2026г_Слайды_2 раздел_СЦС

1.

Системы цифровой связи
Раздел 2
Состав лекций: Введение и четыре раздела
Лектор: Беленький Валерий Григорьевич
Лабораторные занятия:
Беленький Валерий Григорьевич
Модульно-рейтинговая система аттестация: всего 100 баллов, в том числе:
Лабораторные занятия: 20 баллов
Посещение лекций: 5 баллов
Коллоквиум: 9 баллов
РГЗ: 16 баллов
Экзамен: 50 баллов
Список литературы:
1. Прокис Дж. Цифровая связь – М.: Радио и связь, 2000г.
2. Б.Скляр Цифровая связь: теоретические основы и практическое применение – М.: Вильямс, 2003г.
3. В.А.Григорьев, О.И.Лагутенко, Ю.А.Распаев Сети и системы радиодоступа – М.: Экотрендз, 2005г.
4. В.Столлингс Беспроводные линии связи и сети – М.: Вильямс, 2003г.
5. И.Шахнович Современные технологии беспроводной связи – М.: Техносфера, 2006г.

2.

Раздел 2. Системы цифровой связи класса WPAN.
Наиболее распространенные протоколы взаимодействия (или стандарты связи) для реализации СЦС
класса WPAN :
Bluetooth v.1 (IEEE 802.15.1 );
Bluetooth v.2 и v.3;
Bluetooth v.4 (или BLE – Bluetooth Low Energy);
IEEE 802.15.2, IEEE 802.15.3;
IrDA (передача данных при помощи ИК-излучений).
Интернетом вещей (IoT) принято называть совокупность разнообразных приборов, датчиков, устройств
объединенных в сеть посредством беспроводных каналов связи, использующих различные протоколы
взаимодействия между собой и единственный протокол доступа к сети Интернет.
WPAN применительно к IoT можно разделить на три вида:
RFID (Radio Frequency IDentification) радиочастотная идентификация;
WSN (Wireless Sensor Network) беспроводные сенсорные сети;
NFC (Near Field Communication) коммуникации малого радиуса действия;
1

3.

2.1 Протокол цифровой связи IEEE 802.15
2.1.1 Общие характеристики стандарта IEEE 802.15.1 (Bluetooth)
Историческая справка
1994 год. Начало работ по созданию Bluetooth компанией Ericsson как беспроводная альтернатива кабелям RS-232.
1998 год. Создан консорциум Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG) в которую вошли компании Ericsson, IBM, Intel,
Toshiba и Nokia с целью разработки и стандартизации Bluetooth.
1999 год. Выпущена первая версия Bluetooth v.1 консорциумом Bluetooth SIG.
2002 год. Институт по электротехнике и радиоэлектроники (IEEE) ратифицировал Bluetooth v.1, опубликовав спецификацию
IEEE 802.15.1
Логотип
– руническая запись инициалов датского короля Гарольда Блаатанда(сочетание букв «Х» и «В») по прозвищу
Синий зуб, жившего в 910-940 гг.
Международные организации по стандартизации беспроводных персональных сетей (WPAN):
Консорциум Bluetooth Special Interst Group (Bluetooth SIG), которая осуществляет разработку, модернизацию и стандартизацию
технологии Bluetooth, выпуская протоколы Bluetooth с определенной версией (на данный момент последней версией является
Bluetooth v.5.4, выпущенная в феврале 2023г);
Институт инженеров электротехники и электроники (IEEE), которая определяет стандарты беспроводных персональных сетей,
выпуская протоколы IEEE 802.15 (на данный момент последним протоколом является IEEE 802.15.13, выпущенным в 2022г).
Основные области применения Bluetooth:
Обеспечение беспроводной передачи данных между стационарным и периферийным устройствами (замена кабеля)
Организация Ad-Hoc сетей (децентрализованных, самоорганизующихся сетей) с целью обеспечения обмена данными
между различными устройствами, оснащенными чипом Bluetooth.
2

4.

