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發(fā)布時(shí)間:2010-10-19 閱讀量:910 來源: 發(fā)布人:
引言
超寬帶(UWB)的帶寬是指信號(hào)帶寬大于1.5 GHz 或者是信號(hào)帶寬與中心頻率之比大于25%。而室內(nèi)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(gè)無線信道的帶寬超過500 MHz。而根據(jù)我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部無線電管理局對(duì)2000 MHz頻段的地面無線電業(yè)務(wù)進(jìn)行規(guī)劃的頻率分配建議,將1880 MHz~1920 MHz、2010 MHz~2025 MHz頻段用于時(shí)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(bǔ)充工作頻段[1]。TD-SCDMA是中國(guó)首次提出的國(guó)際通信標(biāo)準(zhǔn),將會(huì)應(yīng)用于未來移動(dòng)通信建網(wǎng)。
超寬帶通信系統(tǒng)由于占用很寬的帶寬,目前主要是應(yīng)用面向短距離、高速率無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(WPAN)和具有較低傳輸速率、極精確定位能力的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[2],未來UWB設(shè)備也將廣泛應(yīng)用于多種移動(dòng)電子設(shè)備中,因此容易和其它通信系統(tǒng)之間產(chǎn)生相互干擾。研究超寬帶通信系統(tǒng)和TD-SCDMA系統(tǒng)之間的干擾分析,特別研究了TD-SCDMA系統(tǒng)的下行鏈路,預(yù)計(jì)它將會(huì)對(duì)通信過程中的TD-SCDMA手機(jī)產(chǎn)生干擾影響,最后結(jié)合理論和仿真研究給出兩系統(tǒng)干擾分析方案。
研究?jī)?nèi)容
2.1 UWB信號(hào)模型
UWB通信系統(tǒng)采用超短脈沖(脈沖持續(xù)時(shí)間小于1ns)作為信息載體,通過有用信息控制超短脈沖相對(duì)于定時(shí)時(shí)刻的位置,即脈沖位置調(diào)制(PPM),實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制。在多用戶通信情況下,采用跳時(shí)擴(kuò)頻多址技術(shù),用偽隨機(jī)跳時(shí)碼將超短脈沖的出現(xiàn)時(shí)刻隨機(jī)化。一個(gè)跳時(shí)碼周期TTH內(nèi)的UWB信號(hào)表達(dá)式[3]為:
其中ai表示調(diào)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(xù)時(shí)間,由Ns幀組成,每1幀里包含1個(gè)脈沖;Tf是幀的持續(xù)時(shí)間;δ表示信息碼元調(diào)制參數(shù),表示脈沖位置調(diào)制(PPM)時(shí),單位碼元引起的脈沖時(shí)移;bi指第i個(gè)信息碼元;biδ表示信息調(diào)制引起的時(shí)移;cjTc表示由跳時(shí)碼引起的時(shí)移,cj是整數(shù),取值范圍是[0,Nh-1],Tc為每一個(gè)跳時(shí)碼的持續(xù)時(shí)間,NhTc<Tf;在每一幀Tf中,脈沖在時(shí)間軸上的位置由信息碼元調(diào)制參數(shù)δ和跳時(shí)碼cj共同設(shè)定,設(shè)TTH=Nb×Ts,Nb是正整數(shù)。
2.2 組網(wǎng)布局
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針對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)下行手機(jī)受干擾的研究,考慮處于小區(qū)邊緣的TD-SCDMA系統(tǒng)用戶受到的干擾,同時(shí)計(jì)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(qū)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??紤]到一定范圍內(nèi)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(qū)對(duì)于TD-SCDMA手機(jī)的干擾(見圖1)。中心方塊代表手機(jī)位置,實(shí)線圓圈代表覆蓋手機(jī)的小區(qū)[M設(shè)為4個(gè),其中1個(gè)是真正覆蓋手機(jī)的有用基站,其它(M-1)個(gè)是干擾源],藍(lán)色實(shí)線為外圍干擾設(shè)備所在小區(qū)。可根據(jù)實(shí)際情況中手機(jī)所處位置來決定外圍的基站個(gè)數(shù)。另一方面,UWB發(fā)射設(shè)備也如同圖1所示布局,但是所有發(fā)射設(shè)備對(duì)于TD-SCDMA手機(jī)來說都是干擾源。
2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
TD-SCDMA是一個(gè)時(shí)分碼分系統(tǒng),假設(shè)在單載波仿真環(huán)境下,單獨(dú)考慮上行干擾和下行干擾。另一方面,單個(gè)時(shí)隙包括16個(gè)碼道,1個(gè)語音用戶對(duì)應(yīng)2碼道,假設(shè)該時(shí)隙的16個(gè)碼道全部發(fā)射,同時(shí)與8個(gè)手機(jī)用戶通話。理想用戶容納數(shù)為8個(gè),如果接入的用戶數(shù)為4個(gè),則負(fù)載為50%。 UWB設(shè)備系統(tǒng)負(fù)載設(shè)為100%,考慮重載情況下UWB對(duì)TD系統(tǒng)的干擾情況。
在仿真平臺(tái)中,UWB設(shè)備的系統(tǒng)負(fù)載和TD系統(tǒng)的單一時(shí)隙系統(tǒng)負(fù)載均可以調(diào)節(jié)。
2.4 UWB對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)下行干擾分析
TD-SCDMA系統(tǒng)所受干擾包括兩部分:TD系統(tǒng)內(nèi)部的自干擾和UWB發(fā)射設(shè)備對(duì)TD系統(tǒng)手機(jī)的外部干擾。
