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)念奧地利物理學(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動，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動時單位時間內(nèi)波源發(fā)出幾個完全波，觀察者在單位時間內(nèi)就接收到幾個完全波，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，向外發(fā)出一個波長的波，頻率表示單位時間內(nèi)完成的全振動的次數(shù)。因此，波源的頻率等于單位時間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個數(shù)；觀察者接收到的頻率就是單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)。觀察者遠(yuǎn)離波源運動時觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)減小，即接收到底頻率減小。觀察者朝波源運動時觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)增多，即接收到底頻率增大。波源朝觀察者運動時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)離觀察者運動時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，觀察者相對介質(zhì)以速度v0運動觀察者向著波源移動觀察者遠(yuǎn)離波源移動二觀察者不動，波源相對介質(zhì)以速度vs運動波源向著觀察者移動波源遠(yuǎn)離觀察者移動三波源與觀察者同時相對介質(zhì)運動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，因為波源與觀察者的相對運動關(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，下一個波前則距離他有λ=c/f，既然波前移動速度為c,而觀察者遠(yuǎn)離速度為v,，則在下面時間，波與觀察者會相遇：由于相對論中的時間展長，觀察者測量到的時間會是：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多普勒頻移在移動通信中的影響及解決方案終端隨著列車運動而接收到的頻率與基站實際發(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)多普勒頻移的計算公式：在終端移動過程中，多普勒頻移隨著終端位置的變化而變化，當(dāng)終端移動方向和電磁波傳播方向相同，即θ=0時，多普勒頻移最大；完全垂直時，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，頻率偏移越大，并且多普勒頻移對移動通信系統(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、預(yù)校準(zhǔn)

頻移校準(zhǔn)時為了使終端基本穩(wěn)定在指定頻點上，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，基站以頻點f接收經(jīng)過上行高速信道的信號．該信號頻率為(f+△f)，基站可以估計出頻移△f。同理，發(fā)送信號經(jīng)過下行高速信道，同樣可以估計。設(shè)計上需要提高基站側(cè)做頻偏和校準(zhǔn)的精確程度。終端高速移動情況下．基站一次性做頻偏估計、校準(zhǔn)，難度極大，需要采用兩次頻偏估計、校準(zhǔn)的方法，即第一次頻偏估計范圍大、估計精度差，能估計出2000Hz以上的頻偏，而第二次頻偏估計范圍小、估計精度高，能估計的頻偏范圍為800Hz左右，經(jīng)過兩次頻偏估計、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