Ключевые параметры физического уровня стандарта IEEE 802.15.1.
1) Рабочий диапазон частот 2,4 2,4835 ГГц, являющийся некоммерческим (нелицензионным) диапазоном, называемым
также полосой ISM (Industrial Scientific Medicine band).
2) Полоса частот шириной в 83,5 МГц делится на 79 радиоканалов с шириной в 1МГц каждый. Значение несущих этих
радиоканалов определяются как:
fk = 2402 + k, (МГц)
где: k = 0, 1, 2,…78
Таким образом, частотный разнос между несущими f = 1 МГц.
3) Виды модуляции и максимально возможная скорость передачи в канале.
Тип модуляции
GFSK
/4 DQPSK
8 DPSK
Максимальная скорость в радиоканале, Мб/с
1
2
3
4) Длительность сигнала на одной частоте кратна 625 с. Режим связи – дуплексный, с временным разделением каналов на
прием и передачу.
5) Выходная мощность и дальность действия.
Класс
Мощность
Дальность
Область
устройства
1
2
3
излучения, mВт
100
2,5
1
действия, м
100
10
5
применения
Точки доступа
PC-card
Моб.телефон
6) Метод множественного доступа: CDMA, способ расширения спектра – скачкообразная перестройка частоты (FHSS).
7) Перестройка частоты с радиоканала на радиоканал – в соответствии с задаваемой псевдослучайной кодовой
последовательностью. Несколько ОУ, использующих одну и ту же кодовую последовательность, образуют сеть. Скорость
перестройки (изменения) частоты – 1600 скачков/сек в режиме передачи и 3200 скачков/сек в режиме опроса и запроса.
3

5.

Пикосетью (piconet) называется сеть состоящая из двух и более ОУ, использующих один и тот же физический канал.
Распределенной сетью (scatternet) называется сеть образуемая путем перекрытия отдельных пикосетей.
Все устройства в пикосети делятся на:
пикосеть
• ведущее устройство (master), которое управляет
нагрузкой в пикосети и может быть только одно;
пикосеть
• ведомые устройства (slave), все остальные устройства в
данной пикосети.
В одной пикосети:
• Все ОУ работают синхронно и используют одну и ту же
псевдослучайную кодовую последовательность при
расширении спектра.
Пикосеть
Пикосеть
- Master устройство
Распределенная
сеть
пикосеть
- Slave устройство
- Master/Slave устройство
• Максимальное количество ОУ находящихся в активном режиме – 8 (1 master и до 7-ми slave устройств).
• Общее количество ОУ, находящихся в неактивном режиме и составляющих одну пикосеть – неограниченно.
Структура адреса Bluetooth устройства
LAP (lower address part) – нижняя часть адреса;
UAP (upper address part) – верхняя часть адреса
NAP (non-significant address part) – незначащая часть адреса.
24 бита
8 бит
16 бит
LAP
UAP
NAP
Назначаемый адрес
ID производителя
Значения в полях LAP и UAP участвуют в выборе кодовой последовательности для перестройки частоты, но кроме того:
• значение в поле LAP участвует в формировании синхрослова в коде доступа;
• значение в поле UAP участвует в процессе проверки пакета информационного сообщения на наличие ошибок.
4

6.

2.1.2. Структура пакетов в стандарте IEEE 802.15.1
слоты
Пакетная передача в стандарте IEEE 802.15.1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11 12 13 14
15
t
f2
f17
f8
f5
f46
f22
f33
пакеты
f14
f67
f74
t
Slave
делится на временные интервалы,
называемыми слотами;
• Длительность слота – 625 с
• Слоты нумеруются от 0 до 227-1 (с циклом
повторения 227);
• Режим связи между ОУ – дуплексный с
временным разделением между передачей и
приемом сигнала;
• Ведущее ОУ (master) начинает передачу только
в четных слотах (начиная с нулевого), а ведомые
ОУ (slave) – только нечетных слотах;
Master
• Время
625 µc
625 µc
625 µc
t
• Каждому слоту соответствует своя частота передачи fk (k = 0 78), конкретный номинал которой определяется псевдослучайной
кодовой последовательностью, задаваемой master устройством;
• При передачи данных устройство Bluetooth занимает всю полосу частот W=83,5 МГц, но в определённый момент времени –
только малую её часть f = 1 МГц
•Данные передаются/принимаются в разных слотах на одной из 79-ти доступных частот в виде пакетов;
• Пакет может содержать только один, три или пять слотов;
• Каждому пакету соответствует своя частота передачи fk, задаваемая псевдослучайной кодовой последовательностью и
соответствующая номеру слота с которого начинается передача пакета;
• При передаче многослотового временного пакета частота fk не меняется и соответствует первому слоту в пакете;
5

7.

