移动通信多普勒频移计算

第三、五章 习题答案（部分）第三章习题答案1. 某移动通信网，基站的发射频率为1850MHz ，一辆汽车以每小时60公里速度运动，试计算在以下情况下接收机载波频率。

(1) 汽车沿直线朝向发射机运动(2) 汽车沿直线背向发射机运动(3) 汽车运动方向与入射波方向成直角,解：由于m f c 162.010*********=××==λ (1)多普勒频移 Hz v f o 1030cos 162.06/100cos ===Δθλ，所以接收机的载波频率为Hz f f f 18500001031031850000000=+=Δ+=(2)多普勒频移 Hz v f o 103180cos 162.06/100cos −===Δθλ，所以接收机的载波频率为Hz f f f 18499998971031850000000=−=Δ+=(3)多普勒频移 Hz v f o 090cos 3/16/100cos ===Δθλ，所以接收机的载波频率为MHz f f f 1850=Δ+=2. P.132 第6题dB L L T A 9.127== 传播路径上的损耗中值P PC dBW dBm 9.1119.81（2） 移动台天线上的接收信号功率中值 =−=−第四章习题答案2.目前提高蜂窝系统的容量可以采用哪些技术？这些技术是如何提高蜂窝系统容量的？答:目前提高蜂窝系统的容量可以采用小区分裂、划分扇区（裂向）和微小区技术等。

小区分裂技术是在保持同频复用比Q不变的情况下，通过减小小区半径R，相应的增加小区个数，来增加信道的复用次数，从而提高系统容量。

裂向技术(小区划分扇区,使用定向天线)是在保持小区半径R不变的情况下，通过使用定向天线来减少同频干扰来提高系统容量的。

由于减少了同频干扰，所以可减少无线区群内的小区个数N。

而在同一个服务区内，N减少，信道的复用次数增加，从而提高系统容量。

3. 有一个蜂窝服务供应商决定用数字TDMA方案，该方案可以容忍的最坏情况下的信噪比为15dB，求最理想的N值(a)全向天线，(b)120度扇区，(c)60度扇区。

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。

多普勒频移公式推导多普勒效应是由奥地利物理学家克里斯蒂安·多普勒于1842年发现的，他发现当源波与接收器之间发生相对运动时，接收器所测得的频率与源波的频率之间存在着一定的关系。

多普勒效应被广泛应用于天文学、物理学和工程学等领域，例如天体移动的速度、声音频率的变化等等。

首先，我们假设光源相对于接收器具有速度v相对运动，光源的频率为f_0，接收器接收到的频率为f。

我们用c来表示光在真空中的速度。

当光源和接收器静止不动时，光的频率f与源波的频率f_0相等。

即f=f_0根据这个关系，我们可以将光源的频率写为：f_0=f当光源和接收器相对运动时，光的频率f与源波的频率f_0之间存在着一定的差别。

当光源和接收器相向运动时，光的频率f将增加。

我们可以根据光的速度和接收器接收到的频率之间的关系来推导多普勒频移公式。

设光源相对于接收器的速度为v，光在真空中的速度为c。

根据相对论的洛伦兹变换，可以得到频率之间的关系为：f=(c+v)/(c-v)*f_0根据上式，我们可以知道当光源和接收器相向运动时，即v为正数时，接收器接收到的光的频率f比源波的频率f_0要高。

同样地，当光源和接收器远离彼此运动时，光的频率f将减小。

我们可以用同样的方法来推导多普勒频移公式。

设光源相对于接收器的速度为-v，光在真空中的速度为c。

根据相对论的洛伦兹变换，可以得到频率之间的关系为：f=(c-v)/(c+v)*f_0根据上式，我们可以知道当光源和接收器远离彼此运动时，即v为负数时，接收器接收到的光的频率f比源波的频率f_0要低。

