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??? 引言
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??? 超寬帶（UWB）的帶寬是指信號帶寬大于1.5 GHz 或者是信號帶寬與中心頻率之比大于25%。而室內UWB的無線通信可以使用的頻率段從3.1 GHz 到10.6 GHz（超過7 GHz 的波帶寬）;每個無線信道的帶寬超過500 MHz。而根據我國信息產業部無線電管理局對2000 MHz頻段的地面無線電業務進行規劃的頻率分配建議，將1880 MHz～1920 MHz、2010 MHz～2025 MHz頻段用于時分雙工方式，即TDD無線接入通信方式的主要使用頻段，而2300 MHz～2400 MHz作為TDD的補充工作頻段[1]。TD-SCDMA是中國首次提出的國際通信標準，將會應用于未來移動通信建網。
??? 超寬帶通信系統由于占用很寬的帶寬，目前主要是應用面向短距離、高速率無線個人區域網（WPAN）和具有較低傳輸速率、極精確定位能力的無線傳感器網絡系統[2]，未來UWB設備也將廣泛應用于多種移動電子設備中，因此容易和其它通信系統之間產生相互干擾。研究超寬帶通信系統和TD-SCDMA系統之間的干擾分析，特別研究了TD-SCDMA系統的下行鏈路，預計它將會對通信過程中的TD-SCDMA手機產生干擾影響，最后結合理論和仿真研究給出兩系統干擾分析方案。
??? 研究內容
??? 2.1 UWB信號模型
??? UWB通信系統采用超短脈沖(脈沖持續時間小于1ns)作為信息載體，通過有用信息控制超短脈沖相對于定時時刻的位置，即脈沖位置調制(PPM)，實現信號調制。在多用戶通信情況下，采用跳時擴頻多址技術，用偽隨機跳時碼將超短脈沖的出現時刻隨機化。一個跳時碼周期TTH內的UWB信號表達式[3]為:
??? 其中ai表示調制碼元序列，以等概率取值+1和-1;p(t)為窄脈沖波形;Ts為信息碼元持續時間，由Ns幀組成，每1幀里包含1個脈沖;Tf是幀的持續時間;δ表示信息碼元調制參數，表示脈沖位置調制（PPM）時，單位碼元引起的脈沖時移;bi指第i個信息碼元;biδ表示信息調制引起的時移;cjTc表示由跳時碼引起的時移，cj是整數，取值范圍是[0,Nh-1]，Tc為每一個跳時碼的持續時間，NhTc＜Tf;在每一幀Tf中，脈沖在時間軸上的位置由信息碼元調制參數δ和跳時碼cj共同設定，設TTH=Nb×Ts，Nb是正整數。
??? 2.2 組網布局
??? 針對TD-SCDMA系統下行手機受干擾的研究，考慮處于小區邊緣的TD-SCDMA系統用戶受到的干擾，同時計算該用戶接收信噪比看能否正常通信。因此，采用如下的布局方案，用戶處于周邊小區的覆蓋邊緣。外部有N層（本文采用2層）TD-SCDMA基站作為干擾源。考慮到一定范圍內TD-SCDMA基站的覆蓋密度一定，為了研究方便，我們采用了圓形布站的方法，模擬多層小區對于TD-SCDMA手機的干擾（見圖1）。中心方塊代表手機位置，實線圓圈代表覆蓋手機的小區［M設為4個，其中1個是真正覆蓋手機的有用基站，其它（M-1）個是干擾源］，藍色實線為外圍干擾設備所在小區。可根據實際情況中手機所處位置來決定外圍的基站個數。另一方面，UWB發射設備也如同圖1所示布局，但是所有發射設備對于TD-SCDMA手機來說都是干擾源。
??? 2.3 系統結構
??? TD-SCDMA是一個時分碼分系統，假設在單載波仿真環境下，單獨考慮上行干擾和下行干擾。另一方面，單個時隙包括16個碼道，1個語音用戶對應2碼道，假設該時隙的16個碼道全部發射，同時與8個手機用戶通話。理想用戶容納數為8個，如果接入的用戶數為4個，則負載為50％。 UWB設備系統負載設為100%，考慮重載情況下UWB對TD系統的干擾情況。
??? 在仿真平臺中，UWB設備的系統負載和TD系統的單一時隙系統負載均可以調節。
??? 2.4 UWB對TD-SCDMA系統下行干擾分析
??? TD-SCDMA系統所受干擾包括兩部分:TD系統內部的自干擾和UWB發射設備對TD系統手機的外部干擾。
??? 2.4.1 TD-SCDMA系統內部的自干擾
??? 由來自于本小區基站給其他手機信號而產生的干擾和其他小區基站對手機的干擾之和組成的系統自干擾。
??? 2.4.2 UWB設備的外部干擾
??? 干擾系統UWB發射設備對被干擾系統TD-SCDMA的手機干擾，可以設置不同的鄰道干擾比例來觀察對被關注手機的影響。除產生鄰頻干擾的UWB發射設備，剩下的UWB發射設備將對被干擾的PHS手機產生帶內雜散。可以改變雜散值的大小來看對結果的影響。