Формат стандартного пакета в стандарте IEEE 802.15.1
72 бита
54 бита
Код доступа
Заголовок
Код доступа
Синхрослово
Хвост
4 бита
64 бита
4 бита
18-ти битовый заголовок в пакете повторяется трижды,
соответственно его общая длина: 18 бит 3 = 54 бита.
54 бита
Заголовок
1
18 бит
2
Адрес
Тип
F
S
НЕС
3 бита
4 бита
1 б. 1 б. 1 б.
8 бит
A
0 2745 бит
3
• Адрес – номер устройства в сети;
• Тип – указатель типа пакета. Всего – 16 типов пакетов:
Тип пакета
Значение бит
Тип пакета
Значение бит
5 – общие пакеты,
ID
FHS
0010
4 – для режима SCO,
Null
0000
DM 1
0011
7 – для режима ASL;
Poll
0001
• F – указатель переполнения входного буфера приема. 0 означает
переполнение, 1 – норма;
• A – индикатор подтверждения правильного приема: 1 – предыдущий
пакет успешно доставлен, 0 – требуется повторная передача пакета;
• S – бит порядка передачи пакетов, помогает обнаруживать повторные
передачи и для каждого очередного пакета этот бит инвертируется.
• HEC – код проверки наличия ошибок в заголовке пакета.
a. Синхронное соединение (режим SCO) возможно только в режиме «точка – точка». Применяется для
передачи данных чувствительной к задержке и при невысоких требованиях к вероятности ошибки.
Полезная нагрузка
Data
режим SCO
240 бит
Header
8 бит
Полезная нагрузка
• Преамбула имеет значение 1010 если первый бит синхрослова 1 и 0101 если первый бит синхрослова 0.
• Хвост имеет значение 1010 если последний бит синхрослова 1 и 0101 если последний бит синхрослова 0.
Подполе «хвост» может отсутствовать, если он присутствует, то в пакете обязательно будет поле Заголовок.
• Синхрослово формируется на основе значения LAP в Master или Slave ОУ. Используется для
идентификации устройства в пикосети и синхронизации кодовых последовательностей.
72 бита
Преамбула
0 2745 бит
Data
CRC
0 2721 бит
16 бит
режим ACL
b. Асинхронное соединение (режим AСL) возможно между master и всеми активными slave ОУ в
пикосети. Конкретное slave ОУ отправляет пакет master только если в предыдущем временном
интервале от master пришел пакет, в поле Адрес которого номер этого slave ОУ.
• Header – определяет номер логического канала и указатель длины поля Data;
• Data – содержит биты пользовательской информации;
• CRC – содержит контрольную сумму, вычисленную с помощью CRC-16 = х16+х12+х5+1
6

8.

2.1.3. Передача данных в стандарте IEEE 802.15.1
Состояния соединений в IEEE 802.15.1
Standby – режим ожидания
Inquiry – опрос
Connect – режим соединения
Inquiry scan – поиск опроса
Active – активное
Inquiry response – ответ на опрос
Sniff – прослушивание
Hold – пауза
Park – парковка
Page – вызов (запрос)
Page scan – поиск вызова
Slave response – ответ ведомого
устройства
Master response – ответ ведущего
устройства
Устройство А
Устройство В
standby
standby
ID-пакет с IAC
inquiry
FHS-пакет
(адрес, часы, класс устр.В)
ID-пакет с DAC
page
Master
устройство
page scan
Slave
устройство
ID-пакет с DAC
master response
slave response
(часы master, номер slave,
значение CAC)
Standby
Page
ID-пакет с DAC
Inquiry
Inquiry scan
slave response
Poll-пакет c CAC
master response
любой пакет с СAC
Slave response
Master response
Inquiry response
(обычно DM1 или Null)
connect
Active
Sniff
Connect
inquiry response
FHS-пакет
Диаграмма переходов между состояниями
Page scan
inquiry scan
Процедура
опроса
Промежуточные состояния
Процедура
вызова (пейджинга)
Основные состояния
Процесс соединения Bluetooth устройств
slave response
connect
обмен данными
Hold
Park
7

9.