综上所述，我们可以得到多普勒频移公式：f=(c+v)/(c-v)*f_0(1)光源和接收器相向运动f=(c-v)/(c+v)*f_0(2)光源和接收器远离彼此运动。

当终端在运动中通信时，特别是在高速情况下，终端和基站都有直视信号，接收端的信号频率会发生变化，称为多普勒效应。

多普勒效应所引起的频移称为多普勒频移（Doppler shift），其计算公式如下所示：
θ为终端移动方向和信号传播方向的角度；
υ是终端运动速度；
波长为载频频率/电磁波传播速度
多普勒效应见下图：
从公式（1）和上图可以看出：
用户移动方向和电磁波传播的方向相同时，多普勒频移最大；完全垂直时，没有多普勒频移。

多普勒频移的大小和运动速度成正比，运动速度越快频偏越大．
假定移动速度不变，用户先朝向基站运动而后远离基站，多普勒频偏先正后负。

为了对抗多普勒频移，终端和基站需要有以下处理能力：
终端需要能够处理多普勒频移Δf,
基站需要能处理2倍的多普勒频移，爱立信通过特有的频率偏移校正算法进行修正，从而保证正确解调接收信号。

下表是接收机抵抗多普勒频移的仿真结果：
此仿真结果是基于最恶劣的场景。

结果表明无论是话务信道还是信令信道，其FER的恶化都是很有限的。

因此，可以认为目前高速铁路给GSM网络带来的影响中，多普勒频移不是主要因素。

计算多普勒频移摘要：一、多普勒频移的定义与原理1.多普勒效应的背景2.多普勒频移的定义3.多普勒频移的原理简述二、多普勒频移的计算方法1.频移的计算公式2.计算中的关键参数3.不同场景下的多普勒频移计算方法三、多普勒频移的应用领域1.天文学中的应用2.雷达系统中的应用3.其他领域的应用四、我国在多普勒频移研究方面的成果1.我国多普勒频移研究的发展历程2.我国在多普勒频移研究方面的主要成果3.我国在该领域的发展前景正文：多普勒频移是描述物体相对运动的一种现象，它广泛应用于天文学、雷达系统等领域。

多普勒效应源于奥地利科学家克里斯蒂安·多普勒在19 世纪提出的理论。

多普勒频移是指，当波源与观察者之间存在相对运动时，观察者接收到的波的频率与波源发出的波的频率之间会存在差异。

这种频率差异称为多普勒频移。

为了计算多普勒频移，我们需要了解以下关键参数：1.波源的频率：波源发出的波的频率。

2.观察者的相对速度：观察者与波源之间的相对速度。

3.波长：波的传播过程中的波长。

根据多普勒频移的计算公式，我们可以得到多普勒频移的值。

在实际应用中，多普勒频移的计算方法会根据具体场景而有所不同。

例如，在天文学中，多普勒频移常用于测量恒星的速度；在雷达系统中，多普勒频移可以用于测量目标物体的速度。

我国在多普勒频移研究方面取得了显著成果。

自20 世纪50 年代起，我国就开始关注多普勒频移的研究。

经过几十年的发展，我国在多普勒频移的理论研究、实验装置建设以及应用等方面都取得了重要突破。

如今，我国在多普勒频移研究方面已经具备了与国际先进水平相当的实力。

收稿日期:2006-03-24 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60472064);河南省自然科学基金资助项目(0511010700) 作者简介:徐晓建(1978-)男,江西乐平人,信息工程大学博士研究生,主要研究方向为移动信道估计,自适应接收机和协作通信。

移动通信系统中一种基于对数包络的多普勒频移估计方法徐晓建,隋　丹,李兆训,胡捍英(信息工程大学信息工程学院,河南郑州450002)摘要:文章提出了一种基于对数包络算法的多普勒频移估计器。

