扩频通信中的多普勒频移及补偿方法.
扩频通信中的多普勒频移及补偿方法
6加特纳.锁相环技术.北京：人民邮电出版社，2007
7卢护林 冼友伦 苏 涛.一种相位编码信号多普勒补偿方法的研究与实现，火控雷达技
术.2009,(38).
常用信号为窄带信号(带宽远小于中心频率)，其发射信号可以表示为： 其中，Re表示取实部， 为调制信号的复包络， 为发射角频率。则自由目标反射的回波信号为： 其中， 为回波滞后于发射信号的时间，其中R为收发双方间的距离，c为电磁波的传播速度（光速），k为回波的衰减系数。
当目标和基站之间没有相对运动时，则距离R为常数。回波与发射信号之间有固定相位差 ，它是电磁波往返于基站与目标之间所产生的相位滞后。而当目标与基站站之间有相对运动时，则距离R随时间变化。设目标和基站作匀速相向运动，则在时间t时刻目标与信源间的距离 为： 其中， 为t=0时的距离， 为目标和基站的相对径向运动速度。
五 参考文献
1王丹志，李署坚．高动态解扩接收机的载波跟踪与数据解调．研究与分析．2001·4
2程乃平，任宇飞，吕金飞．高动态扩频信号的载波跟踪技术研究．电子学报。2003·12·
31(12A)，2147—2150
3张厥盛，郑继禹，万心平．锁相技术[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2000
4王福生，鲁昆生.锁相技术(第二版).武汉：华中科技大学出版社,2009
Costas环工作原理
在通信中，由于发射端高速移动或者发射端距离接收端比较远，使得发回的信号很微弱，又由于移动引起的多普勒效应，频率漂移严重。在这种情况下，如果采用普通接收机，势必要求它有足够的带宽，这样势必会有更多的噪声没有被滤掉，从而使得接收机的输出信噪比将严重下降而无法有效地检出有用信号。如果采用下图所示的锁相接收机，利用环路的窄带跟踪特性，就可以十分有效的提高输出信噪比，获得满意的接收结果。
零差相干激光通信系统中多普勒频移的补偿方法
零差相干激光通信系统中多普勒频移的补偿方法随着科技的不断发展，激光通信系统的应用越来越广泛。
而在激光通信中，零差相干激光通信是一项比较成熟的技术。
在使用零差相干激光通信系统进行通信时，由于通信双方之间存在相对运动，会产生多普勒频移，这会对通信系统的性能产生一定的影响。
因此，需要对多普勒频移进行补偿，以保证通信系统的性能。
本文将介绍针对零差相干激光通信系统中多普勒频移的补偿方法。
一、多普勒频移的原因和表现在通信中，由于通信双方之间存在相对运动，导致接收信号频率的改变，称为多普勒频移。
其原因是相对运动产生的多普勒效应。
这种情况在无线通信系统和卫星通信中也存在。
在零差相干激光通信系统中，由于通信双方之间存在相对运动，会使接收到的激光信号频率发生变化。
同时，由于激光的高频特性，多普勒频移的表现非常明显。
为了解决多普勒频移对零差相干激光通信的影响，需要对其进行补偿。
现有的多普勒频移补偿方法主要有以下三种。
1.硬件架构补偿硬件架构补偿主要通过设计一些特殊的光学元件，来使信号经过这些元件后频率发生变化。
通过这种方式，可以实现多普勒频移的补偿。
但该方法的弊端是需要一些特殊的光学元件，成本比较高。
2.数字信号处理补偿数字信号处理补偿方法主要是通过对接收到的信号进行处理，来对多普勒频移进行补偿。
其具体实现是通过对接收信号进行FFT变换，对信号的频谱进行计算和处理，来进行多普勒频移的补偿。
这种方法相对成本低，但其计算量比较大，对实时性要求高的场合不适合使用。
3.特殊算法补偿特殊算法补偿方法主要是通过利用某些特殊的算法，通过对信号进行变化来实现多普勒频移的补偿。
