工的红外通信方式。通过对串行数据脉冲和光信号脉冲编解码实现红外数据传输。ird a1.0的最高通讯速率只有115.2kbps，适应于串行端口的速率。

1996年，该协会发布了irda1.1标准，即fast infrared，简称为fir。fir采用了全新的4ppm调制解调技术，其最高通讯速率达到4mbps，这个标准是目前运用得最普遍的标准，我们在采购红外产品时也应注意这标准的产品。继irda1.1之后，irda又发布了通讯速率高达16mbps的vfir技术(very fast infrared)。不断提高的速率使红外线使它在短距无线通信领域占有一席之地，而不仅是数据线缆的替代。红外线的传输距离为1~100cm，传输方向的定向角30度，点对点直线数据传输。

基于红外线的传输技术最近几年有了很大发展。目前广泛使用的家电遥控器几乎都是采用的红外线传输技术。作为无线局域网的传输方式，红外线方式的最大优点是不受无线电干扰，且它的使用不受国家无线管理委员会的限制。但是，红外线对非透明物体的透过性较差，导致传输距离受限制。红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。红外通信一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75um至25um之间。红外数据协会（irda）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果，红外通信协议将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在850至900nm之内。 irda标准包括三个基本的规范和协议：物理层规范(physical layer link specification)、链接建立协议(link access protocol:irlap)和链接管理协议（link m anagement protocol:irlmp)。物理层规范制定了红外通信硬件设计上的目标和要求，irla p和irlmp为两个软件层，负责对链接进行设置、管理和维护。在irlap和irlmp基础上，针对一些特定的红外通信应用领域，irda还陆续发布了一些更高级别的红外协议，如tiny tp、irobex、ircomm、irlan、irtran-p和irbus等等

[相关技术]通信技术；电子技术；光电技术

[技术难点]

红外射束易受尘埃、雨水等物质的吸收，如何在野外环境下克服这些物质的吸收，增强红外射束信号的强度是重要的研究课题。

[国外概况]

红外通信由来已久,但是进入90年代,这一通信技术又有新的发展,应用范围更加广泛。 1995年，一个由部件、计算机系统、外围设备和电信厂商组成的大型集团──红外数据协会(irda)就红外通信的一套标准达成一致。现在约有120 家以上的厂商支持红外通信标准。其中的许多厂商已推出符合红外通信标准并支持windows 95的产品。

红外数据协会开发的这种新的无线通信标准还得到pc机产业的有力支持。主要的开发厂商，如微软、苹果、东芝和惠普公司，已推出了在计算机之间采用这种高速红外数据通信的

pc机、笔记本计算机、打印机和手持式个人数字助理(pda)设备。

此外，红外通信的连通性已用在大多数新的笔记本计算机中，并成为一种最具成本效益和便于使用的无线通信技术而问鼎市场。

1.红外通信传送数据和视频

用红外射束将人体和物体从一地点传送到另一地点是一种科学幻想，离我们太遥远。但是用射束传送信息现在就能实现。不用电缆、微波或卫星就将视频、音频和数据信息从一个地点传送到另一个地点。例如，借助红外射束技术，大使馆可以接收各种事件的图像，可以将高尔夫球比赛和其他活动转发到全球，供数以百万计的人观看。

(1)红外射束通信系统

美国新泽西州恩格尔伍德的canon公司1996年5月采用红外(ir)光，生产出一种红外射束通信系统。该系统中每个分系统的组成单元都有一台射束设备或收发信机、一台控制设备或基站设备。但是，其中一个分系统传送数据，而另一个设计成传送视频和话音。

红外射束发射设备和控制设备作为一种数据运载体，对光纤分布数据接口/ 异步传送模式光传输载体，提供高速双向带宽和自动跟踪，而无需光缆。该系统以每秒125/155.52兆比特的速率无干扰传输，传输距离达2.5英里(4公里)。

在该系统中，通信配置由两套相同的设备组成，每一套设备都有一台连接至控制设备的射束设备。在通信的两端每一端置放一套设备，两地之间的通信距离同样为2.5英里(4公里)。这种配置中的两套设备至少有一套置放地点要高出障碍物，从而提供直达视距通信。为构成通信链路，每一台射束设备产生的红外射束将用人工方式进行对准。当射束向前传送接近完全对准另一台射束设备时它便发亮。倘若两台射束设备中任何一台设备的射束向前传送偏离对准的方向，自动跟踪系统自然将射束收回，这就保证了传输的信息不致被截收。控制设备还连接至一台计算机或网络服务器，无需安装电缆就能传输数据。

对于视频广播来说，该系统中的发射系统可将摄像机连接至其中一台控制设备，通过ir 射束将图像传送至另一台控制设备，而另一台控制设备由同轴电缆连接至电视台或电视转播车。在电视台或电视转播车上可将图像记录下来，供以后使用或采用卫星连接发送出去。

该系统的视频和音频收信机系统能提供4个视频信道或8个音频信息传送信道，外加2 个内部通信信道。这样在两点之间可以往返传送视频并完全能进行通信。例如，加利福尼亚伯班克的广播电视系统用这种视频系统，广播在内华达州拉斯韦加斯举行的高尔夫球三天观摩挑战赛实况。鉴于地形和高尔夫球场布局的原因，仅在一个大的湖泊的远端安装了一个公共接收站。该电视广播站把控制设备用作射频摄像机和电视转播站之间的中央发射站。当每台摄像机绕球场移动时，信号被发送至接收站，然后借助光纤通道将信号转发到转播站。

