In the Bluetooth specification version 1.0, one specific frequency in one piconet was created depending upon the device clock and the Bluetooth native address at one specific time slot in the frequency hopping method. The basic hopping pattern was arranging the 79 ISM frequency band in pseudo-random fashion. Possible problem is the chance of collision of ownership of one specific frequency by more than 2 wireless devices when they are within the communication-active range. In this paper, we propose the adaptive frequency hopping method in order to resolve the possible problem so that more than 2 wireless devices communicates with their own client devices without being interfered. The proposed method was implemented with HDL later to be synthesized with an automatic EDA synthesizer and verified as well. The implemented adaptive frequency hopping circuit operated normally at 24MHz which will be the target clock frequency of the target Bluetooth device.
As of today, Frequency Hopping techniques are widely used for over-channel interference and anti-jamming communication systems. In this paper, analysis the performance of robustness on the focus of some general jamming channel. In FH/SS systems, usually SFH(Slow Frequency Hopping) and FFH(Fast Frequency Hopping) are took up on many special communication systems, the SFH, FFH are also combined with a channel diversity algorithm likes NED(Normalized Envelop Detection), EGC(Equal Gain Combines) and Clipped Combines to overcome jammer's attack. This paper propose Adaptive-NED and shows A-NED will be worked well than the others in the some general jamming environments.
기존의 블루투스 버전 1.0에서의 주파수 호핑방식은 하나의 피코넷에서 특정한 주파수를 사용하여, 디바이스의 클럭과 주소의 특정한 영역의 정보를 참조하여 결정되는 알고리즘을 가지고 있었다. 기본적인 호핑 패턴은 ISM 밴드의 79개의 주파수를 pseudo-random 방식으로 나열하는 것이었다. 이때 발생하는 문제점은 주위에 같은 호핑 주파수를 사용하는 다른 무선 디바이스가 있는 경우 하나의 주주파수 호핑(adaptive frequency hopping) 방식은 이러한 문제점을 해결하여 두 가지 이상의 무선 디바이스가 공존하여 채널을 사용할 수 있도록 한다. 제안된 방식은 HDL로 구현되어 자동합성되었으며, 자동 레이아웃 되어 검증되었다. 제안된 방식은 구현의 주체가 될 블루투스 디바이스 주파수인 24MHz에서 정상적으로 동작하였다.
본 논문은 블루투스와 다른 장치를 연결하였을 때 블루투스와의 간섭 현상에 대한 해결 방안을 제시한다. 랜덤 주파수 도약 기법은 무선랜 간섭을 고려하지 않고 블루투스 전체 채널을 이용하여 도약 패턴을 생성하는 기법이다. 제안된 적응적 주파수 도약 기법은 블루투스의 주기적인 캐리어 센싱을 통해 무선랜 간섭을 고려하여 블루투스 채널의 도약 패턴을 생성하는 기법이다. 모의실험을 통해 무선랜 간섭이 혼잡한 상황에서도 블루투스 캐리어 센싱 간격이 줄어들수록 적응적 주파수 도약 기법을 사용하면 패킷 오류율이 감소되는 것을 확인하였다. 특히 주파수 도약 기법은 적응적 주파수 도약 기법 대비 평균 패킷 오류율은 약 13%의 성능 향상이 있었다.
In bluetooth system, there are two kinds of interference. One is the frequency static interference, for example 802.11 direct sequence, the interferer uses fixed frequency band. Another is frequency dynamic interference, for example other piconets or 802.11 frequency hopping, the interferer uses dynamic frequency channel and cant be estimated. In this paper we introduce a novel solution of hybrid method of Listen-Before-Talk (LBT) and Adaptive Frequency Hopping (AFH) to address the coexistence of bluetooth and Direct Sequence of wireless local area network (WLAN). Before any bluetooth packet transmission, in the turn around time of the current slot, both the sender and receiver sense the channel whether there is any transmission going on or not. If the channel is busy, packet transmission is withdrawn until another chance. This is the LBT in Bluetooth. Because of asymmetry sense ability of WLAN and bluetooth, AFH is introduced to combat the left front-edge packet collisions. In monitor period of AFH, LBT is performed to label the channels with static interference. Then, all the labeled noisy channels are not used in the followed bluetooth frequency hopping. In this way, both the frequency dynamic and frequency static interference are effectively mitigated. We evaluate the solution through packet collision analysis and a detail realistic simulation with IP traffic. It turns out that the hybrid method can combat both the frequency dynamic and frequency static interference. The packet collision analysis shows it almost doubles the maximal system aggregate throughput. The realistic simulation shows it has the least packet loss.