如常用的PDH(斯托克斯－薛定谔－哈特利)方法和FLL(锁相环)方法。
这种补偿方法相对来说比较灵活，但需要一定的算法基础，设计成本也比较高。
总结：在使用零差相干激光通信系统进行通信时，由于存在相对运动，会产生多普勒频移。
为了保证通信系统的性能，需要对多普勒频移进行补偿。
移动通信多普勒频移计算简版修正
移动通信多普勒频移计算移动通信中，多普勒频移是指由于信号源和接收器之间的相对运动而导致信号频率的变化。
在移动通信系统中，多普勒频移对信号的正常接收和解调产生了一定的影响，准确计算多普勒频移变得非常重要。
本文将介绍移动通信中多普勒频移的计算方法。
1. 多普勒效应多普勒效应是物理学中的一个重要现象，描述了当源和接收者相对运动时，接收到的信号频率发生变化的现象。
对于移动通信系统而言，信号源可以是移动的移动通信设备（如方式），接收者可以是基站或其他的移动通信设备。
由于信号源和接收者之间的相对运动，信号频率会发生变化，这就是多普勒频移。
2. 多普勒频移的计算多普勒频移的计算基于多普勒效应的基本原理。
根据多普勒效应的公式，多普勒频移可以通过以下公式计算得出：\\[ f_{\\text{移}} = \\frac{{f_{\\text{源}} \\cdot v \\cdot \\cos(\\theta)}}{c} \\]其中，\\( f_{\\text{移}} \\) 是多普勒频移，\\( f_{\\text{源}} \\) 是信号源的频率，\\( v \\) 是源和接收者之间的相对速度，\\( \\theta \\) 是源和接收者之间的相对角度，\\( c \\) 是光速。
在移动通信中，通常会考虑到信号的频率变化范围，多普勒频移的计算可以按照以下步骤进行：1. 获取源和接收者之间的相对速度 \\( v \\)。
2. 获取源和接收者之间的相对角度 \\( \\theta \\)。
3. 获取信号源的频率 \\( f_{\\text{源}} \\)。
4. 根据上述公式计算多普勒频移 \\( f_{\\text{移}} \\)。
3. 多普勒频移的影响多普勒频移对移动通信系统有一定的影响，主要体现在以下几个方面：1. 信号解调的困难：多普勒频移会导致信号的频率偏离预期值，进而影响信号的正确解调。
在移动通信系统中，需要采用相应的技术手段来克服多普勒频移产生的问题。
2FSK扩频系统中多普勒频移容限扩展的一种方法
系统 的 信 噪 比。
化 ， 以 。 就 要 求 对 接 收 机 基 带 信 号 中 的 多 普 勒 频 移 容 限 所 这
进行扩展 ， 以改 善 对 相 关 峰 的影 响 。
１ Ｆ Ｋ 扩 频 信 号 调 制 及 解 调 解 扩 处 理 流 程 Ｓ
在 传 统 的 Ｆ Ｋ直 接 扩 频 通 信 系 统 ［ 发 射 端 ， 源 输 出 Ｓ ５ １ 的 信
的信 号 是 码 元 持 续 时 间 为 的信 息 流 ． 信 码 与 伪 随 机 码 产 生 将 器 产 生 的 伪 随 机 码 进 行 模 ２加 ． 生 速 率 与 伪 随 机 码 速 率 相 产 同 的 扩 频 序 列 ， 后 再 用 扩 频 序 列 去 调 制 载 波 ， 样 就 得 到 然 这 已扩 频调 制 的 射 频 信 号 。 在 接 收 端 ， 收 到 的 扩 频 信 号 经 高 放 和 混 频 后 ， 与 发 接 用 射 端 同 步 的 伪 随 机 序 列 对 中 频 的扩 频 调 制信 号 进 行 解 扩 ． 最 后 经 信 息 解调 ， 复 出所 传 输 的信 息 ， 而 完 成 信 息 的传 输 。 恢 从
目前 。 于 扩 频 系 统 多 普 勒 频 移 容 限 扩 展 的 研 究 ． 般 关 一
