红外传输的应用及系统间干扰的防护或控制的指南

红外传输的应用及系统间干扰的防护或控制的指南

国家标准 GB/T16609-1996 红外传输的应用及系统间干扰 的防护或控制的指南 Guidetousesofinfra-redtransmissionandthe preventionorcontrolofinterference betweensystems 1996-11-12发布 1997-10-01实施 发布 国家技术监督局国家标准
GB/T16609一1996 目 次 前言 范围 红外传输 2 2.1利用红外辐射作为传输媒体 2.2红外传输的优点 2.3红外传输的局限性 红外传输系统 应用 遥控 4.1 4.2音频传输 4.3数据传输 干扰 S 5.1日光(阳光)干扰 5.2人造光源辐射干扰 5.3同时使用一个以上红外系统引起的干扰 干扰的防护与抑制 6.1 概述 1c 6.2照明光源 6.3传输系统 6.4滤光器 12 6.5 协调 12
GB/T166091996 前 言 本标准参考国际电工委员会标准IEC1l47:1993《技术报告红外传输应用及系统间干扰的防护 与控制》并结合我国国情制定,其内容包括红外传输系统及应用、干扰源、干扰的防护与抑制措施 它的 指导性强,具有实用价值,有利于我国国际贸易和技术经济交流,并将促进我国红外传输系统的科研、生 产和应用的发展 本标准由电子工业部提出 本标准由全国电声学和视听设备标准化技术委员会归口 本标准起草单位;电子工业部电视电声研究所 本标准主要起草人;朱常禄、郑语涤、余佳媛
国家标准 红外传输的应用及系统间干扰 的防护或控制的指南 GB/T1660g-1996 Guidetousesofinfra-redtransmissionandthe preventionorcontrolofinterference betweensystems 范围 本标准提出建议,防止来自主要的或不希望的红外源的干扰,以保证预期的传输不受干扰 本标准适用于利用红外辐射作为传输媒体的遥控,音频传输及数据传输 以下内容不在本文考虑之内: -安全要求 光纤通信; 报警系统 红外遥测 交通信息系统 红外传输 2.1利用红外辐射作为传输媒体 传精媒体是会聚的相/或漫射的红外辐射,其波长约为880nmm.s70am租950nm 通常使用的发射/牺射元件为弹化镶或神化嫁银发光二极管 通常使用的接收/检测元件为带有日光谴光片的硅光电二极管,通常将其装入带聚光镜的塑料取 内 2.2红外传输的优点 这种嫩体的优点归纳如下 -不使用射频段的电磁辅射,因此易于得到或不需要有关管理部门的许可 有相对宽的可用传输频带,例如高质量多路音频传输 -红外辐射能被限制在所使用的房间内 红外辐射类似于光,只要光不能从-个房间传到其他房 间,那么就能在邻近的其他房同内使用完全相同的系统 与其他传输媒体例如射电(无线电)或磁感应相比较,监听是困难的; 系统对外部的电磁干扰不敏感 -可设计成低功耗的设备(如遥控发射机) 2.3红外传输的局限性 该媒体具有下述缺点: 红外辑射是以直线传播的,可供使用的绕射很少,因此在下列情况,按收不到信号和收到劣化倍号 一暂射器或按收器间的视线路色被破坏或阻断,例如在接收二般管被盖上或遮住时 国家技术监督局1996-11-12批准 1997-10-01实施
GB/T1660g一1996 接收传感器受到在红外段具有相当能量的外部光(阳光、人造光源等)的干扰时(类似于同频载 波引起的射频干扰); 在同一房间内,同时使用可能引起相互干扰的红外系统 注;红外辐射类似于可见光,在光滑的表面上会产生很强的反射 红外传输系统 现有红外传输系统的主要调制特性(见表1). 表1红外传输的调制特性 主要调制特性 系统应用 方式 频率范围 双相 450kHzI500kHa 遥控 33kHz40kHz及100kHz 脉距 调频 音频传输 55kHH~1 000kHz 0MHz~1MHz 脉冲调制 脉冲重复率(谐波达几兆赫》 数据传输 3MHz 脉距 注:推荐33kHz40kHz为家用,预计可达200kHz 应用 遥控 41.1应用 -音频,视频设备" 家用设备; -照明控制 4.1.2系统及特性 目前,存在许多遥控系统,它们采用不同的调制技术 每个系统都有自己的调制频率范围及相应的 谐波,因此具有不同的颜谱 例如 双相调制系统(见图1),载波额率;36kHz,l4bit,山=0.888ms,h=1.777 ms
