IrDA是低功率无线电通讯技术中，目前表现最成功的。它的单价已经低于5美元，而且，应用面正不断地扩大。反观蓝芽仍因成本过高，技术复杂，至今仍然无法普及。不过，IrDA的视线以内直线传输特性也阻碍了它的更进一步发展。IrDA标准以传输速率快慢可分成IrDA DATA和IrDA CONTROL两种，本文将先讨论IrDA DATA，再谈论IrDA CONTROL。

从捷运站出来时，偶而会看到维修工程师拿着笔记型计算机对着出口闸门处的验票机，进行程序档案传送（transfer）和更新（overwrite）的工作。其实，这验票机里面有一台计算机，而且，这台计算机是利用红外线和笔记型计算机通讯，这种红外线技术就是IrDA。通过它，笔记型计算机、数字相机、手持式计算机、PDA、打印机、移动电话、呼叫器、电子书、电子钱包、玩具、手表、数据收集器、消费性电子装置、和其它携带式电子装置 ... ..等装置之间可以构成一个一对一的临时网络（ad hoc network），藉此互相通讯。目前几乎所有信息家电产品都内置有IrDA，其魅力真的是不可挡。(图一)是符合IrDA标准的产品商标。

图一　IrDA的商标

何谓IrDA

IrDA标准以传输速率快慢可分成IrDA DATA和IrDA CONTROL两种。一般而言，IrDA DATA传输速率为4Mbps，而且限定为主机（host）对主机的通讯； IrDA CONTROL传输速率比较慢，且仅针对主机的外围装置，例如：鼠标、键盘...等做规范。本文将先讨论IrDA DATA，再谈论IrDA CONTROL。

IrDA是IrDA（Infrared Data Association）联盟（IrDA consortium）制定的标准。IrDA标准包含硬件的规格和通讯协议的标准，数据信息可藉由IrDA标准以红外线传输。由于笔记型计算机和各种移动式通讯装置需要相互沟通，所以IrDA于此诞生。

IrDA装置是利用LED发射红外线光波，其波长约875 nm±30 nm，许多CCD相机对这种波长的红外线也很敏感。IrDA接收器是利用PIN光电二极管（photodiode）接收红外线光波，接收到的光波会激化为电子产生信号，带通滤波器会过滤此信号，得到IrDA解调器所需的信号。这是红外线光波的能量转化为电能的原理。

　
IrDA的通讯距离和传输率

IrDA 1.0和1.1装置的通讯距离可达1公尺，误码率（Bit Error Ratio；BER）为10-9，光源外围的最大亮度为10klux。上述测量值是将收发端的偏斜角设定为15度，不过，单一光器件输出功率的最大测量偏斜角可达到30度。定向发射器（Directional transmitters；IR LEDs）的通讯距离超过1公尺，但是，它的最大测量偏斜角不遵照IrDA标准。

IrDA 1.0的传输速度是2400到115,200 kbps（Slow IrDA；SIR），使用脉冲调制（pulse modulation），脉冲长度是位间距的3/16。数据格式（Data format）和串行端口（serial port）或UART相同，亦即异步（asynchronous）传送一个字节，在最前面有一个起始位（startbit），如(图二)所示。IrDA发射器可使用3/16位间距的调制率（mark-to-space ratio）或以1.63μs固定脉冲间隔来调制，能得到115kbps的传输率。如果采用固定脉冲间隔，且传输率为38,400 bps（=115kbps/3），则每一个位会用掉三个脉冲。

图二　UART和IrDA的帧（frame）

IrDA 1.1还定义了0.576和1.152 Mbps传输率（Fast IrDA；FIR），使用1/4位间距的调制率。在此速率下，数据包是以同步（synchronous）方式传送，在最前面有起始序列（starting sequence）。(图三)是信号源（NRZ signal）调制前后的关系。

图三　信号源（NRZ signal）调制前后的关系

一个IrDA数据包里有两个字节的起始序列、目的地地址、数据、纠错码（CRC-16）和终止字节，如(图四)所示。IrDA通讯协议（IrDA protocol）会分配每个IrDA装置一个唯一的地址，以辨别不同的装置。IrDA数据包（包含CRC-16）全部都是由IrDA芯片组产生的。起始和终止字节必须分别位于数据包的头尾，不可置于其它位置。起始和终止字符的停留时间是位间隔的1.5倍。 