2.1.4. Стек протоколов IEEE 802.15
Стеком протоколов стандарта IEEE 802.15 называется совокупность всех действующих в Blueetooth протоколов.
Протокольная архитектура стандарта IEEE 802.15
включает в себя:
Applications/Profiles
OBEX
Radio, протокол радиопередачи, описывает параметры физической
радиочастотной связи (радиоинтерфейс) между устройствами Bluetooth;
L2CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol), протокол управления
логическим каналом и адаптации, осуществляет адаптацию протоколов
высшего уровня к уровню протокола передачи в основной полосе
(Baseband), позволяя высокоуровневым протоколам передавать и
получать пакеты данных длиной до 64 килобайт при помощи Bluetooth
устройств. Протокол L2CAP определен только для режима ACL.
TCP/IP
RF comm
Audio
Baseband, протокол передачи в основной полосе, описывает процессы,
связанные с организацией и работой пикосетей;
LMP (Link Manager Protocol), протокол управления связью, описывает
параметры по настройке и конфигурации канала связи между
различными
устройствами
Bluetooth,
управляет
состояниями
подключения (active, sniff, hold, park) устройств Bluetooth в пикосети.
PPP
SDP
L2CAP
LMP
TCS
Control
1. Внутренние протоколы, которые образуют
ядро системы Bluetooth:
Baseband
Radio
Audio, протокол передачи аудио, определен только для режим SCO в формате «точка-точка» и описывает параметры интерфейса по возможности
передачи звуковых потоков с точностью в 16 бит при частоте дискретизации 48 кГц.
SDP (Service Discovery Protocol), протокол обнаружения услуги, служит для обнаружения другими Bluetooth устройствами (или приложениями
верхнего уровня) сервисов (услуг), доступных на данном устройстве Bluetooth.
Control, командный интерфейс, определяет механизм обмена между протоколами L2CAP, LMP и Baseband пакетами команд для управления
подключением Bluetooth, пакетами уведомлений о таких событиях, как установка или разрыв соединения в режимах соединения ACL и SCO
8

10.

2. Внешние протоколы, которые разработаны для других
телекоммуникационных систем, но применимы и
в системах Bluetooth:
Applications/Profiles
RF com, протокол кабельной замены, эмулирует (осуществляет
виртуализацию) последовательный порт RS-232 (COM-порт).
OBEX (Object Exchange), протокол объектного обмена, служит для
обеспечения передачи данных и файлов между оконечными
устройствами, имеющими инфракрасный порт;
PPP (Point-to-Point Protocol), Интернет протокол используемый при для
установления прямой связи и передачи IP-пакетов с верхнего уровня на
уровень локальных сетей с обеспечением аутентификации соединения,
шифрования и сжатия данных.
TCP/IP
RF comm
Audio
TCS (Telephony Control Specification), протокол контроля телефонии,
определяет передачу сигналов управления вызовами для установления
сеансов передачи речи и данных, когда устройство Bluetooth
используется мобильным телефоном.
PPP
SDP
L2CAP
LMP
TCS
Control
OBEX
Baseband
Radio
TCP/IP – набор сетевых протоколов передачи данных, используемых в информационных сетях, включая сеть Интернет. Использование TCP/IP
позволяет устройству Bluetooth осуществить связь с любым другим устройством, подключённым в сеть Интернет.
Профиль в системах Bluetooth определяет стандартные способы применения выбранных протоколов и функций протоколов, которые
обеспечивают определённую модель использования устройств, оснащенных Bluetooth модулями.
Примеры профилей Bluetooth, описывающих сценарии использования Bluetooth устройств:
• беспроводное управление и связь между мобильным телефоном и гарнитурой громкой связи (hand-free);
• беспроводная связь с устройствами ввода и вывода данных на ПК, ( «мышь», клавиатура, принтер, аудиоколонки и др.);
• беспроводная передача данных, собранных фитнес-устройствами с поддержкой Bluetooth, на телефон или ПК;
• беспроводное соединение между TV и звуковыми панелями (саундбарами).
• и.т.д.
9

11.