2.4.1 TD-SCDMA系統(tǒng)內(nèi)部的自干擾
由來自于本小區(qū)基站給其他手機(jī)信號(hào)而產(chǎn)生的干擾和其他小區(qū)基站對(duì)手機(jī)的干擾之和組成的系統(tǒng)自干擾。
2.4.2 UWB設(shè)備的外部干擾
干擾系統(tǒng)UWB發(fā)射設(shè)備對(duì)被干擾系統(tǒng)TD-SCDMA的手機(jī)干擾,可以設(shè)置不同的鄰道干擾比例來觀察對(duì)被關(guān)注手機(jī)的影響。除產(chǎn)生鄰頻干擾的UWB發(fā)射設(shè)備,剩下的UWB發(fā)射設(shè)備將對(duì)被干擾的PHS手機(jī)產(chǎn)生帶內(nèi)雜散??梢愿淖冸s散值的大小來看對(duì)結(jié)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(tǒng)的干擾值。
傳播模型的選擇
TD-SCDMA系統(tǒng)BS-UE間采用UMTS 30.03中的車載環(huán)境模型?;靖哂诮ㄖ叨?5m。對(duì)數(shù)正態(tài)陰影衰落取10 dB。
UWB發(fā)射設(shè)備和終端間采用COST231-WI模型(見表1)。對(duì)數(shù)正態(tài)陰影衰落取10 dB。
用于實(shí)際仿真計(jì)算的簡(jiǎn)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(shù)設(shè)置
4.1 TD-SCDMA系統(tǒng)參數(shù)
TD-SCDMA系統(tǒng)下行的熱噪聲是-104 dBm,由KTW計(jì)算得到(K=1.38*10e-23J/K,T噪聲溫度290K,W等效噪聲寬度,擴(kuò)頻帶寬1.28MHz);下行鏈路的噪聲系數(shù)取9,目標(biāo)接收信噪比設(shè)為-2.5 dB(針對(duì)12.2k的語音信道而言)。TD-SCDMA系統(tǒng)的參數(shù)見表2。
4.2 UWB系統(tǒng)參數(shù)
根據(jù)FCC對(duì)UWB設(shè)備發(fā)射功率限制的有關(guān)規(guī)定,UWB在PHS系統(tǒng)所在頻段內(nèi)的發(fā)射功率的室外標(biāo)準(zhǔn)和室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)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(nèi);信道間隔大于500 MHz。
仿真結(jié)果分析
在我們搭建的仿真平臺(tái)中分別針對(duì)單個(gè)UWB發(fā)射設(shè)備和多個(gè)UWB發(fā)射設(shè)備對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)的下行鏈路的干擾進(jìn)行了仿真研究。仿真平臺(tái)中SINR的計(jì)算公式如下所示:
SINR = TD基站發(fā)送給每個(gè)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(jī)有效底噪
+[Iout+TD系統(tǒng)其他小區(qū)干擾
+(1-α)*Iin]/智能天線干擾抑制系數(shù)} (2)
其中,α為正交因子,Iin指TD系統(tǒng)同小區(qū)來的干擾,Iout指來自UWB系統(tǒng)發(fā)射設(shè)備的干擾,Iin和Iout為手機(jī)有效底噪,是線性值。
以下各個(gè)仿真結(jié)果中,縱坐標(biāo)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(tǒng)的干擾時(shí),TD-SCDMA系統(tǒng)的覆蓋半徑;R0為TD-SCDMA單系統(tǒng)時(shí)的覆蓋半徑(見圖2、圖3)。
5.1 單個(gè)UWB設(shè)備對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)手機(jī)的干擾
由圖2室外情況下的仿真圖形可以看出: 當(dāng)覆蓋損失5%時(shí),UWB發(fā)射設(shè)備和TD-SCDMA手機(jī)的隔離度ACIR為6 dB,說明UWB設(shè)備對(duì)TD-SCDMA手機(jī)存在一定干擾;而仿真在室內(nèi)環(huán)境下,相應(yīng)的UWB設(shè)備對(duì)TD-SCDMA手機(jī)通信有干擾。
5.2 多個(gè)UWB設(shè)備對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)手機(jī)的干擾
相對(duì)于單個(gè)UWB發(fā)射設(shè)備,多個(gè)UWB設(shè)備對(duì)TD系統(tǒng)的干擾情況要嚴(yán)重得多,當(dāng)覆蓋損失5%時(shí),UWB發(fā)射設(shè)備和PHS手機(jī)的隔離度ACIR為15 dB。隨著ACIR的增大,UWB發(fā)射設(shè)備對(duì)TD-SCDMA手機(jī)的干擾減小,TD-SCDMA系統(tǒng)的覆蓋損失也會(huì)隨之減小(見圖3)。仿真在室內(nèi)和室外環(huán)境下,UWB設(shè)備對(duì)PHS手機(jī)的干擾都是非常明顯。當(dāng)UWB系統(tǒng)的單位密度達(dá)到一定程度,TD-SCDMA系統(tǒng)所受干擾會(huì)趨于平穩(wěn)。
結(jié)論
隨著未來移動(dòng)通信建網(wǎng)的需要,研究UWB系統(tǒng)和TD-SCDMA系統(tǒng)之間的干擾對(duì)這些系統(tǒng)的安全應(yīng)用非常重要。通過自主搭建的仿真平臺(tái)的研究說明,無論是單個(gè)還是多個(gè)UWB設(shè)備對(duì)TD系統(tǒng)手機(jī)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(hù)帶寬)、天線隔離、外置濾波器等,UWB設(shè)備的使用對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)的干擾將會(huì)控制在無損害的范圍內(nèi)。
參考文獻(xiàn)
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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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