多普勒現(xiàn)象及車地通信中的多普勒效應(yīng)

多普勒效應(yīng)

Dopplereffect多普勒效應(yīng)是為紀(jì)念?yuàn)W地利物理學(xué)家及數(shù)學(xué)家克里斯蒂安·約翰·多普勒（ChristianJohannDoppler）而命名的，他于1842年首先提出了這一理論。主要內(nèi)容：由于波源和觀察者之間有相對運(yùn)動(dòng)，使觀察者感到頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為多普勒效應(yīng)。如果二者相互接近，觀察者接收到的頻率增大；如果二者遠(yuǎn)離，觀察者接收到的頻率減小。例子：遠(yuǎn)方急駛過來的火車鳴笛聲變得尖細(xì)（即頻率變高，波長變短），而離我們而去的火車鳴笛聲變得低沉（即頻率變低，波長變長）。多普勒效應(yīng)的成因波源和觀察者無相對運(yùn)動(dòng)時(shí)單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出幾個(gè)完全波，觀察者在單位時(shí)間內(nèi)就接收到幾個(gè)完全波，故觀察者接收到的頻率等于波源的頻率。

聲音完成一次全振動(dòng)，向外發(fā)出一個(gè)波長的波，頻率表示單位時(shí)間內(nèi)完成的全振動(dòng)的次數(shù)。因此，波源的頻率等于單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個(gè)數(shù)；觀察者接收到的頻率就是單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)。觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng)時(shí)觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)減小，即接收到底頻率減小。觀察者朝波源運(yùn)動(dòng)時(shí)觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)增多，即接收到底頻率增大。波源朝觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)觀察者感覺到波變得密集，即波長減小，接收到底頻率增大。波源遠(yuǎn)離觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)觀察者感覺到波變得稀疏，即波長增大，接收到底頻率增大。多普勒效應(yīng)中觀測頻率的計(jì)算

假設(shè)波源(Source)處發(fā)射一種波，其發(fā)射頻率為f，在介質(zhì)中傳播的速度為u，則波長λ=u/f。觀察者(Observer)所接收到的頻率為f'，則發(fā)射頻率f與接收頻率f'滿足下面關(guān)系：一波源不動(dòng)，觀察者相對介質(zhì)以速度v0運(yùn)動(dòng)觀察者向著波源移動(dòng)觀察者遠(yuǎn)離波源移動(dòng)二觀察者不動(dòng)，波源相對介質(zhì)以速度vs運(yùn)動(dòng)波源向著觀察者移動(dòng)波源遠(yuǎn)離觀察者移動(dòng)三波源與觀察者同時(shí)相對介質(zhì)運(yùn)動(dòng)觀察者接收到波的頻率為：相對論性多普勒效應(yīng)相對論性多普勒效應(yīng)描述了光等高速傳播速度的波動(dòng)，因?yàn)椴ㄔ磁c觀察者的相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系而有的頻率（及波長）上的變化，這里考慮了狹義相對論帶來的效應(yīng)，與非相對論性的多普勒效應(yīng)相比，其方程中列入了狹義相對論中的時(shí)間展長效應(yīng)。假設(shè)觀察者與波源是以一相對速度v彼此遠(yuǎn)離，以波源為參考系。設(shè)定有一波前抵達(dá)觀察者處，下一個(gè)波前則距離他有λ=c/f，既然波前移動(dòng)速度為c,而觀察者遠(yuǎn)離速度為v,，則在下面時(shí)間，波與觀察者會(huì)相遇：由于相對論中的時(shí)間展長，觀察者測量到的時(shí)間會(huì)是：其中：所以相應(yīng)的頻率為：當(dāng)波源固定不變，觀察者移動(dòng)方向與存在一夾角θ，如圖：一種常見情形則觀察者接收到的頻率為：則頻率的該變量為：我們稱之為多普勒頻移（Dopplerfrequencyshift）。Handoverschemesandalgorithmsofhigh-speedmobileenvironment:Asurry多普勒頻移在移動(dòng)通信中的影響及解決方案終端隨著列車運(yùn)動(dòng)而接收到的頻率與基站實(shí)際發(fā)射功率的頻率有偏差，這種現(xiàn)象稱為多普勒頻移(fd)。假設(shè)基站發(fā)射頻率為f0，終端接收頻率為f0+fd，則基站接收頻率變?yōu)閒0+2fd。如下圖：根據(jù)多普勒頻移的計(jì)算公式：在終端移動(dòng)過程中，多普勒頻移隨著終端位置的變化而變化，當(dāng)終端移動(dòng)方向和電磁波傳播方向相同，即θ=0時(shí)，多普勒頻移最大；完全垂直時(shí)，沒有多普勒頻移。以下為幾種典型頻率的最大多普勒頻移表（θ=0）：從表中可看出頻率越高時(shí)，頻率偏移越大，并且多普勒頻移對移動(dòng)通信系統(tǒng)的影響最大是兩倍頻率頻移。多普勒頻移的解決方案頻移估計(jì)、預(yù)校準(zhǔn)

頻移校準(zhǔn)時(shí)為了使終端基本穩(wěn)定在指定頻點(diǎn)上，基站需采用頻偏預(yù)校準(zhǔn)方式。終端以某基站頻率f發(fā)送信號(hào)，基站以頻點(diǎn)f接收經(jīng)過上行高速信道的信號(hào)．該信號(hào)頻率為(f+△f)，基站可以估計(jì)出頻移△f。同理，發(fā)送信號(hào)經(jīng)過下行高速信道，同樣可以估計(jì)。設(shè)計(jì)上需要提高基站側(cè)做頻偏和校準(zhǔn)的精確程度。終端高速移動(dòng)情況下．基站一次性做頻偏估計(jì)、校準(zhǔn)，難度極大，需要采用兩次頻偏估計(jì)、校準(zhǔn)的方法，即第一次頻偏估計(jì)范圍大、估計(jì)精度差，能估計(jì)出2000Hz以上的頻偏，而第二次頻偏估計(jì)范圍小、估計(jì)精度高，能估計(jì)的頻偏范圍為800Hz左右，經(jīng)過兩次頻偏估計(jì)、校準(zhǔn)后能控制在200Hz以內(nèi)。

采用900M頻段、改進(jìn)AFC算法900M頻段覆蓋能力