2002г
Ратификация
существующего
протокола WPAN
связи Bluetooth v.1
2003г
Стандартизация высокоскоростных
WPAN сетей, за счет других схем
модуляции, схем кодирования и
увеличения ширины полосы
2003-2007г
Стандартизация
WPAN сетей с
низким энергопотреблением
- Для оптической
беспроводной связи
- Скорость до 80 Гб/с
2011г
Стандартизация
WPAN сетей для
датчиков, размещаемых на
теле человека
- Для беспров-ой связи
с помощью видимого
света от светодиодов
- Скорость до 70Мб/с
WPAN LE
- Низкое энергопотр-е
- Высокая надежность
- Скорость в режиме
NB 485 кБ/с в режиме
UWB 10 Мб/с
- Описывает постро-ие
ячеистых сетей для
802.15.3 и 802.15.4
UWB
- 868/915/2400 МГц
- Низкое энергопотр-ие
- Скорость до 250 кБ/с
- Основа техн-ии ZigBee
- Диап-зон 252-325 ГГц
- Полоса 69,12 ГГц
- Скорость 100 ГГб/с
Bluetooth
- Диап-зон 3,1-10,6 ГГц
- Полоса 528 МГц
- Технология OFDM
- Скорость 55 960 Мб/с
- Модуляция: QPSK,
DQPSK, 16-QAM, 32QAM и 64-QAM
- Скорости: 11, 22, 33,
44 и 55 Мб/с
- Сосущест-е сетей
Bluetooth и Wi-Fi в
диапазоне 2,4 ГГц
- Диапазон 2,4 ГГц
- Модуляция GFSK
- Скорость 1 Мб/с
2.1.5. Особенности WPAN стандартов семейства IEEE 802.15.Х и Bluetooth v.Х
1. Особенности построения семейства стандартов IEEE 802.15.Х
WBAN
2011г
Стандартизация
WPAN сетей для
связи в диапазоне волн видимого света
2023г
Стандартизация
WPAN сетей в
оптическом
диапазоне длин
волн
10

12.

2. Особенности построения семейства стандартов Bluetooth v.Х
Протокол для беспроводной связи «точкаточка», на скорости до
1 Мб/с. Стандартизировано исп-ние 79 каналов со схемой FHSS
в диап-не 2,4 ГГц. Возможна передача либо
данных, либо голоса.
Добавлена технология EDR, скорость передачи увеличена до
2,1 Мб/с, голос и данные можно передавать одновременно
Внедрена технология
HS, которая позволила передавать данные используя Wi-Fi
частотные
каналы.
Скорость
передачи
увеличена до 24
Мб/с, что обусловило
высокое энергопотребление
Classic
HS
BLE
Включает в себя три
протокола связи:
1 Классический Bluetooth;
2 Высокоскоростной (HS)
Bluetooth;
3 Bluetooth с низким (BLE)
энергопотреблением.
Classic основан на улучшенном и доработанным
Bluetooth v.2, HS - на улучшенном и доработанным
Bluetooth v.3, а BLE – на
особом алгоритме взаимодействия
Bluetooth
устройств.
Classic
HS
BLE
Также включает в себя
три протокола связи: Classic, HS и BLE.
Основные
улучшения
произведены в HS и BLE.
Кроме
того
в
BLE
появилась возможность
определять местоположение и направление излучения взаимодействующих Bluetooth устройств.
Classic
HS
BLE
- R (>2) Мб/с
- L 100 м
Bluetooth v.6
- R 50 Мб/с
- L 240 м
Bluetooth v.5
- R 3 Мб/с
- L 240 м
Bluetooth v.4
- R 2 Мб/с
- L 100 м
Bluetooth v.3
- R 50 Мб/с
- L 240 м
Bluetooth v.2
- R 3 Мб/с
- L 240 м
Bluetooth v.1
- R 1 Мб/с
- L 50 м
2024 год
- R 24 Мб/с
- L 100 м
2016 год
- R 3 Мб/с
- L 100 м
2010 год
- R 24 Мб/с
- L 30 м
2009 год
- R 2,1 Мб/с
- L 30 м
2004 год
- R 1 Мб/с
- L 10 м
1999 год
Основные улучшения произведены в BLE. Главное
новшество – технология
BCS, которая обеспечивает
точное определение местоположения
устройств
(погрешность ±1 см), внедрена технология ISOAL,
позволяющая передавать
большие кадры данных в
меньших пакетах , а также
введен новый уровень аутентификации устройств.
11

