高铁电磁环境对LTE系统物理层的干扰效应研究

摘要

TD-LTE技术由于其优越的性能，已成为下一代铁路通信技术的主流。而电力机车环境是一个典型的大型复杂电子环境，尤其是弓网离线噪声对整个铁路通信系统产生的威胁。针对噪声对LTE通信性能的影响问题，研究一种方便易行的方法对新一代铁路通信技术具有重要的意义。
　　本文是基于到目前为止，还没有人给出确切的在某一通信系统内，统计量与可靠性之间的关系的数学表达式，没有形成简单易行的可行性的操作方案，更没有人提出过在将LTE系统应用到高铁系统之后如何使用APD的统计测量方法使得得到的结果简单易行。
　　以统计参量测量方法和高斯噪声为基础，通过搭建LTE系统模型，得到高斯噪声下的LTE系统误比特率和高斯噪声的幅度概率分布曲线，发现两个曲线走势十分吻合。因此根据两者之间的定量关系，得出了噪声幅值限值-信噪比(A-SNR)的表达式。为了验证上述提出的理论表达式的正确性，又分析了瑞利噪声对LTE系统的影响，进一步证明了A-SNR公式在LTE系统下的可行性。
　　其次，分析研究了高铁上的主要噪声，即弓网离线电弧噪声，对该噪声的一维统计量APD曲线和该噪声下LTE系统的误比特率曲线之间的关系，与本文中提到的关系式进行了比较，发现本文关系式对该噪声也同样适合，更进一步的验证了该关系式的可用性。另外，采用本文提出的方法，得到了弓网噪声对LTE上下行链路的影响。
　　基于上述结论，在高铁LTE系统中，当研究某种噪声对铁路通信的影响时，只需简单的统计噪声的幅度概率分布，根据铁路系统正常运行的误比特率门限值，得到相应的信噪比门限值，进一步得到噪声幅值的门限值，这样就可以只需观测噪声的幅值来判定电磁干扰情况对高铁LTE通信的影响。
　　本论文的研究成果对以后研究各种各样的噪声对LTE系统的可靠性的影响提供了一种可靠，且方便易行的方法。依据本文的结论，可以进一步定量分析高铁TD-LTE的抗扰度性能。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 高铁系统的电磁环境及弓网噪声的危害

1．2 铁路无线通信技术向LTE-R的演进

1．3 国内外研究现状

1．4 本论文结构安排

2 LTE系统物理层

2．1 LTE系统概述

2．2 LTE的主要技术特征

2．3 LTE物理层关键技术

2．3．1 基本传输与多址方式

2．3．2 无线帧结构

2．3．3 物理信道与调制

2．3．4 传输信道到物理信道的映射

2．3．5 LTE信道编码多天线技术

2．3．6 物理层过程

2．4 小结

3 LTE系统噪声幅值限值信噪比(A-SNR)评估方法

3．1 APD统计测量方法

3．2 干扰的统计模型

3．3 干扰APD统计模型与LTE通信系统性能之间的关系

3．4 瑞利噪声在LTE系统中的仿真研究

3．4．1 瑞利噪声的APD统计图

3．4．2 瑞利信号下LTE系统的误比特率曲线

3．5 结论

4 弓网离线噪声的A-SNR研究

4．1 弓网离线电弧骚扰的数学模型

4．1．1 单次火花放电

4．1．2 连续的电火花群的产生机理

4．1．3 连续放电的重复频率

4．2 仿真模型的构建

4．2．1 弓网离线事件模拟模块

4．2．2 火花条件计算模块

4．2．3 噪声发生模块

4．2．4 APD测量模块

4．3 仿真分析

4．3．1 弓网离线噪声的APD统计

4．3．2 弓网噪声加到LTE系统之后产生的误码率

4．4 弓网噪声对LTE系统物理层上下行链路的影响

4．4．1 弓网噪声对LTE上行链路信道的影响

4．4．2 弓网噪声对LTE下行链路信道的影响

4．5 小结

5 总结与展望

参考文献

作者简历

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