GB/T1660g-1996 -20 40 60 -8G -10o 180 20 80 120 160 200 100o 频率;kH a)颗谐 波形 b 图1双相调制系统频谱 脉距调制系统(见图2),赖率为5kH,10kH及100kHz,10bit,A=20s,h一0.1ms,4= b 0.2ms
GB/T16609一1996 -20 --40 -60 -80 一10o 20 80 100 120 160 180 200 频率;kH (a频谱 b波形 图2脉距调制系统频谱 选择适当的译码算法,每个系统只对本身特有的编码信号进行译码,它既不会影响其他系统,也不 会在同时使用一个以上的码时发生错译 最初所用的红外二极管波长为940um士25nm,这些二极管可有效地传输高达450kH的调制躺 率 后来波长为860nm士25nm的红外二极管投入使用 目前又有830nm士20nm波长的红外二极管 投入使用(见图3) 有些二极管允许传输高达10MH的载被赖率 因此建议遥控系统的第二个调制颗段采用:450kHHz1500kFHz
GB/T16609一1996 100% 50% 1000 1100 700 800 900 波长,nm 硅P--n接收二极管 ----呻化嫁红外发射二极管 铝神嫁红外发射二极管 图3三种类型红外二极管光谱响应 4.1.3性能 4.1.3.1干扰灵敏度级 干扰灵敏度级可通过图4和图5中的曲线来确定 图4表示;在用于遥控接收器工作的两个颗段内,典型的灵敏度衰减(dB)与调制频率(kH2)的关系 曲线 图5给出最大允许干扰辐照度E与波长的关系曲线 其中E是对特定灵敏度接收器上的接收二极 管面言的《假定干拨棚照度是被接收器按收波段内的频率所调制)对于接收器和选用的二极管,利用图 4和图5曲线,可计算出干扰源与接收器间的最小距离D. 例如;对一个可被33kH一40kH波段调制的740nm红外干扰源,从图5查得E小于或等于100 w/rm' 对调制频率为29.3kHz,波长为740mm的光源,则查图4 因在此频率接收器灵敏度下降1dB 所以允许干扰辐照度高出11dB,即允许E值增大到1.26mw/m' 对给定的调制颜率和干扰光源牺射强度1已知时,干扰源与接收器间的允许最小距离D由下面公 式计算 D二/TE 对更高的频段,算法相同
GB/T16609一1996 -10 -20 -30 56789 56789 56789 10 102 10 10' 调制频率,kH 图4典型红外遥控接收器响应特性 4.1.3.2干扰的测量方法 测量干扰源时,在大多数情况下发现干扰源发射若干个携带干扰频率的窄带红外辅射(谱线).要并 清具体哪些波长在干扰逼挖僧号的接收,必需使用一台单色仪相一台逻辑分析仪. 图6给出一个浏量电路,波长为90nm时的灵教度为7.5nmvm/w,最高调制频率为5MH 一3dB) 使用上述电路可以测得牺射强度1,将测得的1值结合图4和图5,便可求出距离D,D是干扰源距 离的极限值 如果保持干扰源的距离大于所求得的最小D值,则不会产生干扰 音赖传输 4.2 下面是现有传输设备的应用、特性及典型性能数据 42.1应用 家用高保真音乐及电视伴音无线耳机， 剧院辅助通信设备和返送僧号 演播室录音重放; 聋校用辅助通信设备 会议同声传译(带或不带讨论》 博物馆,展览馆及会议的多路信息系统; 盲人用声音信息设备 42.2宽带系统(DBs7
cB/T16609 1996 1600 800 40o 20o 10o 50 700 900 00 1000 1100 波长,nm 图5最大允许干扰辐射照度/波长关系曲线 220Q 20v 正 BPW50 1ka oeF 33n BF494 BF245B 1AF lkQ 50a 1kn 180a 灵敏度;7.5mvm'/w(波长940nmy 带宽(3dB),3.2kHz5MHz 图测量电路
