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《西安电子科技大学》 2011年
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蓝牙个域网改型及芯片化实现技术研究

张超  
【摘要】:随着个人无线通信技术的发展,越来越多的消费类电子产品使用短距离无线通信技术作为无线接口进行数据交换,个人无线通信技术已经逐步深入到我们生活的各个角落,我们身边的这些电子产品就组成了无线个域网(WPAN)。现阶段WPAN使用最多最广泛的是蓝牙技术,本论文针对蓝习WPAN,从多个方面对其关键技术进行改型研究,以达到提高WPAN数据传输性能的目的;同时以设计改型的蓝牙SoC芯片为目标,将改型技术应用到芯片实现中去,并进行芯片化的工作。论文的主要工作包括: 首先,以组成蓝牙WPAN的基本元素蓝牙微微网为主要研究对象,建立了AWGN信道中的蓝牙微微网数据传输模型。根据蓝牙协议规定的数据收发机制、数据分组的结构纠检错算法和重传机制,分析了影响蓝牙微微网数据吞吐量性能的因素,推导了在AWGN信道中蓝牙微微网的数据吞吐量公式。 其次,根据影响蓝牙微微网数据吞吐量性能的因素,采用多种方法进行改型来提高其数据吞吐量性能。针对大功率噪声干扰情况,设计了大发射功率的改型蓝牙模块来提高数据通信中的信噪比来抵消噪声的影响;设计了多频段改型蓝牙模块,采用规避噪声干扰严重的频段来提高蓝牙微微网的数据吞吐量;提出使用MSK调制解调来替换原有的GFSK调制解调,利用MSK在小信噪比情况下的良好性能来改善蓝牙微微网的数据吞吐量性能。针对2/3FEC纠错算法的性能不足,提出使用BCH纠错编码来对原有技术进行改型,通过提高数据分组的纠错能力来达到目的。结合RSSI功能,通过设计更好的系统级软件来实现数据收发时的自适应分组选择算法,使蓝牙微微网始终处于最佳的收发状态,达到数据吞吐量的最大值。仿真和测试的结果证明,以上采用的方法都能有效的达到目的。 再次,为了提高WPAN的数据传输安全性能,分析蓝牙现有的安全机制,根据芯片设计实现的要求将实现方法划分为软件实现和硬件实现。针对硬件实现的数据加密采用的E0加密算法的不足,设计了两种方案来对其进行改型。其一是使用钟控互缩序列生成器对原有算法进行加固,这样可以将对原有加密算法进行攻击的线性复杂度从O(249)提高到O(268);另一方案是对数据进行二次加密,在数据进入蓝牙处理流程之前,使用AES算法对其先进行一次加密,这样即使E0算法被破解,得到的也是AES的密文而不是原始数据。而对于安全性的提升,AES算法的加密级别毋庸置疑。 然后,本文从整体考虑WPAN的数据传输性能,数据传输安全性由底层蓝牙微微网提供,而WPAN的数据吞吐量并不完全由蓝牙微微网的数据吞吐量决定。本文建立了宏观的WPAN数据传输模型,推导出了WPAN数据吞吐量表达式,分析了影响其数据吞吐量性能的因素,证明蓝牙微微网采用的跳频算法的互相关性能在其中起主要作用。在分析了蓝牙现有跳频算法的互相关性能之后,提出了使用Safer+算法,AES算法和基于Chebyshev映射的混沌算法改型的三种跳频算法来对其进行替换来提高WPAN的数据吞吐量性能。仿真和测试都证明,改型的跳频算法可以有效的提高WPAN的数据吞吐量。 最后,在标准蓝牙基带IP的基础上,验证了将各种改型算法加入其中的可行性,并实现了改型的蓝牙基带IP设计,给出了数字版图和各种性能参数,并且通过测试和仿真验证证明了其功能的完备性。另外由于AES算法在改型研究中多次用到,本文专门针对便携移动设备的要求,设计实现了低功耗、低资源消耗的AESIP,并给出了数字版图,面积功耗等参数。
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN925

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 徐飞;蓝牙数据传输增强技术研究及其基带芯片设计实现[D];西安电子科技大学;2013年
2 牛玉峰;蓝牙数据传输性能增强及芯片化实现技术研究[D];西安电子科技大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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4 严济鸿;宽带相控阵雷达波束控制技术研究[D];电子科技大学;2011年
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7 孟繁宇;低速无线个域网中的CHIRP扩频通信技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
8 丁文武;集成电路产业公共服务体系建设研究[D];天津大学;2011年
9 李柏渝;高性能卫星导航接收机模拟信道关键技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
10 靳慧龙;序列偶的设计理论研究[D];燕山大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李鹏;基于MSP430的汽车轮胎压力监测系统[D];山东科技大学;2010年
2 周巍;基于FPGA的QPSK数字解调技术研究[D];长春理工大学;2010年
3 邢铭生;基于物联网网关的研究及实现[D];郑州大学;2010年
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5 刘文飞;改进的高频RFID识读器设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 朱梅冬;基于ZigBee的森林火灾监测系统的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 王爽;基于混沌优化的PID控制器参数调整[D];大连理工大学;2010年
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10 徐国明;基于0.18μm CMOS工艺的超宽带低噪声放大器设计[D];苏州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 牛风举,朱明程;芯片设计中的IP技术[J];半导体技术;2001年10期
2 金湘亮,陈杰,郭晓旭,仇玉林;基于IP核复用技术的SoC设计[J];半导体技术;2002年04期
3 王亥,胡健栋;数字混沌扩频通信系统[J];北京邮电大学学报;1998年04期
4 甘良才,易丹;基于Baker变换的混沌跳频序列[J];电波科学学报;2000年03期
5 蔡颖,张家树;一种新型钟控混沌跳频序列构造方法[J];电波科学学报;2004年02期
6 米良,朱中梁;一种基于Logistic映射的混沌跳频序列[J];电波科学学报;2004年03期
7 郭锋;庄奕琪;;蓝牙E0加密算法安全分析[J];电子科技大学学报;2006年02期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 郭锋;蓝牙数据传输性能增强技术研究[D];西安电子科技大学;2007年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱全庆,邹雪城,东振中,黄峰,童建农;片上系统中的IP复用[J];半导体技术;2001年07期
2 甘良才,易丹;基于Baker变换的混沌跳频序列[J];电波科学学报;2000年03期
3 张琪,郑君里,刘栩;跳频码分多址系统中混沌跳频序列的优选与仿真[J];电波科学学报;2003年03期
4 米良,朱中梁;一种基于Logistic映射的混沌跳频序列[J];电波科学学报;2004年03期
5 徐飞;庄奕琪;郭锋;;载荷长度对蓝牙数据传输吞吐量的影响[J];电子科技大学学报;2008年01期
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10 胡斌;庄奕琪;郭锋;耿阿囡;;基于SAFER+算法的跳频序列族构造[J];电子器件;2007年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王宏霞;混沌技术在现代保密通信中的应用研究[D];电子科技大学;2002年
【相似文献】
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1 张超;庄奕琪;李振荣;姚引娣;;基于AES跳频算法的蓝牙WPAN网络数据传输性能[J];吉林大学学报(工学版);2010年02期
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7 ;[J];;年期
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10 ;[J];;年期
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