Як оцінити та компенсувати зсув доплерів у бездротових сигналах?

Мені було цікаво, які хороші методи (методи) існують для оцінки (та подальшої компенсації) доплерівського зсуву для переданих сигналів, будь то акустичний чи радіочастотний, в контексті кому.

Питання: Зокрема, якщо ступінь зсуву допплера змінюється протягом тривалості пакету, як найкраще оцінити (відстежити?) І потім компенсувати це. Припустимо, у нас є послідовність тренерів. Ви також можете припустити, що смуга передачі сигналу BW знаходиться в порядку її носія. (наприклад, якщо сигнал пропускної здатності існує від 2500-7500 Гц, його BW становить 5000 Гц, як і його носій.)

Деякі додаткові передумови для контексту:

• Один метод, який я знайшов під час свого дослідження:
  
  • Оскільки я маю послідовність тренерів і знаю її частоту, спочатку я оцінюю її отриману частоту.
  • Далі я перепробовую весь пакет за співвідношенням, яке пов'язане зі швидкістю хвилі в середовищі, моєю відомою переданою частотою та моєю новою оцінною доплерівською зміщеною частотою.
  • Це добре працює в симуляціях, але слабкі сторони полягають у тому, що оцінка частоти повинна бути дуже точною, а також передбачає, що доплерівський зсув не змінюється протягом тривалості пакету.

Чи існують якісь інші методи, які можна використовувати для вирішення проблеми, коли доплер змінюється протягом тривалості пакету? Яка думка вищезгаданого методу?

Велике дякую!

Це дуже поширена проблема зв'язку. Шукайте в підручнику "синхронізацію частоти"; Ці ці книги написані на ці споріднені теми. Техніку, яку ви обрали б, - це залежно від специфіки вашої системи. Є два загальних джерела зміщення частоти:

• Відмінності частоти між опорним осцилятором на передавачі та приймачі. Ця помилка, як правило, невелика, залежно від точності наявних баз часу, і їх можна зменшити за певну ціну. Дешеві кристалічні генератори, як правило, досягають 50 частин на мільйон помилок або краще (хоча це все-таки дрейфує в міру старіння кристала). Якщо у вас більший бюджет, ви можете використовувати щось на кшталт стандарту Rubidium, який передбачає ~ 1 частина на трильйон помилок частоти. Більш дешевий і все більш поширений підхід полягає у використанні GPS-приймача, що має точний частотний вихід (зазвичай 10 МГц). Високоточна часова база, наявна в сузір'ї GPS, може використовуватися для тренування посилання точно по частоті.

• Ефекти фізичної динаміки між передавачем і приймачем. Один з помітних прикладів, коли це грає, - це програми супутникового зв'язку (особливо на нижній орбіті), де супутник дуже швидко рухається (і прискорюється) відносно будь-якого спостерігача на Землі. Велика радіальна швидкість супутника до приймача спричинить зсув Доплера, і будь-яка зміна цієї швидкості, спричиненої його орбітою, призведе до того, що цей зсув зміниться з часом. У додатках, де у вас така динаміка, ви зазвичай не можете її значно пом’якшити, тому вам залишається створити приймач, який терпить ефекти.

То як приймач синхронізується з передавачем у цих випадках?

• Один загальний підхід, корисний для фазових або частотно-модульованих сигналів, - це використання фазового блоку . Проектування PLL є самою складною темою, але по суті, вони є системами зворотного зв'язку, які можна використовувати для отримання та відстеження зміщення фази та частоти, поки приймач працює. Якщо вам потрібна лише частотна синхронізація, ви можете замість цього використати цикл із заблокованою частотою; хоча вони не забезпечать фазову синхронізацію для вас, вони часто мають кращі властивості отримання.

• В якості альтернативи в петлю зворотного зв'язку, є також пряма подача підходи до оцінки частоті або фазі зміщення. Один підхід подачі використовує вашу тренувальну послідовність для оцінки частотної помилки на основі того, як зміна фази змінюється протягом послідовності. Якщо зміщення частоти змінюється з часом, вам потрібно буде повторити процедуру оцінки, щоб ваш приймач міг наздогнати.

• Ще одна методика - спроектувати вашу систему, щоб вона була надійною (порівняно невеликою) компенсацією частоти. Диференційно кодована фазова модуляція є прикладом цього (хоча помилка частоти виявиться як фазовий зсув після диференціального декодування, з яким потрібно обробляти). Частотно-модульовані форми хвиль, такі як FSK, також мають певний рівень стійкості до зміщення частоти, доки зсув невеликий щодо величини відхилення частоти, використовуваної передавачем.

Цей дуже короткий підсумок справді просто дряпає поверхню деяких більш відомих підходів. Синхронізація може бути важкою проблемою, яку можна вирішити практичними способами, і протягом багатьох років було проведено багато досліджень щодо різних способів її здійснення. Це буде залежати від того, як саме будується ваша система, і однієї дуже важливої ​​змінної: цільового SNR. Немає єдиної "правильної" відповіді. Я зроблю одну рекомендацію підручника; Хоча це дуже дорого, "Техніка синхронізації цифрових приймачів" від Mengali - це вичерпний текст про синхронізацію, фазу та частоту синхронізації.