只 是 局 限 在 相 移 键 控 （Ｓ 扩 频 信 号 ［ ． 于 频 移 键 控 Ｐ Ｋ） ３ 对 １ 上 （Ｓ 扩 频 信 号 尚 未 提 及 ， 大 多 数 针 对 ｌ 扩 频 系 统 的 研 Ｆ Ｋ） 而 ：
ｃ ｒｅａ ｉｎ ｐ ａ ，ａｍｅｈ ｄ ｔ ｘ ｅ ｄ Ｄｏ ｐ ｅ ｈｆ ｌ ｒ ｎ ｅ ｉ Ｆ Ｋ ｐ ｅ ｄ ｓ ｅ ｔ ｍ ｏ ｏ ｒ ｌｔ ｅ ｋ ｔ ｏ ｅ ｔｎ ｐ ｌｒ ｉ ｔ ｅ ａ ｃ ２ Ｓ ｓ ｒ ａ ｐ ｃｒ ｃ ｍｍｕ ｉａ ｏ ｙ ｔｍ ｒ ｐ ｓ ｄ， ａ ｏ ｏ ｓ ｔｏ ｎ ｕ ｎｃ ｔ ｎｓ ｓ ｉ ｅ ｉｐｏｏｅ ｔ ｔ ｓ ｈ
扩频通信中的多普勒频移及补偿方法.
扩频通信中的多普勒频移及补偿方法一多普勒频移概述在高动态环境下，运动的载体存在速度、加速度，这将导致在通信过程中载波存在多普勒频移。
当发射源和接收者之间有径向运动时，接收到的信号频率将发生变化，这就是多普勒效应。
这一现象首先在声学上由澳大利亚物理学家多普勒(J.Doppler)于1842年发现，1930年左右开始将这一规律应用于电磁波领域。
常用信号为窄带信号(带宽远小于中心频率)，其发射信号可以表示为：其中，Re表示取实部，u(t)为调制信号的复包络，w0为发射角频率。
则自由目标反射的回波信号为：] 其中，为回波滞后于发射信号的时间，其中R为收发双方间的距离，c为电磁波的传播速度（光速），k为回波的衰减系数。
当目标和基站之间没有相对运动时，则距离R为常数。
回波与发射信号之间有固定相位差，它是电磁波往返于基站与目标之间所产生的相位滞后。
而当目标与基站站之间有相对运动时，则距离R 随时间变化。
设目标和基站作匀速相向运动，则在时间t时刻目标与信源间的距离R(t)为：其中，R0为t=0时的距离，vr为目标和基站的相对径向运动速度。
由于通常基站和目标间的相对运动速度vr远小于电磁波速度c，故时延可近似为：相位差为：2c回波信号比起发射信号来，2可见，相位差是时间t的函数。
在径向速度vr为常数时，产生的频率差为这就是多普勒频移，它正比于相对于运动的速度而反比于工作波长。
当目标和基站做相向运动时，多普勒频率为正值，即接收信号的频率高于发射信号的频率；而当目标和基站做背离运动时，多普勒频率为负值，即接收信号的频率低于发射信号的频率。
二多普勒频移补偿方法在扩频通信系统中，这种频移将给伪码的捕获及后续的数据解调造成困难，为实现可靠通信，必须对载波的偏移进行补偿。
常用的载波频率估计方法有叉积鉴频器、快速傅立叶变换等。
当采用傅立叶变换法估计载波的频偏时，其频谱分辨率与采样点数成反比，采样点数越多，频偏分辨率越小，跟踪精度越高。
2FSK扩频系统中多普勒频移容限扩展的一种方法
2FSK扩频系统中多普勒频移容限扩展的一种方法薛敏彪;王坤;党群【摘要】In the high dynamic spread spectrum communication system,the Doppler shift can decrease the correlation peak from the matched filter and influence the acquisition of PN code.On the basis of analyzing the impact of Doppler shift on the correlation peak,a method to extend Doppler shift tolerance in 2FSK spread spectrum communication system is proposed,that