高速铁路列车无线通信系统所受干扰的研究

摘要

近些年随着铁路大提速和一系列高速铁路的建成，中国铁路事业快速发展。为满足高速铁路移动通信系统技术要求，国际铁路联盟(UIC)在研究LTE/SAE过程中提出LTE-R(LTE for railways)的概念，铁路部门也期望用经济划算的方式实现信号的广范覆盖。现有标准对于LTE-R系统不是完全适用，基于这种情况，研究高铁环境中可能影响LTE-R系统正常工作的骚扰源，判断列车上各种骚扰对LTE-R系统的影响程度，分析LTE-R系统抗电磁干扰特性是必要的。
　　本文主要研究车载无线通信系统应用到高速铁路环境时，其所受电气化铁路骚扰的情况，以及对应的抗电磁干扰问题，以新一代铁路宽带移动通信技术LTE-R为例，分析铁路无线电噪声对其干扰情况。首先介绍了现有铁路无线通信系统向下一代铁路通信系统LTE-R的演进。其次根据电磁兼容三要素的基础知识，分析了高铁LTE-R车载系统所处的电磁环境，并介绍了我国铁路电磁兼容标准GB/T24338-2009《轨道交通电磁兼容》。然后介绍了电气化铁路中非常重要的骚扰源弓网离线噪声。最后通过进行高速铁路实地测试，采集了大量弓网离线产生的骚扰信号，通过仿真软件对这些数据进行处理，做出了直观的时域和频域特性图。结果显示，弓网离线信号产生的辐射能量主要分布在300MHz～1GHz的频率范围内，在高铁LTE-R车载系统工作的1.88GHz～2.6GHz频率范围内弓网离线信号产生的辐射场能量很小，不足以对LTE-R信号设备产生影响，另一方面，辐射电场通过LTE-R信号设备缝隙对它正常工作产生的影响比较微弱，对其天线的影响也较小，但仍需要结合具体的设备进行进一步的研究。文章结尾还根据LTE-R系统特性，分析设备自身的抗电磁干扰性，从骚扰源、耦合途径和敏感设备这电磁兼容三个要素进行综合考虑，并给出相应的干扰抑制措施。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景和意义

1．2 研究现状

1．3 主要内容

2 GSM-R向LTE-R的演进

2．1 GSM-R系统介绍

2．1．1 GSM-R的结构

2．1．2 GSM-R的特点

2．2 LTE系统概述及其技术特征

2．3 LTE物理层使用的技术

2．3．1 多址方式和基本传输技术

2．3．2 传输信道与物理信道之间的映射

2．3．3 LTE信道编码多天线技术

2．3．4 物理层过程

2．4 本章小结

3 高铁LTE-R车载系统EMC特性分析

3．1 高铁LTE-R车载系统的运行机制

3．2 铁路信号EMC分析

3．2．1 电磁骚扰源的分类及其特点

3．2．2 电磁骚扰的传输途径

3．2．3 敏感设备的端口特性

3．3 铁路电磁兼容标准

3．3．1 国际上主要现行标准

3．3．2 我国铁路电磁兼容标准

3．3．3 现今标准中存在的一些问题

3．4 对高铁LTE-R车载系统电磁环境的分析

4 离线时产生电弧的原因及电弧模型

4．1 弓网离线时产生电弧的原因

4．1．1 弓网系统的介绍

4．1．2 离线电弧产生的原因

4．2 电弧的物理模型

4．2．1 气体放电原理

4．2．2 电弧的组成部分

4．2．3 电弧的基本物理特性

4．3 电弧的数学模型

4．3．1 Cassie电弧模型

4．3．2 Mayr电弧模型

4．4 本章小结

5 弓网离线信号的现场测量结果分析

5．1 弓网离线信号的现场测量方法介绍

5．2 弓网离线信号的现场测量结果分析

5．2．1 弓网离线放电信号的时域特性

5．2．2 弓网离线放电信号的频域特性

5．3 弓网离线信号辐射场的现场测量结果分析

5．4 本章小结

6 高铁LTE-R车载系统抗电磁干扰特性的分析

6．1 高铁LTE-R车载系统的干扰源分析

6．2 高铁LTE-R车载系统的电磁干扰抑制方法

总结与展望

参考文献

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