13.

2.2 Протокол цифровой связи IrDA
2.2.1 Общие характеристики стандарта IrDA
Историческая справка
1993 год. Создан консорциум по инициативе компании Hewlett-Packard в которую вошли компании Sharp, Sony, Siemens, Motorola,
Philips, Toshiba и др. c целью разработки и стандартизации цифровой связи с использованием инфракрасного диапазона
световых волн
1994 год. Выпущена первая версия протокола IrDA v.1
Стандартом IrDA v.1.5 определено четыре режима ИК передачи данных:
IrDA-SIR (Standard Infra-Red) - поддерживает скорости передачи данных 9.6 кбит/с, 19.2 кбит/с, 38.4 кбит/с, 57.6 кбит/с и 115.2
кбит/с, т.е те, которые определены для последовательного порта RS-232 (COM-порт);
IrDA-MIR (Middle Infra-Red) - поддерживает скорости передачи данных 0.576 Мбит/с и 1.152 Мбит/с;
IrDA -FIR (Fast Infra-Red) - поддерживает скорости передачи данных 4 Мбит/с;
IrDA - VFIR (Very Fast IR) - поддерживает скорости передачи данных 16 Мбит/с
Область применения
Низкоскоростные системы – для обмена короткими сообщениями (дистанционные пульты управления);
Высокоскоростные системы – для обмена файлами между компьютерами, вывода на принтер и т. п.
!!!
Основное использование стандарта IrDA – это не передача пользовательских данных, а дистанционное
управление различной бытовой электроникой: ТВ, кондиционеры, проекторы, и т.п.
12

14.

Основные характеристики стандарта IrDA v.1.5:
r 1 (5) м
1. Диапазон длин волн – от 850 nm до 900 nm , средняя 880 nm;
2. Min. мощность излучения LED в конусе ± 300 – 40 mВт/рад ;
LED
± 300
± 150
3. Max. мощность излучения LED в конусе ± 300 – 500 mВт/рад ;
4. Мощность приема PIN диодом в конусе ± 150 – от 4 Вт/см2 до
500 mВт/см2 ;
Светодиод
(передатчик)
PIN диод
(приемник)
5. Уровень битовых ошибок (BER) – не более 10-8 при дальности ИК-связи r = 1 м;
6. Max. дальность ИК-связи – не более 5 м при односторонней связи (пульт ДУ ТВ) и не более 1 м при двухсторонней связи
(обмен файлами между компьютерами);
7. Тип (формат) ИК-связи – «точка – точка»;
8. Режим ИК-связи – полудуплексный;
9. Использумые виды цифровой модуляции (кодирования) сигнала – RZI (возврат к нулю с инверсией), 4РРМ (4-ёх позиционная
импульсная модуляция) и ННН (Hirt, Hassner, Heise – модуляция);
13

15.