properly shorten the time of coherent integration,and combine coherent integration with incoherent integration together in PN code acquisition and data demodulation.This program is effective in reducing the correlation peak＇s sensitivity to Doppler shift,and the Doppler shift tolerance is effectively extended.%在高动态扩频通信系统中,多普勒频移会导致匹配滤波器输出相关峰值降低而影响伪码的捕获。
在分析相关峰所受多普勒频移影响的基础上,提出了一种扩展2FSK扩频通信系统的多普勒频移容限的方法,即适当缩短相关累加时间,伪码捕获和数据解调时采用相关累加与非相关累加相结合的方法。
多普勒扩展和多普勒频移
多普勒扩展和多普勒频移
多普勒扩展和多普勒频移是雷达测量中常见的现象，它们在雷达信号处理中具有重要的意义。
多普勒扩展指的是由于目标物体相对于雷达的运动而导致的雷达信号扩展的现象。
当目标物体向雷达靠近或远离时，接收到的信号频率会发生改变，这就是多普勒频移。
如果目标物体的运动速度非常快，那么多普勒频移会非常明显，这可能会导致雷达接收到的信号频率在带宽范围内发生扩展。
为了解决多普勒扩展和多普勒频移带来的问题，雷达信号处理中采用了多种技术。
其中比较常见的方法是采用多普勒滤波器，通过滤波器对接收信号进行处理，从而消除多普勒频移。
此外，还可以采用相干积累技术来提高信号的信噪比，从而更好地探测目标物体。
总之，多普勒扩展和多普勒频移是雷达测量中常见的现象，需要在雷达信号处理中采用相应的技术进行处理，以获得更准确的目标探测结果。
- 1 -。
移动通信多普勒频移计算
移动通信多普勒频移计算移动通信多普勒频移计算1. 引言本文档旨在介绍移动通信中多普勒频移的计算方法。
移动通信系统中，移动终端由于运动所造成的多普勒效应会影响到信号的频率，因此需要进行多普勒频移的计算。
2. 多普勒效应简介2.1 多普勒效应的定义多普勒效应是指当信号源和接收器之间相对运动时，信号的频率发生改变的现象。
2.2 多普勒效应对移动通信的影响移动终端在移动过程中会引起多普勒效应，由于频率的变化，可能会导致信号的接收质量下降，影响通信的可靠性。
3. 多普勒频移计算方法3.1 公式推导根据多普勒效应的定义，可以得到多普勒频移的计算公式如下：f' = f (1 + v/c cosθ)其中，f' 是接收到的频率，f 是发送的频率，v 是移动终端的速度，c 是光速，θ是信号的传播方向与移动终端运动方向之间的夹角。
3.2 具体计算步骤根据上述公式，计算多普勒频移的具体步骤如下：1. 确定信号的频率 f。
2. 确定移动终端的速度 v。
3. 确定信号的传播方向与移动终端运动方向之间的夹角θ。
4. 使用上述公式计算多普勒频移 f'。
5. 得到多普勒频移 f' 的数值。
4. 附件本文档不涉及附件。
5. 法律名词及注释5.1 多普勒效应多普勒效应是指当信号源和接收器之间相对运动时，信号的频率发生改变的现象。
5.2 频率频率是指单位时间内信号周期的次数。
5.3 移动终端移动终端是指在移动通信中用于接收和发送信号的设备，包括方式、无线通信设备等。
5.4 光速光速是物质在真空中传播的速度，约为 299,792,458 米/秒。
5.5 夹角夹角是两条直线相交时，两条直线之间的角度。