GB/T1660g-1996 4.2.2.1用于单声道声传输的单信道 调制;副载波对红外辐射进行调幅,音颗信号对副载波调频 副载波中心频率:95kHz; 频偏:士50kHz 4.2.2.2用于声传输(例如;立体声)的双信道 调制:与4.2.2.1相同; 副载波中心频率;左声道95kHz,右声道250kHz; 频偏:士50kHz 4.2.3多信道窄带系统(MNS) 主要用于会议系统 4.2.3.1频分复用(FDM)系统 调制AM或FM,与4.2.2.1相同; 副载波中心频率55kHz~775kIHHz,赖道间隔40kIHlz 频偏:士7kHz -单工信号传输;最大容量16路信道,最大音赖带宽为10kHa -双工僧号传输2路数据侍道及最多16路话音信道.每路双向最大音舞带宽为10kt 4.2.3.2时分复用(TDM)系统 调制;时分复用中的脉冲位置调制(PPM/TDM),具有固定的或可变的取样周期 -巾工僧号传输,如翻译系统，最大音飘带宽为7比的9信道(系拢)或最大音寡带宽为4kt 的15信道(系统) -双工信号传输,如讨论系统 最大音频带宽为8kHa的两路话音信道加一路单方向数据信道 以及最大音频带宽为4kHz的12路话音信道加一路相反方向数据信道 注;对信息系统可用具有6路交错信道的脉幅调制(PAM/TDM 4.2.4技术数据(典型值 4.2.4.1宽带系统单声道(BBS) 音频传输范围:(40一90)Hz到(12~15)kHz; 信噪比50dB70dB(A计权,有效); 总谐波失真;0.5%3%; 预加重50s 4.2.4.2宽带系统双声道(BBSs) 音频传输带宽:20H20kHz; 信噪比;70dB90dB(A计权,有效值); 总谐波失真:0.5%一3%; 预加重50s 4.2.4.3多信道窄带调幅/调频(MNS-AM/FM)系统 红外载波;已调副载频频率范围:35kHz~795kHz; 连续红外功率;每只二极管达30mw(使用的辐射器最多带1024只二极管); 音频带宽(一3dB.各信道):50Hz~10kHHz; 信噪比:40dB65dB(A计权,有效值); 总谐波失真:1%3%; 预加重;100s 4.2.4.4脉位调制/时分复用(PPM/TDM)系统 红外载波.取样周期,每个脉冲宽度约为300ns,在一个周期内形成个脉冲串,两个同步脉冲之间
GB/T1660g-1996 为-个周期; 单工系统- 约30s92s(取决于信道数); 双工系统约116s; 脉冲功率;每只二极管约70mw~250mw(辐射器装有12、18或30只二极管)1 音频带宽:125Hz~4kHz、7kHz或8kHz(取决于系统和信道数) 信噪比(土3dB,各信道)50dB60dB,取决于红外辐射器的距离以及干扰光的强度(A计权,有 效值); 总谐波失真;0.3%~1%; 预加重:150!s 43数据传输 4.3.1应用 通过上、下行信道,局部双向(全双工)传输的无线通信系统可进行互接 例如: -工作站与它的外设(打印机、键盘、绘图机等)之间; -同一房间内的几个工作站之间; -许多终端机与主机或与连接到本地网(LAN)的公共配线板之间 目的是接收有足够高信噪比的高速数据,以保证不超出规定的最大允许传输误差 4.3.2现有的或实验的设备 4.3.2.1基带CM,125kd和1M曼切斯特(双相)编码传输 这类传输在对付环境光快速起伏方面是有缺陷的,在有炭光灯的场合还可能受干扰,而对载波进行 调制的方法已被证明是更为有效的 43.2.2脉冲调制方式,如对载频高于100kH的脉位调制,目的是获得若干个独立的红外信道租与 荧光灯发射的高次电源谐波频率的隔离 4.3.3性能 对于散射传播的有效传输范围约为10m×10m,对直线视距传输可达50m 由于多径传播,典型 红外传输信道具有一个极限带宽,该带宽取决于房间环境 