具有4Mbps传输率的IrDA，是采用1/4调制率的4PPM调制方法。亦即，在一个脉冲时间内，将两个位编码。所以，在一个脉冲时间内，会在4个（22）不同符号（symbol ）信号中，得出一个符号信号。因此，信息是藉由脉冲振幅大小或符号来传递，而不是藉由0或1（有或无）脉冲来传送。例如：00将转成1000传送，01将转成0100，11将转成0001。如(图五)所示。使用4PPM调制的主要优点是：红外线LED发光（flash）的次数可以减半，因此，数据传输率可加快两倍。例如：00011011被4PPM调制成0001001001001000，信号源（前者）的发光率是1/2，经4PPM调制后的信号（后者）的发光率是1/4，后者是前者的1/2，所以，后者的数据传输率会比前者快两倍。

图四　IrDA数据包格式

图五　4PPM调制

此外，对IrDA接收器而言，4PPM调制可使IrDA接收机在固定时间内，收到固定数量的脉冲，这使得接收到的信号能保持稳定。当传输率等于4Mbps时，发射信号中的发光速率是2MHz，但是，在此传输模式下，数据包是使用CRC-32纠错码，与0.576和1.152 Mbps传输模式不同。大多数使用4PPM调制的IrDA芯片组，也能自行产生CRC-32纠错码(图六)，当它们发现接收到的帧有误时，会自行抛弃这个错误帧。

图六　IrDA帧位置

使用脉冲调制的理由

IrDA接收器必须能辨别周遭的光源、信号、杂音，如此，才能将信息还原。为了达到这个目的，使用高输出功率传送信号似乎是最有效的，因为：高输出功率=＞接收端的电流增加=＞信噪比（signal-to-noise）增加。不过，因IR-LED的物理特性，IR-LED无法一直提供高输出功率，因此，才将脉冲时间长度定为1/4或3/16位间距。此外，因为IrDA接收器能自动适应周遭的光源大小，而且，它只检测光波的瞬间变化，所以，发射信号不再需要直流电承载，但是需要脉冲调制，来代表0和1数据。IrDA收发机集成了IR-LED发射器和PIN光电二极管接收器，并且，它还具有带通滤波器，可过滤掉IrDA频段（2400-115200 bps和0.576-4Mbps(2M flashes/s)）以外的噪声。

　
IrDA DATA的通讯协议堆栈

IrDA DATA的通讯协议堆栈如(图七)所示，其应用和通讯网路则如(图八)所示，以下将一一介绍各个协议的作用。

图七　IrDA通讯协议堆栈

红外线链路接入通讯协议：IrLAP

IrDA红外线链路接入通讯协议（Infrared Link Access Protocol；IrLAP）是针对IrDA所需，修改自HDLC的通讯协议。它将帧封装（encapsulate），并确保不同IrDA装置之间的通讯不会冲突。在数个IrDA装置通讯中，只有一个是IrDA主装置（primary），其余都是次装置（secondary）。它们都是使用半双工通讯（half-duplex）。此外，IrLAP负责建立连结（establish connection）和关闭连结、对次装置编号。连结时的初次传输速率为9600bps，连结完成后，它会产生逻辑信道（logical channel），并以主从装置都接受的新传输率通讯，此时，IrDA主装置负责控制每个逻辑信道。

红外线链路管理通讯协议：IrLMP

IrDA装置的组态改变时，它会藉由IrDA红外线链路管理通讯协议（IrDA Infrared Link Management Protocol ；IrLMP）让其它装置知道。IrLMP位于IrLAP上方，负责检测外围的其它IrDA装置、检查数据流量、并充当多任务器。它类似TCP/IP上层的sockets，每个socket都有一个唯一的通讯端口。上层应用程序通过IrLMP来确认远程装置是否存在或在通讯范围之内，但是，IrLMP不如TCP，无法提供一个可靠的通道，这还需要IrDA传输通讯协议（Tiny TP）。

传输通讯协议：Tiny TP

IrDA传输通讯协议 (IrDA Transport Protocols;Tiny TP) 负责管理不同IrDA装置之间的虚拟信道(virtual channels) ，执行调试、将数据分割(segment)成为封包、从封包中重组(reassemble) 还原数据。Tiny TP执行的工作类似TCP。

传输通讯协议：Tiny TP

IrDA传输通讯协议 (IrDA Transport Protocols;Tiny TP) 负责管理不同IrDA装置之间的虚拟信道(virtual channels) ，执行调试、将数据分割(segment)成为封包、从封包中重组(reassemble) 还原数据。Tiny TP执行的工作类似TCP。

对象交换通讯协议 ：IrOBEX

IrDA对象交换通讯协议 (Object Exchange Protocol;IrOBEX) 是一个简单的通讯协议，它定义了PUT和GET命令，可以在两台IrDA装置之间存取二进制制(binary)数据。它位于Tiny TP上方，定义了对象交换时，封包所必需的内容，以利IrDA装置于通讯时能彼此辨识。

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