Làm thế nào để ước tính và bù cho sự thay đổi doppler trong tín hiệu không dây?

Tôi đã tự hỏi phương pháp tốt nào tồn tại để ước tính (và bù tiếp theo) cho sự dịch chuyển doppler cho các tín hiệu truyền đi, có thể là âm thanh hoặc RF, trong bối cảnh của comms.

Câu hỏi: Cụ thể, nếu mức độ dịch chuyển doppler thay đổi theo thời lượng của một gói, cách tốt nhất để ước tính (theo dõi nó?) Và sau đó bù cho nó. Giả sử chúng ta có một trình tự huấn luyện. Bạn cũng có thể giả sử băng thông tín hiệu BW theo thứ tự của sóng mang. (ví dụ: nếu tín hiệu băng thông tồn tại từ 2500-7500 Hz, thì BW của nó là 5000Hz, như là sóng mang của nó.)

Một số nền tảng bổ sung cho bối cảnh:

• Một phương pháp tôi tìm thấy trong quá trình nghiên cứu:
  
  • Vì tôi có trình tự huấn luyện và biết tần số của nó, trước tiên tôi ước tính tần số nhận được của nó.
  • Tiếp theo, tôi lấy mẫu lại toàn bộ gói theo tỷ lệ liên quan đến tốc độ của sóng trong môi trường, tần số truyền đã biết và tần số thay đổi doppler ước tính mới của tôi.
  • Điều này hoạt động tốt trong các mô phỏng, nhưng điểm yếu là ước tính tần số phải rất chính xác và nó cũng giả định rằng sự thay đổi doppler không thay đổi trong suốt thời gian của gói.

Có phương pháp nào khác có thể được sử dụng để giải quyết vấn đề khi doppler thay đổi trong suốt thời gian của gói không? Ý kiến ​​của phương pháp nói trên là gì?

Cảm ơn nhiều!

Đây là một vấn đề truyền thông rất phổ biến. Tìm trong sách giáo khoa về "đồng bộ tần số"; toàn bộ cuốn sách đã được viết về những chủ đề này và có liên quan. Kỹ thuật mà bạn sẽ chọn là một chức năng của các chi tiết cụ thể trong hệ thống của bạn. Có hai nguồn bù tần số phổ biến:

• Sự khác nhau về tần số giữa bộ dao động tham chiếu tại máy phát và máy thu. Lỗi này thường nhỏ, tùy thuộc vào độ chính xác của các mốc thời gian có sẵn và có thể được giảm thiểu bằng một số chi phí. Bộ tạo dao động tinh thể giá rẻ thường đạt được 50 phần triệu lỗi hoặc tốt hơn (mặc dù điều này không trôi khi tuổi tinh thể). Nếu bạn có ngân sách lớn hơn, bạn có thể sử dụng một cái gì đó như tiêu chuẩn Rubidium, cung cấp ~ 1 phần nghìn tỷ lỗi tần số. Một cách tiếp cận rẻ hơn và ngày càng phổ biến là sử dụng máy thu GPS có đầu ra tần số chính xác (thường là 10 MHz). Cơ sở thời gian chính xác cao có sẵn từ chòm sao GPS có thể được sử dụng để huấn luyện tham chiếu chính xác theo tần số.

• Hiệu ứng động học vật lý giữa máy phát và máy thu. Một ví dụ đáng chú ý trong đó ứng dụng này là dành cho các ứng dụng liên lạc vệ tinh (đặc biệt là ở các quỹ đạo thấp hơn), nơi vệ tinh đang di chuyển (và tăng tốc) rất nhanh so với bất kỳ người quan sát nào trên Trái đất. Tốc độ hướng tâm cao của vệ tinh về phía máy thu sẽ gây ra dịch chuyển Doppler và bất kỳ thay đổi nào về vận tốc do quỹ đạo của nó gây ra sẽ khiến sự dịch chuyển đó thay đổi theo thời gian. Trong các ứng dụng mà bạn có các loại động lực này, bạn thường không thể giảm thiểu nó nhiều, vì vậy bạn còn lại với việc xây dựng một bộ thu chấp nhận các hiệu ứng.

Vậy làm thế nào để một máy thu đồng bộ hóa với máy phát trong những trường hợp này?

• Một cách tiếp cận phổ biến hữu ích cho các tín hiệu điều chế pha hoặc tần số là sử dụng vòng khóa pha . Bản thân thiết kế PLL là một chủ đề phức tạp, nhưng về bản chất, chúng là các hệ thống phản hồi có thể được sử dụng để thu nhận và theo dõi bù pha và tần số trong khi máy thu của bạn đang hoạt động. Nếu bạn chỉ cần đồng bộ hóa tần số, thì bạn có thể sử dụng vòng lặp khóa tần số thay thế; trong khi họ sẽ không cung cấp đồng bộ hóa pha cho bạn, họ thường có các thuộc tính mua lại tốt hơn.

• Để thay thế cho một vòng phản hồi, cũng có feedforward phương pháp để ước lượng tần số hoặc giai đoạn bù đắp. Một cách tiếp cận tiếp theo sẽ tận dụng chuỗi đào tạo của bạn để ước tính lỗi tần số dựa trên cách bù pha thay đổi trong quá trình của chuỗi. Tuy nhiên, nếu tần số bù thay đổi khi thời gian tiếp tục, bạn sẽ cần lặp lại quy trình ước tính để cho phép máy thu của bạn bắt kịp.

• Một kỹ thuật khác là thiết kế hệ thống của bạn trở nên mạnh mẽ để bù đắp tần số (khá nhỏ). Điều chế pha được mã hóa vi sai là một ví dụ về điều này (mặc dù lỗi tần số sẽ hiển thị dưới dạng bù pha sau khi giải mã vi sai, phải được xử lý). Các dạng sóng được điều chế tần số như FSK cũng có một số mức kháng với tần số bù, miễn là độ lệch này nhỏ so với độ lệch tần số được sử dụng bởi máy phát.

Tóm tắt rất ngắn này thực sự chỉ làm trầy xước bề mặt của một số phương pháp tiếp cận nổi tiếng hơn. Đồng bộ hóa có thể là một vấn đề khó giải quyết theo những cách thực tế, và đã có nhiều nghiên cứu trong nhiều năm qua về những cách khác nhau để làm điều đó. Nó sẽ phụ thuộc vào chính xác cách cấu trúc hệ thống của bạn và một biến rất quan trọng: SNR mục tiêu. Không có một câu trả lời "đúng" duy nhất. Tôi sẽ đưa ra một đề nghị trong sách giáo khoa; mặc dù nó rất tốn kém, "Kỹ thuật đồng bộ hóa cho máy thu kỹ thuật số" của Mengali là một văn bản toàn diện về đồng bộ hóa thời gian, pha và tần số.