信道下限调制频率大于250kHz(以避免荧 光灯产生的高频干扰);上限频率对散射传播约为10MHz,对视距分量极强的传输为50MHz 要求数 据率为1Mx或更高,但可能因环境日光产生的背景噪声而降低 经济可行性在很大程度上决定于能 香得到有效的高速相低价格的发光二极管《受发光二极管调制性能限制,目前最高传输速率约为10 MBd) 如果借助窄带红外按收器,有可能减少日光干扰 干扰 5.1日光(阳光>干扰 外部光在红外波段内仍具有能量,并且日光强度在阴暗及充满阳光之间会发生变化 在有阳光的房间内,尽管红外系统的性能有可能降低,但多数系统的使用微果令人满意 应避免阳光直射到接收二极管表面 干扰程度取决于 a系统的类型与布局 b)从发针机制射器接收到的红外幅射强度与日光的红外福射强度(在接收二股管处测得)之比 5.2人造光源辐射干扰 5.2.1概述 通常所研制的照明灯是锯射可见光的 由于光谱的连续性,几乎每盏灯都辑射紫外GB/T166091996 5.2.2白炽灯 白炽灯产生大量红外辐射 然而白炽灯的工作电源通常是50Hz/60H2z,因此对红外传输没有干 扰 暗淡的白炽灯不会产生有害干扰 只要白炽灯的照度不超过1000lx，红外产生辐射通常不需要采 取特殊措施,原因是传输系统不可能有干扰 在使用(低电压)高频卤素灯的情况下,由于灯丝的热容量很大,以致灯丝发射的红外线辐射几乎不 被供电电源所调制 5.2.3管型荧光灯 使用荧光灯是为了辐射可见光,但它也产生紫外和红外辐射 与白炽灯的连续光谱相反,荧光灯光 谐含有离散的辐射谱线,其中一条为1014nm汞的谱线,是由工作频率及其谐波调制的 这种辐射可能与红外传输系统的辐射相一致,会影响该设备,这取决于荧光灯的工作模式和频率 如果荧光灯的电源颗率是红外传输副载颗的二分之一,则很可能产生干扰 电源颗率的谐波成分也会干 扰红外传输系统 如果荧光灯的工作频率等于红外传输副载频,则只有当红外接收器在荧光灯电极附近时,才可能形 成干扰 本标准的第6章中提出了防止或至少是减少这种干扰的办法 注:采用高频荧光灯的原因是其光性能比采用50Hz/60Hz工频电源时好例如可增加到20%) 为避免可听干扰 荧光灯工作频率的低端应限制在20kHz,上限频率由无线电干扰要求确定(对直管型荧光灯为150kHz) 5.2.4高压气体放电灯 高压气体放电灯具有离散的线谐,也有一些谱线可能落在红外波段 然而等离子体的惯性使高频电 源电压的波纹只产生很小的辐射调制 因为照度达1000x时也未必产生千扰,所以一般不必采取防护措施 5.3同时使用一个以上红外系统引起的干扰 下面的调查情况表列出了所有不同的干扰,这些干扰都来自同时使用两种红外应用光源 表2概要说明了干扰可能造成的影响,有关方面的详尽内容参照有关条 表2红外光源与系统间的干扰 遥控 音频传输 数据传输 梦 见4.1和6.3.1 见4.2和6.3.2 见4.3和6.3.3) 没同题 干扰/可接受的干扰(中度需注意将来的系统 遥控 不同系统的调制与解码不同 在接收信号中,长和短的中 -家用 见4.1和6.3.1 见3.1和4.1 断 办公室用 音频传输 连续调制:没问题 取决于调制和频率的选择 取决于调制和频率的选择 见 脉冲调制,可能会有间题 4.2和6.3.2 见6.3.2) 数据传输 设备可能失效 对不同的调制和频率范围有非同步系统和不适当的编码 见4.3和6.3.3(数据扰乱了遥控码 不同程度的干扰 时会失效 日光;通常无干扰;射频人造 照明光源 没间题 2 光源;不定的影响(见6.l ,6. 对适当的频率及编码没问题 见6.2) 对于适当的编码和传输速率 和6.4 干扰的肪护与抑制 概述 有两种基本情况可能对所用的红外传输产生干扰 10
