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基于高铁LTE-R不同接入方式的电磁兼容性能研究

作　者: 关金金
导　师: 周克生
学　校: 北京交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 直放站微蜂窝泄漏电缆 LTE
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 23次
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内容摘要

作为TD-SCDMA的演进技术,TD-LTE目前已经成为3GPP里面唯一的基于TDD技术的LTE标准。而随着TD-LTE的广泛应用,其在高铁中的接入成为必不可少的研究课题。本文结合高速铁路列车速度快,多普勒频移严重,车厢屏蔽严重的特点,LTE信号不能保证其覆盖的有效性,所以,在大基站信号源不变的情况下,文章提出了三种组网方案,并利用HFSS软件进行了电磁仿真,使用FEKO软件进行验证,通过仿真和理论进行综合分析。考虑到信号覆盖度以及信号的稳定性,对于LTE在高铁上的组网方式,本文提出了三个方案：第一,车载直放站方案。即车厢内安装车载直放站,通过对施主天线接收到的信号进行放大,由覆盖天线发射到车厢,以满足乘客需求。第二,微蜂窝方案。微蜂窝其主要应用在于补盲,只在接入网络架构上不同于直放站,文中只是作为方案的一种,没有具体分析。第三,车厢铺设漏缆方案。即通过在车厢顶部安装泄漏电缆,泄漏电缆收发一体,信号辐射均匀,可以较好的解决信号覆盖问题。这三种方式,结合列车内较为复杂的电磁环境,提出解决措施和安装建议,为实际应用提供理论支持。本文首先结合高铁移动环境和电磁环境以及现有的网络接入方法,对LTE的可能的接入方式进行详细的分析,提出三种组网方案,并给出车内模型,即车载直放站方案,微蜂窝天线方案以及车内漏缆铺设方案。并简要介绍了本文用到的仿真工具。然后,对通过对直放站主要技术指标的分析,结合LTE的特点,给出利用直放站实现信号覆盖的情况,并对LTE直放站可能存在的电磁波干扰问题提出相应的理论根据以及解决对策。如施主天线与覆盖天线之间的反馈干扰和隔离度问题,以及收发天线距离的计算等问题进行详细分析的,对一种可使用的天线,即偶极子天线进行HFSS仿真。随后,对微蜂窝的车厢内覆盖实现进行简要说明,基于其与直放站的原理近似,所以只分析了其天线的确定情况。最后文章提出了列车内架设泄漏电缆的方案。由于泄漏电缆收发一体的特殊性,结合现有研究的理论基础,用HFSS软件对垂直开槽泄漏电缆的不同周期不同槽宽的电磁磁场分布情况进行仿真,包括在密闭车厢内的漏缆电场分布仿真。并且用FEKO软件进行验证,进而提出泄漏电缆兼容性的讨论以及安装建议。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
1 绪论  12-16
  1.1 课题来源  12
  1.2 课题背景介绍和研究意义  12-13
  1.3 国内外研究现状  13-15
  1.4 论文研究主要内容及章节安排  15-16
2 电磁兼容基本理论  16-23
  2.1 电磁兼容发展史  16
  2.2 电磁兼容基本理论  16-17
  2.3 EMC设计  17-19
    2.3.1 电磁兼容标准  17-18
    2.3.2 EMC设计技术  18-19
  2.4 车载信号设备电磁兼容技术  19-20
  2.5 HFSS仿真软件介绍  20-22
    2.5.1 HFSS软件计算原理  20-22
    2.5.2 仿真流程  22
  2.6 本章小结  22-23
3 TD-LTE高铁通信组网方案  23-28
  3.1 动车组电磁环境  23-24
    3.1.1 高速移动环境  23
    3.1.2 车载通信系统电磁环境分析  23-24
  3.2 TD-LTE在高铁上的应用  24-25
  3.3 车内模型  25-27
    3.3.1 车载直放站方案  25-26
    3.3.2 微蜂窝天线方案  26
    3.3.3 车内漏缆铺设方案  26-27
  3.4 建模原则  27
  3.5 本章小结  27-28
4 车载直放站和微蜂窝接入方案  28-37
  4.1 直放站概论  28
  4.2 直放站组网方式  28-29
  4.3 LTE直放站主要技术指标要求  29-30
  4.4 直放站信号覆盖实现  30-31
  4.5 LTE直放站电磁波干扰问题及对策  31-32
    4.5.1 施主天线与覆盖天线之间的反馈干扰与隔离度问题  31
    4.5.2 无线直放站收发天线距离的计算  31-32
  4.6 微蜂窝概论  32-34
    4.6.1 车厢内覆盖实现  32-33
    4.6.2 微蜂窝确定天线情况  33-34
  4.7 仿真及分析  34-36
  4.8 本章小结  36-37
5 列车内架设泄漏电缆方案  37-63
  5.1 泄漏电缆介绍  37-39
  5.2 泄漏电缆工作原理  39-44
    5.2.1 泄漏电缆的选择  39-41
    5.2.2 泄漏电缆的主要特性指标  41-42
    5.2.3 垂直开槽泄漏电缆的耦合损耗与周期,槽宽关系的理论分析  42-43
    5.2.4 LTE泄漏电缆的覆盖距离  43-44
    5.2.5 泄漏电缆的周期设计  44
  5.3 车厢漏缆接入HFSS仿真  44-45
  5.4 仿真过程结果及其分析  45-57
    5.4.1 仿真模型的建立  45-50
    5.4.2 仿真结果及其分析  50-56
    5.4.3 车厢内泄漏电缆仿真模型及分析  56-57
  5.5 车厢内漏缆电磁兼容讨论及安装建议  57-58
    5.5.1 泄漏电缆可能产生的骚扰和受到的干扰  57-58
    5.5.2 泄漏电缆骚扰抑制分析  58
  5.6 FEKO仿真模型及分析  58-62
    5.6.1 自由空间内泄漏电缆仿真  59-60
    5.6.2 车厢内泄漏电缆仿真  60-62
  5.7 本章小结  62-63
6 总结与展望  63-65
  6.1 全文总结  63-64
  6.2 展望  64-65
参考文献  65-66
作者简历  66-68
学位论文数据集  68

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