该算法利用接收导频信号的对数包络自相关来获得移动通信系统中最大多普勒频移,并通过计算机仿真对该算法进行评估。

仿真结果表明算法在很宽的多普勒频率范围内均具有优异的性能,且实现简单。

关键词:对数包络;信噪比;多普勒频移中图分类号:T N92915 文献标识码:A 文章编号:1671-0673(2006)02-0150-04N ovel Doppler Shi ft Estimation B ased on Logarithmic E nvelopeAlgorithm in Mobile Communication Systems X U X iao 2jian ,S UI Dan ,LI Zhao 2xun ,HU Han 2ying(Institute of In formation Engineering ,In formation Engineering University ,Zhengzhou 450002,China )Abstract :In this paper ,a LE (logarithmic envelope )alg orithm is proposed to estimate the maximum D oppler frequency in m obile communication systems 1The alg orithm uses LE autocorrelation of received pilot signals ,which is strongly related with the maximum D oppler frequency in a fading environment 1The com puter simulation is utilized to evaluate the proposed alg orithm ,and the results show that the proposed alg orithm is very sim ple and of g ood performance over wide D oppler frequency range 1K ey w ords :Logarithmic Envelope ,Signal-to-N oise Ratios ,D oppler shift 近年随着无线通信技术飞速发展,人们对支持高速移动高质量通信业务的需求迅速增长,这使得提高移动通信信道容量和频谱利用率成为研究的重点。

移动通信多普勒频移计算
当移动终端在运动中，特别是在高速情况下通信时，移动终端和基站接收端的信号频率会发生变化，称为多普勒效应。

多普勒效应所引起的频移称为多普勒频移，其计算公式下式所示：
其中：θ为移动台移动方向和入射波方向的夹角；v是移动台运动速度；c为电
磁波传播速度C=3×105Km/s；f为载波频率。

从上式可以看出:用户移动方向和
电磁波传播的方向相同时，多普勒频移为正；完全垂直时，没有多普勒频移。

在移动台远离基站方向移动时，频率为负；在移动台向基站方向移动时，频率升高。

下图展示了多普勒频移对移动通信系统的影响，其中fo是发射频率，fd为多普勒频移。

从图中可以看出，在未加频偏校正的情况下，基站发送频率和接收（移动台发射的）频率和之间有2倍频偏。

图多普勒频移的影响
表1为典型情况下的最大多普勒频移（即假设θ=0）。

f f
d
cos
⨯
⨯
=
θ
v
C。

移动通信多普勒频移计算
当移动终端在运动中，特别是在高速情况下通信时，移动终端和基站接收端的信号频率会发生变化，称为多普勒效应。

多普勒效应所引起的频移称为多普勒频移，其计算公式下式所示：
其中：θ为移动台移动方向和入射波方向的夹角；v是移动台运动速度；c为电磁波传播速度C=3×105Km/s；f为载波频率。

从上式可以看出:用户移动方向和
电磁波传播的方向相同时，多普勒频移为正；完全垂直时，没有多普勒频移。

在移动台远离基站方向移动时，频率为负；在移动台向基站方向移动时，频率升高。

下图展示了多普勒频移对移动通信系统的影响，其中fo是发射频率，fd为多普勒频移。

从图中可以看出，在未加频偏校正的情况下，基站发送频率和接收（移动台发射的）频率和之间有2倍频偏。

图多普勒频移的影响
表1为典型情况下的最大多普勒频移（即假设θ=0）。

f f
d
cos
⨯
⨯
=
θ
v
C。

第1章绪论1.1课题研究目的和意义及国内外研究现状1.1.1课题研究的目的和意义本课题所研究的内容是对卫星移动通信系统中的多普勒效应进行分析，如果卫星与卫星之间或者卫星与移动用户终端之间或者卫星与地面基站之间存在相对运动，那么接收端所接收到的到的发射端载频会产生一定的频移，由于卫星与基站之间的相对运动所引起的附加频移被称为多普勒频移。