GB/T16609一1996 在红外传输系统所使用的频段内具有辐射分量的所有自然照明光源(例如阳光)和人造光源 例如5.2中提到的照明灯)都可能造成干扰 -在同一房间内同时工作的两个或更多个红外传输系统间的相互干扰 光源 阳光引起的干扰大体上可以通过将其强度降低和把红外信号增加到一定程度来加以消除 6.2和 6.3中提出了防止人造光源干扰的建议 传输系统 防止现有系统间的干扰的唯一办法是避免同时使用相互干扰的设备 6.2照明光源 由于白炽灯及高压气体放电灯对红外传输没有干扰,故不必对其采取措施 对直管型荧光灯,建议 采用下述一般措施 -消除1014nm汞的谱线 -种实际可行的、经济的消除方法待定 荧光灯工作频率的限制: 在今后设计荧光灯的高频工作装置时,建议将工作频率限制在20kHz50kHz 注，可设想将上限频率定为100kH -安全措施 当高频荧光灯和红外传输系统安装在同一房间时,接收器不应放在荧光灯电极附近,以避免其工作 基频的干扰， -抑制辐射光调制 抑制干扰源辐射调制的电子方法待定 一种特殊措施见6.3.2. 6.3传输系统 6.3.1遥控 推荐遥控中的数字信号使用对其他红外源不敏感的适当编码 推荐将来的调制频率为450kHz1500kHz 推荐33kHz一40kHa作为家用 6.3.2音颜传输(颜分复用/付时分复用 传输所用波长应为800nm~1000nm,建议尽可能幕近可见光,以尽量避免1o4nm线(<仅 在能够提供适宜的低通滤波器时是可行的); 宽带遥控设备可能会干扰会议系统 交替通断每一路调制用副载额,有可能使在同一房间内因其他红外系统引起的干扰减至最小 -对今后的频率调制会议设备及系统,推荐使用s0kHt~IMH或更高糊率,以备将来增加斯 言信道的数量; 对音频信道的需求不断增长,高端载频已达775kH,低端载频依次为55kH、95kHa、 135kH等 今后的系统应避免使用最低的五个信道,即从255kH开始使用,为容纳足够的音频信道， 上限频率至少要扩展到995kHa 双信道宽带音赖(系统>将目前的载频95kH和250ktH移至更高的频段(新标准在考虑 中),将使带有红外辑射的灯以及工作频韦为40kH的逼控设备的工作状态得到改善.由于局部赖段重 叠,偶尔仍会发生某种干扰 采用脉冲调制时分复用系统的主要目标是获得良好的传输特性,即以相对低的连续辐射功率 得到好的信号质量和牺射范围,这正是使用脉冲类信号的结果.然而,这种系统需占较宽的连续频谱,因 此必须考速象高灾光打或其他红外系统等外都先源的干找 6.3.3数据传输 l1l
GB/1660g一1996 带电子镇流器的荧光灯也可能会破坏高频数据链 用1Mbitu/s曼切斯特(<双相)编码数据链试验 结果50H照明灯的干扰是可以忽略的,但高颜灯会产生某些干扰 -个红外信道及不同副载频的双向数据传输系统,与用各自的红外信道和副载频的会议系统相 用一 比,在分离度方面前者不如后者有效,这是因为信号电平变化范围极大,且现有技术水平的发光二极管 的有用带宽非常有限 采用不同红外的波长或采用时分复用时,系统隔离更为有效 6.4滤光器 采用下述措施可以防止荧光灯对传输系统的干扰: -在接收器的红外传感器前面放一个高斜率截止的低通滤光器,它能有效地吸收1014nm辐射 谱线而不会明显地减弱低于此波长的被接收的辐射 注;某种简单的吸收1014nm辐射的窄带滤光器,如四分之一波长滤光器,由于其衰减/入射角特性极差而不能使 用 -使用上截止波长为800mm,下截止波长为900nm的滤光器,使其仅覆盖将来的二极管所发射 光谱的波长范围.为此必须使用两只按收二极管，一只配接上截止滤光器,另一只配接下截止滤光器.通 过两只管子的电连接,得到表示两个滤光器光谱响应之差的信号.这恰好与传输系统中红外辐射光谱分 布一致,因此减弱或消除了1o14nm线的干扰 典型的滤光器及其选择性曲线和电路如图7所示 s( r() 0 0.8 1-X染色 2=Y染色 3一红外发射器 0.6 f0.6 4=信号D D=cSs()×T()-s()×T(a))d入 / 灯 信号D 0.2 700 900 1100 1200 1300 800 1000 波长,nm 图？红外发射器频谐s(),两种不同染色传输光请r.() 以及两个反接二极管信号差的光谱响应D(a; 6.5协调 在所包括的几种系统的项目中(如照明、会议、遥控等),对其所有设备进行细致协调是必不可少的 12