Journal of information and communication convergence engineering
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제7권3호
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pp.399-403
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2009
In IEEE 802.15.1 (Bluetooth) Ad-hoc networks, the frequency is resolved by the specific part of the digits of the Device clock and the Bluetooth address of the Master device in a given piconet. The piconet performs a fast frequency hopping scheme over 79 carriers of 1-MHz bandwidth. Since there is no coordination between different piconets, packet collisions may occur if two piconets are located near one another. In this paper, we proposed a software/hardware co-design of an adaptive frequency decision mechanism so that more than two different kinds of wireless devices can stay connected without frequency collision. Suggested method was implemented with C program and HDL (Hardware Description Language) and automatically synthesized and laid out. The adaptive frequency hopping circuit was implemented in a prototype and showed its operation at 24MHz correctly.
본 논문에서는 Adaptive Frequency Hopping (AFH) 알고리즘을 사용하는 블루투스로 이루어진 피코넷이 Wireless Local Area Network (WLAN) 과 공존할 때 피코넷(Piconet) 패킷(Packet)간의 충돌 (Interference) 과 통합 처리량을 분석하였다. 동일한 주파수 대역의 Unlicensed ISM(Industrial, Scientific, Medical) Band를 사용하는 WLAN은 22MHz대역을 사용하기 때문에 AFH 알고리즘을 사용하는 블루투스와 공존할 경우 WLAN의 개수에 따라 홉 수가 달라진다. 본 논문에서는 멀티플 슬롯(Multiple-slot) 패킷을 사용하는 피코넷 클러스터(Piconet Cluster)의 패킷 충돌 모델을 가지고 AFH 알고리즘에 의해 서로 다른 홉(hop) 수를 갖게 된 피코넷의 패킷 충돌 확률과 통합 처리량을 전체 피코넷의 수를 증가시키면서 분석하였다.
2.4Ghz ISM 대역에서 동작하는 Bluetooth는 동일한 대역에서 동작하는 WLAN(802.11.b), Cordless phone, microwave oven등의 신호가 interference로 작용하여, 성능이 크게 저하된다. 특히 Bluetooth과 WLAN은 상호간 interference로 작용하여 상호 성능 저하를 초래한다. 따라서, 두 장치간의 coexistence를 위한 방안으로 adaptive hopping frequency(AFH)이 제안되었다. 이 논문에서는 3 channel status를 이용한 AFH 방식을 제안하고, 그 성능을 검증하였다.
본 논문에서는 주파수 도약 방식 시스템에 적합한 비트 동기 방식을 제안한다. 제안한 비트 동기 방식은 적응 윈도우를 이용한 에러 심볼 검출기를 고안하여 이를 기존의 디지털 루프 필터와 결합한 ADPLL 방식이다. 제안된 비트 동기 방식은, 홉뮤트 잡음과 임펄스 잡음 등과 같은 잡음 구간에서, 비트 추적을 억제하여 디지털 루프 필터의 성능을 향상시키고, 주파수 도약 시스템에서의 동기 확률을 개선시켰다. 모의 실험 결과, 제안한 비트 동기 방식이 기존의 방식에 비해서 더욱 개선된 성능을 보여줌을 입증하였다.
본 논문에서는 AFH 알고리즘을 사용하는 블루투스로 이루어진 피코넷이 WLAN과 공존할 때 피코넷 패킷 간의 충돌을 다중 경로 페이딩 채널을 고려하여 수학적으로 분석하였다. AFH에 의해 줄어든 블루투스의 홉 수와 패킷 주변의 피코넷의 신호 세기에 따라 패킷의 충돌 확률에 영향을 줄 수 있음을 알 수 있다. 또한 본 논문에서는 AFH이 갖는 한계를 인식하고 이를 극복하고자 AAFH 알고리즘을 제안하였다. AAFH은 계속적인 채널 사용 여부에 따라 채널 상태의 확인 여부(scanning)를 결정하게 되는데 AFH 와 비교했을 때 collision와 waste 양에서 큰 차이를 보이지 않으면서도 채널 scanning 수가 최대 50% 감소하게 되어 블루투스의 에너지 낭비가 줄어들게 됨을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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