При передачи данных на скоростях 9.6 кбит/с, 19.2 кбит/с,
38.4 кбит/с, 57.6 кбит/с и 115.2 кбит/с используется цифровая
кодировка RZI, при которой «0» соответствует импульсу
положительной полярности, а «1» – импульсом другой
полярности с тем отличием, что «0» передается одиночным
ИК-импульсом длительностью Tpulse
равной 3/16 от
длительности бита данных Tb, а «1» передается как отсутствие
ИК-импульса
При передачи данных на скоростях 0.576 Мбит/с и 1.152
Мбит/с также используется цифровая кодировка RZI, но с тем
отличием, что «0» передается одиночным ИК-импульсом
длительностью Tpulse равной 1/4 от длительности бита данных
Tb, а «1» передается как отсутствие ИК-импульса
При передаче данных на скорости 4 Мбит/с используется 4-х
позиционная импульсная модуляция (4РРМ) при которой 2 бита сообщения кодируются
Биты
Расположение
путем передачи одного ИК-импульса, данных ИК-импульса
00
1000
длительностью Tpulse = 250 nсек = ¼ Tb,
01
0100
размещаемого в одном из 4-х возмож10
0010
11
0001
ных временных интервалов:
Тb
Биты
данных 0
1
0 0
1
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
RZI
3Т
16 b
t
1 Т
2 b
4PPM
01
Тип цифрового
кодирования
(модуляции)
4РРМ
ННН
t
1Т
4 b
RZI – 1/4
RZI–1/4
t
t
RZI - 3/16
RZI–3/16
При передаче данных на скорости 16 Мбит/с используется
цифровое кодирование HHH в которой с помощью
специальной таблицы перехода состояний и набора
триггеров, n–группа исходных бит данных кодируются в набор
из m–ИК импульсов длительностью Tpulse = 41,7 nсек каждый
1
10
t
01
Длительность
бита данных,
Tb
104 сек
52 сек
26 сек
17,4 сек
8,68 сек
1,7 сек
868 nсек
500 nсек
41,7 nсек
00
00
11
Длительность излучаемого ИК-импульса,
Tpulse
19,5 сек
9,7 сек
4,8 сек
3,22 сек
1,6 сек
434 nсек
217 nсек
250 nсек
41,7 nсек
10
11
Cкорость передачи
данных,
Rb
9,6 кбит/с
19,2 кбит/с
38,4 кбит/с
57,6 кбит/с
115,2 кбит/с
0,576 Мбит/с
1,152 Мбит/с
4,0 Мбит/с
16,0 Мбит/с 14

16.

2.2.2. Структура пакетов и передача данных в стандарте IrDA
Состав:
Схема организации ИК канала связи
Интерфейс Input/Output, который формирует кадр
передачи для сооветсвующих режи-мов ИК передачи
данных: SIR, MIR, FIR или VFIR;
Интерфейс
Input/Output
Модулятор/
демодулятор
Блок
модулятора/демодулятора,
осуществляющего
цифровое кодирование/декодирование битов данных с
использованием одного из трех видов модуляции RZI, 4PPM
или ННН;
SIR интерфейс
(протокол RS232)
SIR кодер/
декодер
MIR интерфейс
MIR кодер/
декодер
FIR интерфейс
FIR кодер/
декодер
VFIR интерфейс
VFIR кодер/
декодер
Биты
данных
Приёмо-передающий блок, состоящий из: схемы
управления
LED,
в
которой
при
воздействии
промодулированнных битов
вырабатывается ток
соответствующего уровня, возбуждающий ИК-светодиод
(LED); PIN-диод, преобразующий импульсы света в токовые
импульсы, которые сравниваются с пороговым уровнем Uпор
для преобразования в логические уровни.
ИК
трансивер
Передатчик
Схема
управления
LED
Uпор
LED
Приемник
Пороговая
схема
PIN диод
а) Структура кадров в режиме IrDA-SIR.
Формирование ИК-импульсов в режиме IrDA-SIR
Соответствует интерфейсу RS-232:
Разъём RS-232:
Start
бит
Кадр
Start
бит
Биты
данных
Stop
бит
1 бит
8 бит
1 бит
• Start бит - стартовый бит, логический «0»;
• Биты данных – 8-мь информационных бит;
• Stop бит - стоповый бит, логическая «1».
RS-232
IrDA-SIR
0
Тb
1
1
3Т
16 b
0
Stop
бит
8 бит данных
0
1
0
0
0
1
….
….
t
t
15

17.