6. 结束语本文介绍了移动通信中多普勒频移的计算方法，包括多普勒效应的简介、多普勒频移计算方法的推导和具体步骤。
通过对多普勒频移的计算，可以更好地理解在移动通信中由于终端速度引起的频率变化现象。
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扩频通信中的多普勒频移及补偿方法
一多普勒频移概述
在高动态环境下，运动的载体存在速度、加速度，这将导致在通信过程中载波存在多普勒频移。
当发射源和接收者之间有径向运动时，接收到的信号频率将发生变化，这就是多普勒效应。
这一现象首先在声学上由澳大利亚物理学家多普勒(J.Doppler)于1842年发现，1930年左右开始将这一规律应用于电磁波领域。
常用信号为窄带信号(带宽远小于中心频率)，其发射信号可以表示为：
其中，Re表示取实部，u(t)为调制信号的复
包络，
w0
为发射角频率。
则自由目标反射的回波信号为：
] 其中，为回波滞后于发射信
号的时间，其中R为收发双方间的距离，c为电磁波的传播速度（光速），k为回波的衰减系数。
当目标和基站之间没有相对运动时，则距离R为常数。
回波与发射信号之间有固定相位差
，它是电磁波往返于基站
与目标之间所产生的相位滞后。
而当目标与基站站之间有相对运动时，则距离R 随时间变化。
设目标和基站作匀速相向运动，则在时间t时刻目标与信源间的距离R(t)为：其中，R0为t=0时的距离，vr为目标和基站的相对径向运动速度。
由于通常基站和目标间的相对运动速度vr远小于电磁波速度c，故时延可近似
为：相位差为：
2c
回波信号比起发射信号来，
2
可见，相位差是时
间t的函数。
在径向速度vr为常数时，产生的频率差为
这就是多普勒频移，它正比于相对于运动的速度而反比于工作波长。
当目标和基
站做相向运动时，多普勒频率为正值，即接收信号的频率高于发射信号的频率；而当目标和基站做背离运动时，多普勒频率为负值，即接收信号的频率低于发射信号的频率。
二多普勒频移补偿方法
在扩频通信系统中，这种频移将给伪码的捕获及后续的数据解调造成困难，为实现可靠通信，必须对载波的偏移进行补偿。
常用的载波频率估计方法有叉积鉴频器、快速傅立叶变换等。
当采用傅立叶变换法估计载波的频偏时，其频谱分辨率与采样点数成反比，采样点数越多，频偏分辨率越小，跟踪精度越高。
但是在采样间隔固定的条件下，采样点数的增加意味着数据的准备时间加大，远远大于采用DSP进行FFT运算所需的时间。
因此采用傅立叶变换估计调整载波的频偏是不现实的。
在相干接收机系统中，恢复出与调制载波同频同相的相干载波是系统设计的关键。
扩频接收机载波的同步包括捕获和跟踪两个过程，载波捕获即多普勒频移的粗略估计，通常包含在伪码同步过程中，而精确的载波相位及多普勒频移则通过FLL（锁频环）和PLL（锁相环）跟踪来实现。
锁频环具有较好的动态性能，但跟踪精度较低, 锁相环具有较高的跟踪精度，但对通信链路干扰的容忍能力差，特别是受载体动态引入的多普勒频移影响较大；而载波跟踪环的跟踪精度决定了最后定位测量的精度。
当多普勒频移高于
±40kHz ，多普勒频率一次变化率为
4kHz/s ，二次变化率为200Hz/s时，接收机的PLL将不能稳定工作。
由于在系统设计中，多普勒频移远小于这一极限值，另外，锁频环鉴别器需要两组相关积分采样点用于计算频率差值，并且这两组采样值应该在同一个数据位时间区间之内。
系统中，由于积分时间与调制数据位宽度相同，每次得到的相关采样值将位于不同的数据位区间内，不适合使用锁频环，故只采用锁相环完成载波频率和相位的跟踪。
三锁相环设计
在实际工程中，常把位置信号、速度信号和加速度信号作为典型输入量来分析各种控制系统的性能。
