본 논문에서는 블루투스 표준 1.0b를 기반으로 이동전화, 노트북, PDA 등 각종 이동 가능한 장치들을 무선으로 연결시켜주는 근거리 무선통신용 블루투스의 기저 대역 시스템을 설계하였다. 즉, 기저 대역 시스템의 각 기능블록인 패킷생성 블록, HEC와 CRC 기능블록, Whitening/Dewhitening 기능블록, FEC 기능블록, 입출력 블록(TX, RX 루틴), 클럭 생성 기능블록, 주파수 선별 기능블록, 그리고, 패킷 제어 블록 및 전체 데이터 처리절차를 Verilog HDL 코드로 설계하였으며, Model Sim 툴을 이용하여 기능을 검증하였다.
본 논문에서는 블루투스 표준 1.0b를 기반으로 이동전화, 노트북, PDA 등 각종 이동 가능한 장치들을 무선으로 연결시켜주는 근거리 무선통신용 블루투스의 기저 대역 시스템을 설계하였다. 즉, 기저 대역 시스템의 각 기능블록인 패킷생성 블록, HEC와 CRC 기능블록, Whitening/Dewhitening 기능블록, FEC 기능블록, 입출력 블록(TX, RX 루틴), 클럭 생성 기능블록, 주파수 선별 기능블록, 그리고, 패킷 제어 블록 및 전체 데이터 처리절차를 Verilog HDL 코드로 설계하였으며, Model Sim 툴을 이용하여 기능을 검증하였다.
In this paper, it is designed and verified the baseband system that performs various protocol functions of specification of the Bluetooth system. In order to verify the developed circuits, various baseband functions are tested by using the ModelSim simulator. The developed circuits operate at 4MHz...
In this paper, it is designed and verified the baseband system that performs various protocol functions of specification of the Bluetooth system. In order to verify the developed circuits, various baseband functions are tested by using the ModelSim simulator. The developed circuits operate at 4MHz main clock. Test suite includes hap selection function, generation of the sync word, error correction(1/3 rate FEC, 2/3 rate FEC), HEC generation/checking, CRC generation/checking, data whitening/dewhitening and packet trans/reception procedure. etc. As a result of the simulation, it is verified that the developed baseband system conform to the specification of the Bluetooth system.
In this paper, it is designed and verified the baseband system that performs various protocol functions of specification of the Bluetooth system. In order to verify the developed circuits, various baseband functions are tested by using the ModelSim simulator. The developed circuits operate at 4MHz main clock. Test suite includes hap selection function, generation of the sync word, error correction(1/3 rate FEC, 2/3 rate FEC), HEC generation/checking, CRC generation/checking, data whitening/dewhitening and packet trans/reception procedure. etc. As a result of the simulation, it is verified that the developed baseband system conform to the specification of the Bluetooth system.
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문제 정의
블루투스에서는 어플리케이션을 프로파일이라고 하며 따로 정의되어있다. 본 논문에서는 블루투스의 기저대역 계층에 대해서 기술하였다. 그림 5는 기저대역 시스템의 전체적인 구조를 나타내었다.
가설 설정
. 암호화/복호화 기능블록은 페이로드를 암호화하여 보호할 수 있고, 접근코드와 헤더는 암호화되지 않는다.
제안 방법
본 연구는 원칩화된 블루투스 시스템의 FPGA 구현을 위한 첫 단계로서 블루투스 시스템의 표준규 격을 분석하고, 블루투스 프로토콜의 기저대역 시스템을 설계하여 이를 Verilog HDL 언어로 기술하여 ModelSim 툴을 이용한 시뮬레이션으로 각 기능블록 의 동작을 검증하였다. 기저대 역 시스템의 중요 기능 블록은 크게 클럭 생성 기능블록, 주파수 선별 기능 블록, 패킷 제어 블록, HEC와 CRC 생성 기능, 그리고 송신 및 수신을 위한 Whitening/Dewhitening 기능 블록 등으로 구성되며 이들 각 기능블록을 설계 및 검증하였다. 전체 기저대역 시스템의 패킷 전송과정 을 검증하기 위해 우선 HEC, CRC, Whitening 등의 세부 기능블록에 대한 기능 검증을 거친 후 전체 시스템에 대한 시뮬레이션을 수행하였다.