??? 最后將所有干擾累加起來得到總的來自外部系統的干擾值。
??? 傳播模型的選擇
??? TD-SCDMA系統BS-UE間采用UMTS 30.03中的車載環境模型。基站高于建筑高度15m。對數正態陰影衰落取10 dB。
??? UWB發射設備和終端間采用COST231-WI模型（見表1）。對數正態陰影衰落取10 dB。
??? 用于實際仿真計算的簡化公式（其中路徑損耗Pathloss的單位為dB,距離R的單位為m）見表1。
??? 仿真參數設置
??? 4.1 TD-SCDMA系統參數
??? TD-SCDMA系統下行的熱噪聲是-104 dBm，由KTW計算得到(K=1.38*10e-23J/K,T噪聲溫度290K，W等效噪聲寬度，擴頻帶寬1.28MHz);下行鏈路的噪聲系數取9，目標接收信噪比設為-2.5 dB(針對12.2k的語音信道而言)。TD-SCDMA系統的參數見表2。
??? 4.2 UWB系統參數
根據FCC對UWB設備發射功率限制的有關規定，UWB在PHS系統所在頻段內的發射功率的室外標準和室內標準分別為-53.3 dBm/MHz 、-63.3 dBm/MHz;UWB覆蓋范圍一般小于10m范圍之內;信道間隔大于500 MHz。
??? 仿真結果分析
??? 在我們搭建的仿真平臺中分別針對單個UWB發射設備和多個UWB發射設備對TD-SCDMA系統的下行鏈路的干擾進行了仿真研究。仿真平臺中SINR的計算公式如下所示:
??? SINR = TD基站發送給每個用戶的功率－路徑損耗
??? －陰影衰落余量＋TD基站天線增益
??? ＋TD智能天線增益-{TD手機有效底噪
??? ＋[Iout＋TD系統其他小區干擾
??? ＋（1-α）*Iin]/智能天線干擾抑制系數} （2）
??? 其中，α為正交因子，Iin指TD系統同小區來的干擾，Iout指來自UWB系統發射設備的干擾，Iin和Iout為手機有效底噪，是線性值。
??? 以下各個仿真結果中，縱坐標代表了半徑覆蓋能力的損失比例。R1/R0代表覆蓋距離損失;（R1/R0）2代表覆蓋面積損失。其中R1為存在UWB系統的干擾時，TD-SCDMA系統的覆蓋半徑;R0為TD-SCDMA單系統時的覆蓋半徑（見圖2、圖3）。
??? 5.1 單個UWB設備對TD-SCDMA系統手機的干擾
??? 由圖2室外情況下的仿真圖形可以看出: 當覆蓋損失5％時，UWB發射設備和TD-SCDMA手機的隔離度ACIR為6 dB，說明UWB設備對TD-SCDMA手機存在一定干擾;而仿真在室內環境下，相應的UWB設備對TD-SCDMA手機通信有干擾。
??? 5.2 多個UWB設備對TD-SCDMA系統手機的干擾
??? 相對于單個UWB發射設備，多個UWB設備對TD系統的干擾情況要嚴重得多，當覆蓋損失5％時，UWB發射設備和PHS手機的隔離度ACIR為15 dB。隨著ACIR的增大，UWB發射設備對TD-SCDMA手機的干擾減小，TD-SCDMA系統的覆蓋損失也會隨之減小（見圖3）。仿真在室內和室外環境下，UWB設備對PHS手機的干擾都是非常明顯。當UWB系統的單位密度達到一定程度，TD-SCDMA系統所受干擾會趨于平穩。
??? 結論
??? 隨著未來移動通信建網的需要，研究UWB系統和TD-SCDMA系統之間的干擾對這些系統的安全應用非常重要。通過自主搭建的仿真平臺的研究說明，無論是單個還是多個UWB設備對TD系統手機存在一定干擾，只要采用有效的隔離措施，比如:綜合使用頻譜隔離（保護帶寬）、天線隔離、外置濾波器等，UWB設備的使用對TD-SCDMA系統的干擾將會控制在無損害的范圍內。
??? 參考文獻
??? [1] Commissioners Copps and Martin, “Fisrt Report & Order,”FCC 02-48
??? [2] 黃標,彭木根,王文博，第三代移動通信系統干擾共存研究，電信科學，2004年7期：35-39
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??? [3] Romme J etc. on the power spectral density of time-hopping impulse radio. Proc. IEEE conference on Ultra Wideband Systems and Technologies.2002.1:241-244
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