在锁相环中也是这样，只不过环路的输入量是相位，所以三种典型的暂态信号是相位阶跃信号、相位斜升信号和相位加速度信号。
这三种信号在实际工程中是由收发信机的相对运动产生的。
因此，不妨通过研究收发信机的相对位置和相位之间的关系来研究这三种信号。
设发射机发射信号的频率为ωi，瞬时相位为ωit。
若收发信机相对距离为R(t)，则接收机接收信号的瞬时相位为ωi[t−R(t)/c]，锁相环的输入量为：θi=ωiR(t)/c 式中c为光速。
接收信号的瞬时功率为：ωi t =ωi[1−dR(t)
cdt] 由此可见，若
收发信机的距离不变，则R(t)=Ro ，则环路的输入量不变；若收发信机的距离发生突变时，则接收信号的相位将发生阶跃变化；若收发信机作相对匀速运动，则R(t)=Ro+vt ,（v为相对速度），环路输入量作斜升变化，斜升速度为ωiv/c ；若收信机作加速度变化，相位变化加速度为ωia/c 。
常规接收机中载波跟踪是在数字延迟锁定环对伪码相关解扩的基础上，通过科斯塔斯环（PLL的一种）重构载波相位解调BPSK数据实现的。
Costas环又称同相正交环，是
PLL的一种，由于它对载波调制数据不敏感而在高动态扩频接收机中得到了普遍应用。
科思塔斯载波跟踪环由载波鉴相器、载波环路滤波器和载波NCO组成。
其结构原理图如下所示。
Costas环工作原理
在通信中，由于发射端高速移动或者发射端距离接收端比较远，使得发回的信号很微弱，又由于移动引起的多普勒效应，频率漂移严重。
在这种情况下，如果采用普通接收机，势必要求它有足够的带宽，这样势必会有更多的噪声没有被滤掉，从而使得接收机的输出信噪比
将严重下降而无法有效地检出有用信号。
如果采用下图所示的锁相接收机，利用环路的窄带跟踪特性，就可以十分有效的提高输出信噪比，获得满意的接收结果。
锁相接收机
锁相接收机实际上是一个窄带跟踪环路，它比一般的锁相环回路多了一个混频器和中频放大器，由压控振荡器输出电压作为本振电压（频率为ωo），它与外加接收信号（频率为ωi）相混后，输出中频电压，经过中频放大后加到鉴相器与本地标准中频参考信号进行相位比较，在环路锁定时，加到鉴相器上的两个中频信号频率相等。
当外界输入频率发生变化时，压控振荡器的频率也会发生变化，使中频信号自动维持在标准中频上不变。
这样，中频放大器的通带就可以做得很窄，从而保证鉴相器输入端有足够的信噪比，这样就提高了接收机的灵敏度。
四总结
锁相接收机是一个窄带跟踪环路的调整。
比一般的锁相环回路多了一个混频器和中频放大器。
外界输入频率发生变化时，压控振荡器的频率也会发生变化，使中频信号自动维持在标准中频上不变。
因此，
可以是的中频的带宽作的很窄，从而使得噪声的带宽减小，另噪声的功率减小，从而提高信噪比。
此外，由于锁相环的跟踪特质，使得接收端可以在与发射端相对运动速度较大时稳定可靠的跟踪信号频率和相位，从而准确的接收信息。
五参考文献
1 王丹志，李署坚．高动态解扩接收机的载波跟踪与数据解调．研究与分析．2001·4
2 程乃平，任宇飞，吕金飞．高动态扩频信号的载波跟踪技术研究．电子学报。
2003·12· 31(12A)，2147—2150
3 张厥盛，郑继禹，万心平．锁相技术[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2000
4 王福生，鲁昆生.锁相技术(第二版).武汉：华中科技大学出版社,2009
5 胡宴如，耿苏燕.高频电子线路.北京：高等教育出版社，2009.1
6 加特纳.锁相环技术.北京：人民邮电出版社，2007
7 卢护林冼友伦苏涛.一种相位编码信号多普勒补偿方法的研究与实现，火控雷达技术.2009,(38).。