摘 要： 研究了超寬帶" title="超寬帶">超寬帶(UWB)通信系統" title="通信系統">通信系統與基于IEEE 802.11a標準的WLAN設備之間的兼容問題。介紹了UWB和WLAN的理論基礎，給出了干擾信號" title="干擾信號">干擾信號對系統SIR(信號與干擾的比率)影響的仿真結果。結果顯示，在視距(LOS)環境中，UWB干擾對802.11a系統的性能影響不大；在非視距(NLOS)環境中，UWB信號對802.11a WLAN系統的性能有很大影響，而802.11a WLAN干擾也會嚴重影響UWB接收機的性能。對研究UWB系統與其它通信系統的共存有一定的參考價值。
關鍵詞： 超寬帶 兼容 802.11a 干擾 信號干擾比率
超寬帶(UWB)技術是未來短距離無線通信的關鍵技術之一，它在現代無線通信技術中備受關注。與傳統通信技術相比，UWB通信技術具有結構簡單、抗多徑干擾能力強、信號功率低等顯著優點。常見的一種UWB信號是由納秒級的極窄尖脈沖產生的，它的信號功率被擴頻在0到數GHz頻帶范圍內。FCC規定UWB使用的頻段為3.1～10.6GHz,而許多其他無線通信系統(WLAN、WiMAX等)也使用這個頻段中的某段頻率，所以UWB系統必須與其他無線通信系統實現兼容。
802.11a WLAN有著廣泛的應用前景，而且它的工作頻率是UWB工作頻段的一部分，因此研究二者的兼容問題具有重要意義。本文主要研究UWB設備與基于IEEE 802.11a標準的WLAN設備之間的兼容問題。
1 理論基礎
1.1 UWB
本文使用的UWB脈沖是高斯單脈沖，如下式：
1.2 802.11a
802.11a工作在5GHz頻段，使用OFDM技術，其頻譜為5.15～5.25、5.25～5.35和5.725～5.825GHz三個100MHz頻段，最大ERP(有效發射功率" title="發射功率">發射功率)分別為2.5mW、12.5mW和50mW。三個100MHz的頻段每個都被分成五個20MHz的信道。
1.3 信道模型
1.3.1 UWB信道模型
在室內環境下，UWB的LOS和NLOS路徑損耗模型如下：
PL(d)=PL0+10γlg(d)+S (4)
PL0和γ是常數，在LOS路徑下兩者的經驗值分別為47dB和1.7，在NLOS路徑下分別為51dB和3.5。S是陰影衰落，是一個零均值高斯隨機變量，在仿真中假設S的標準差在LOS路徑下為2.8dB，在NLOS路徑下為3.8dB。本文沒有考慮多徑衰落，假定RAKE接收機是理想的，能接收到所有路徑上的功率。
1.3.2 802.11a信道模型
對于802.11a信道模型可以做如下假設：
(a)因為802.11a的帶寬很窄，所以可以假定傳輸模型為平坦衰落信道模型；
(b)假定LOS路徑是萊斯信道，NLOS路徑是瑞利信道；
(c)因為空間傳播信號的路徑損耗與帶寬無關，所以可以假定802.11a信號的路徑損耗模型也如(4)式所示。
2 仿真模型及仿真結果
本文主要研究受干擾接收機與發射機在LOS路徑和NLOS路徑兩種情況下的相互干擾情況。在研究的物理模型中假設受干擾接收機位于干擾源" title="干擾源">干擾源的視距范圍內，如圖1所示。UWB發射機到接收機的距離記為dUWB,802.11a發射機到接收機的距離記為d802.11a，發射機與接收機之間的距離記為T-R距離，干擾源與接收機的距離記為I-R距離，UWB系統和802.11a系統的發射功率分別記為PUWB和P802.11a，接收功率可分別表示為：
PR,UWB(dUWB)=PUWB-PL(dUWB)
PR,802.11a(d802.11a)=P802.1a-PL(d802.1a) (5)
其中PL是傳播路徑損耗，參考(4)式。
2.1 仿真參數
表1和表2是仿真中可能用到的參數。
2.2 UWB對802.11a的干擾
假定數據序列{dj}和跳時序列{zj,l}是獨立的隨機過程，并以等概率取值{-1,1}。發射的UWB信號總功率記為PUWB(f1,f2)，則UWB信號對802.11a系統的干擾功率可表示為：
IUWB=PUWB(f1,f2)-PL(dUWB) (6)
f1和f2分別為802.11a接收機頻率的下限和上限。總的干擾功率是噪聲功率N802.11a與接收到的UWB干擾功率IUWB的總和。
根據(5)式可以計算出802.11a接收機的接收功率，這樣802.11a系統在UWB干擾情況下的SIR可以表示為：
圖2給出了NLOS環境下802.11a系統的SIR802.11a與d802.11a的關系。dUWB分別等于1m、5m、10m和∞(dUWB=∞為無干擾的情況)。由圖可知，對于所有的T-R距離，dUWB=1m時SIR802.11a都下降了21dB(與dUWB=∞相比)。而當dUWB=5m和10m時SIR802.11a分別下降了10dB和5dB。由此可見，在I-R距離很小時，UWB干擾影響了802.11a系統的性能。最嚴重時(dUWB=1m，d802.11a=14m)SIR802.11a大約為－10dB，此時802.11a系統將產生擁塞。
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表3給出了LOS環境下的SIR802.11a值?？梢钥闯?，當d802.11a大于10m時，工作在LOS環境下的802.11a系統的SIR802.11a大于42dB。LOS環境下SIR802.11a的最小值為21dB(T-R距離等于10m)，這個值足夠維持802.11a可靠的通信。所以在LOS環境中，802.11a系統在UWB的干擾下也能正常工作。
2.3 802.11a對UWB的干擾
802.11a對UWB干擾的研究方法與前面的方法類似。其中:
由表4可以看出：LOS環境下，當I-R距離很小時，802.11a會比較嚴重地影響UWB系統的性能。
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NLOS環境下的仿真結果如圖3。很明顯，當802.11a發射機與UWB接收機距離很近時將會導致SIRUWB嚴重衰減。由此推斷：UWB系統容易受到802.11a系統的影響。
根據上面的研究可以得出如下結論：(1)UWB信號對工作在LOS環境下的802.11a系統的性能影響不大，802.11a系統可以維持正常的通信；對工作在NLOS環境下的802.11a系統的性能有很大影響。(2)802.11a系統干擾在兩種環境中都比較嚴重地影響了UWB接收機的性能。
解決相互干擾的問題有許多方法，如接收機設計、脈沖整形、天線技術等，這些方法還有待進一步研究。
參考文獻
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