在这次比赛中，纽约州纽约市的unitel电视公司还使用该系统来播送在广播城音乐厅的一年一度的体育表演优胜者颁奖大会的实况。采用ir射束发射视频信号，就不需要延伸线路或安装电缆管道，可以节省时间和费用。

1996年，哥伦比亚广播公司和东京广播系统使用这种系统，在驻珀鲁莱马的日本大使馆

集中传送长达4个月的解救人质事件。开设了双向传送的射束发射设备来延伸使馆附近的公寓的第17层和一个两层楼公寓的底层之间的红外射束，输出信号发送至7ghz的微波发射机，通过微波发射机将信号发送至使馆附近的接收站。

(2)红外视频链路

美国国家航天和空间管理局在 97 年因特网国际展览会期间，与弗吉尼亚麦克莱恩的s terling软件公司签订合同，为这次会议提供网络业务。红外通信系统的数据系统在展览会大厅和会议中心之间提供链路。出席展览会的人员和因特网用户观看火星探险者执行任务中发回的实时视频，以及通过展览会的红外发射通路发射的所有信息。

尽管该系统与永久性连接相比，成本效益差一些，但对于灾后恢复通信或建立临时专用线路来说是理想的办法。例如，如果电缆被截断，通信线路会失去连接；在遂行恢复电缆连接的同时，红外通信可使通信继续顺畅运行。

2.红外通信技术对计算机技术的冲击

红外通信标准有可能使大量的主流计算机技术和产品遭淘汰，包括历史悠久的调制解调器。预计，执行红外通信标准即可将所有的局域网(lan)的数据率提高到10mb/s。

红外通信标准规定的发射功率很低，因此它自然是以电池为工作电源的标准。目前，惠普移动计算分公司正在开发内置式端口，所有拥有支持红外通信标准的笔记本计算机和手持式计算机的用户，可以把计算机放在电话机的旁边，遂行高速呼叫，可连通本地的因特网。由于电话机、手持式计算机和红外通信连接全都是数字式的，故不需要调制解调器。

红外通信标准的广泛兼容性可为pc设计师和终端用户提供多种供选择的无电缆连接方式，如掌上计算机、笔记本计算机、个人数字助理设备和桌面计算机之间的文件交换；在计算机装置之间传送数据以及控制电视、盒式录像机和其它设备。

3.红外通信技术开辟数据通信的未来

目前，符合红外通信标准要求的个人数字数据助理设备、笔记本计算机和打印机已推向市场，然而红外通信技术的潜力将通过个人通信系统(pcs)和全球移动通信系统(gsm)网络的建立而充分显示出来。例如，诺基亚公司最近宣布它与加拿大的ast 公司签订了提供无线通信系统的合同，将这一技术产品投放市场，并在加拿大产业界目前许可经营的pcs 数字通信基础设施上运行。

由于红外连接本身是数字式的，所以在笔记本计算机中不需要调制解调器。便携式pc

机有一个任选的扩展插槽，可插入新式pcs数据卡。pcs数据卡配电话使用，建立和保持对无线pcs系统的连接；扩展电缆的红外端口使得在pcs电话系统和笔记本计算机之间容易实现无线通信。

由于pcs、数字电话系统和笔记本计算机之间的连接是通过标准的红外端口实现的，所以pcs数字电话系统可在任何一种pc机上使用，包括各种新潮笔记本计算机以及手持式计算机，以提供红外数据通信。而且，由于该系统不要求在计算机中使用调制解调器，所以过去不可能维持高性能pc卡调制解调器运行所需电压的手持式计算机，现在也能以无线方式

进行通信。

基于windows 95的pc支持红外通信连接标准，可与符合标准的外设通信，并可与支持该标准而运行windows 95的其它的 pc机通信。只要是把计算机对着目标设备，并发送数据，红外通信技术就可使 windows 95的用户连接外设和其它的基于 windows 95的pc机。

预计，windows 95环境下的红外数据通信连接还可与现有的软件和驱动器兼容，所以用户勿需改动现有的系统，即可采用该技术。红外技术还支持"即插即用"，可使windows 95识别红外外设，自动配置必需的驱动器。

红外通信标准的开发者还在设想在机场和饭店等地点使用步行传真机和打印机，在这些地方，掌上计算机用户可以利用这些外设而勿需电缆。银行的atm(柜员机) 也可以采用红外接口装置。

预计在不久的将来，红外技术将在通信领域得到普遍应用，数字蜂窝电话、寻呼机、付费电话等都将采用红外技术。红外技术的推广意味着膝上计算机用户不用电缆连接的新潮即将到来。

[影响]

由于红外通信具有隐蔽性，保密性强，故国外军事通信机构历来重视这一技术的开发和应用。这一技术在军事隐蔽通信，特别是军事机密机构、边海防的端对端通信中将发挥出重要的作用。正如前面所述，它还将对计算机技术产生冲击，对未来数据通信产生重大影响。