高铁电磁环境对LTE系统物理层的干扰效应研究

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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。
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