그러나 국내에서는 아직 블루투스 칩 의 개발이 미비 한 상태이며 해외 선진기업에 의존하고 있는 실정이다. 본 연구는 원칩화된 블루투스 시스템의 FPGA 구현을 위한 첫 단계로서 블루투스 시스템의 표준규 격을 분석하고, 블루투스 프로토콜의 기저대역 시스템을 설계하여 이를 Verilog HDL 언어로 기술하여 ModelSim 툴을 이용한 시뮬레이션으로 각 기능블록 의 동작을 검증하였다. 기저대 역 시스템의 중요 기능 블록은 크게 클럭 생성 기능블록, 주파수 선별 기능 블록, 패킷 제어 블록, HEC와 CRC 생성 기능, 그리고 송신 및 수신을 위한 Whitening/Dewhitening 기능 블록 등으로 구성되며 이들 각 기능블록을 설계 및 검증하였다.
설계한 블루투스 시스템의 블록들은 Verilog HDL 로 코딩하였으며, ModelSim 툴을 사용하여 시뮬레이션 및 검증을 수행하였고, 설계한 블루투스 기저대역 시스템의 시뮬레이션 동작주파수는 5GHz 를 기본주파수로 사용하였으며, 또한 기본 동작주파수를9.76MHz와 4.88MHz로 분주하여 사용하였다. 시뮬레이션을 통해 검증된 대표적인 주요 기능에 대해 설명하겠다.
이러한 연결절차가 수행된 후 블루투스 장치간의 네트워크를 구성한다. 블루투스의 네트워크인 피코넷은 2개 이상의 기기가 동일한 채널을 공유하는 블루투스 시스템의 최소 연결상태이며 주파수 호핑 패턴 생성을 관리하는 1개의 마스터에 최대 7개의 활성화된 슬레이브 장치가 연결될 수 있고, 더 많은 슬레이브가 파크된 상태로 마스터와 연결될 수도 있다.
기저대 역 시스템의 중요 기능 블록은 크게 클럭 생성 기능블록, 주파수 선별 기능 블록, 패킷 제어 블록, HEC와 CRC 생성 기능, 그리고 송신 및 수신을 위한 Whitening/Dewhitening 기능 블록 등으로 구성되며 이들 각 기능블록을 설계 및 검증하였다. 전체 기저대역 시스템의 패킷 전송과정 을 검증하기 위해 우선 HEC, CRC, Whitening 등의 세부 기능블록에 대한 기능 검증을 거친 후 전체 시스템에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 설계된 기저 대역시스템의 기능블록을 검증하기 위해 5GHz의 메인 동작주파수를 사용하여 시뮬레이션 하였으며, 검증 결과 모든 동작이 정상적으로 동작함을 확인할 수 있었다.
66GHz 속도로 FIFO에 읽기쓰기 절차를 수행하여 처리하게 된다. 전체 송수신 절차에 대 한 시뮬레이션은 두 개의 블루투스 모듈을 마스터와 슬레이브로 맞물려놓고, 마스터 에 서 HEC와 CRC를 거쳐 전송한 패킷과 슬레이브에서 수신한 패킷을 비교하여 올바른 송수신이 이루어짐을 확인하는 방식으로 수행하였다.
데이터처리
패킷의 전송은 보통 한 슬롯을 사용하지만 경우에 따라 3개 혹은 5개의 슬롯까지 확장 사용이 가능하며, 단일 네트워크인 피코넷에서 최대 8개의 기기가 연결될 수 있으며 독립적인 피코넷이 모여 스캐터넷을 이룰 수 있다. 이러한 기능을 갖는 블루투스 기저대역 시스템의 패킷생성 및 검증을 시뮬레이션 을 통하여 검증하였다.
이론/모형
9 Kb/s의 대칭 연결을 지원한다. 채널은 풀 듀플렉스 (full duplex) 전송을 하기 위하여 TDD(Time-Di- vision Duplex) 방식을 사용하고, 슬롯 간격은 625侬 이다. 패킷의 전송은 보통 한 슬롯을 사용하지만 경우에 따라 3개 혹은 5개의 슬롯까지 확장 사용이 가능하며, 단일 네트워크인 피코넷에서 최대 8개의 기기가 연결될 수 있으며 독립적인 피코넷이 모여 스캐터넷을 이룰 수 있다.
성능/효과
전체 기저대역 시스템의 패킷 전송과정 을 검증하기 위해 우선 HEC, CRC, Whitening 등의 세부 기능블록에 대한 기능 검증을 거친 후 전체 시스템에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 설계된 기저 대역시스템의 기능블록을 검증하기 위해 5GHz의 메인 동작주파수를 사용하여 시뮬레이션 하였으며, 검증 결과 모든 동작이 정상적으로 동작함을 확인할 수 있었다.
후속연구
향후 본 논문에서 구현되지 않은 암호화 기능블록과 CVSD 기능 블록의 연구를 하고 좀 더 나아가 FPGA 칩을 구현하기 위한 연구가 진행되어야 할 것이다.
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