Кадр
б) Структура кадров в режиме IrDA-MIR.
− STA, флаг начала кадра, содержит биты 01111110, требуется иметь два STA;
− ADDR, адрес станции-получателя кадра;
− DATA, содержит байты полезных данных и/или командные/служебные байты;
− FCS, содержит контрольную сумму, вычисленную с помощью CRC-16 = х16+х12+х5+1;
− STO, окончания кадра, содержит биты 01111110.
в) Структура кадров в режиме IrDA-FIR.
PA
STA
DATA
FCS
STO
2045 байт
16 бит
8 бит
STA ADDR
8 бит 8 бит 8 бит
Кадр
STA
IrLAP frame
− PA, преамбула, синхробиты 1000 0000 1010 1000;
var бит
16 бит 32 бит
− STA, флаг начала кадра, биты 0000 1100 0000 1100 0110 0000 0110 0000;
DATA
Addr Cntr
− IrLAP frame, содержит:
− Addr, адрес станции-получателя кадра;
var: 8 M бит
8 бит 8 бит
− Cntr, определяет функцию передаваемого кадра;
− DATA, кратно 8 битам, содержит полезные данные и/или информационные сообщения.
− FCS, содержит контрольную сумму, вычисленную с помощью CRC-32 = х32+х26+х23+ х22+ х16+х12+ х11+х10+ х8+х7+х5+х4+х2+1;
− STO, флаг окончания кадра, содержит биты 0000 1100 0000 1100 0000 0110 0000 0110.
FCS
STO
32 бит
32 бит
STO
NULL
Кадр
г) Структура кадров в режиме IrDA-VFIR.
PA
STA
IrLAP frame
− PA, преамбула, для синхронизации кадра, содержит
var бит
10 24 бит 48 бит
10 24 сихробит: 100 010 010 001 001 001 000 100;
− STA, флаг начала кадра, содержит биты:
Addr Cntr
DATA
100 101 010 100 100 010 000 001 001 010 101 001 000 001 010 000;
var: 8 M бит
8 бит 8 бит
− IrLAP frame, содержание поля аналогично рассмотренному в режиме IrDA-FIR;
− поле FCS, содержание поля аналогично рассмотренному в режиме IrDA-FIR;
− поле FB, байт очистки, обозначает конец основного блока и содержит 8 логических «0»;
− STO, флаг окончания кадра, содержит биты 001 001 010 101 001 000 100 000 100 101 010 100 100 000 100 000;
− NULL, обозначает завершения приёма кадра, содержит 24 логических «0».
FCS
FB
32 бит 8 бит
48 бит
24 бит
16

18.

Этапы процедуры обмена данными в протоколе IrDA
Обнаружение
Соединение
Передача
информации
Разъединение
1.Обнаружение. Станция-инициатор прослушивает канал не менее 500 мс, чтобы убедиться в отсутствии трафика. После
этого инициатор запускает процедуру обнаружения, рассылая командный кадр обнаружения со своей
идентификационной информацией (ID) предопределенное количество раз и прослушивает канал в
интервалах между слотами. Станция-получатель случайным образом выбирает слот и посылает в ответ
свой ID.
2.Соединение. Станция-инициатор устанавливает соединение, направляя станции-получателю максимальные значения
параметров связи (например, скорости передачи, объема данных, размера окна связи),
поддерживаемые обоими взаимодействующими устройствами. При установлении соединения
каждому из устройств назначается 32-битный адрес, вырабатываемый ими случайным образом.
Каждому кадру в пределах соединения станция-инициатор при старте присваивает 8-битный адрес
соединения. После подтверждения от станции-получателя обе станции переключаются на
согласованные значения параметров связи.
3.Передача информации. Станции обмениваются информацией, кроме пакетов с пользовательскими данными, в
обмене участвуют командные кадры и специальные кадры, служащие для управления потоком и
коррекции ошибок.
4.Разъединение. Обе станции могут разъединить соединение, используя механизмы тайм-аута для выявления
нарушенного или прерванного соединения. После разъединения значения всех параметров связи на
устройствах восстанавливаются до своих исходных значений.
Недостатки устройств связи на основе протокола IrDA:
Усложнение сборки корпусов устройств, в которых монтируется ИК-прозрачное окно
Ограниченная дальность действия и требования прямой видимости пары приемник-передатчик
Относительно низкая скорость передачи данных первых реализаций стандарта.
17