采用相关解调的数字通信受多普勒频移的影响相对较大。

如果相对运行速度较小，多普勒频移较小，此影响可以忽略不计。

如果存在着很大的相对径向运动，会产生较大的多普勒频移，这种情况就必须考虑多普勒效应对移动通信系统的影响，而且由于目前的移动通信网络中所使用的频段正在慢慢加大，频率的提高（即波长的减小）也会使多普勒频移增大，这些原因导致多普勒频移成为影响移动卫星通信系统的一个关键因素。

在卫星移动通信系统中，如果接收端接所接收到的频率与波源所产生的的实际频率之间发生了较大的多普勒频移，会使得接收端没有办法进行正确的解调，而使通信系统的效率下降。

为了解决通信系统被多普勒频移所影响这一问题，就需对多普勒效应的特点和变化的规律进行深入的研究，进而得出相应的解决方法。

1.2国内外研究现状1.2.1卫星移动通信的多普勒效应国内外的研究现状（1）国外研究现状文献[1]直接运用了几何分析法对通信卫星和地面移动终端的相对移动速度进行了计算,从而得出多普勒的频移值和变化率，这种方法被国内外对多普勒效应的研究所引用，但是这个文献中所给出的多普勒公式并不适用于所有的椭圆轨道，也没有体现多普勒频移的大小与卫星的参数之间的关系。

文献[2]首先研究的是用户仰角、卫星的轨迹与卫星到地面基站之间距离的时变关系，然后计算出可视时间段内不同用户仰角下的多普勒频移的大小，这种方法非常直接的展示了在可视时间段内的多普勒“S”型变化曲线，但是这种方法需要以最大用户仰角作为参数，并不能得出卫星运行一段时间内的多普勒辩护率。

一．填空题（30×1=30分）1．已知移动台运动速度v、工作频率f和电波到达角θ，则多普勒频移为fd=v/fcosθv*f*cosθ/c 。

2．移动通信按照用户的通信状态和频率使用的方法有三种工作方式，分别是单工制、半双工制、全双工制。

3．常用的分集技术包括空间分集、时间分集、频率分集和极化分集。

4．在移动通信系统中，无线信道通常有控制信道和话音信道这两种类型。

5．移动通信中的传播方式主要有直射波、发射波和地面表波等传播方式。

6．空闲信道的选取方式主要可以分为两类：一类是专用呼叫信道方式；另一类是标明空闲信道方式。

7．按信令通道与用户信息通道在物理上是否独立，信令分为共路信令及随路信令。

8．在实际应用中，用得最多的两类数字调制方式是线性调制技术和恒定包络调制技术9．π/4-QPSK信号的差分解调有基带差分检测、中频延迟差分检测和鉴频器检测。

10．一个典型的数字蜂窝移动通信系统有主要功能实体组成有移动台、基站分系统、移动交换中心、原籍归属位置寄存器、访问位置寄存器、设备标识寄存器、认证中心和操作维护中心。

11．码分多址是以扩频技术为基础的，利用不同码型实现不同用户的信息传输。

12．CDMA2000定义了哪四种特定的PLDCF ARQ方式：(1) 无线链路协议、(2) 无线突发协议、(3) 信令无线链路协议、(4) 信令无线突发协议。

二．问答题（5×8=40分）1．简述移动通信下的该如何减少互调干扰。

答：互调干扰分为发射机互调干扰和接收接互调干扰两类。

减少发射机互调干扰的措施有：（1）加大发射机天线之间的距离。

（2）采用单向隔离器件和采用高Q谐振腔。

（3）提高发射机的互调转换衰耗。

减少接收机互调干扰的措施有：（1）提高接收机前端电路的线性度。

（2）在接收机前端插入滤波器，提高其选择性。

（3）选用无三阶互调的频道组工作。

蜂窝移动通信网中。

由于需要频道多和采用空腔谐振式合成器，只有采用互调最小的等间隔频道配置方式，并依靠设备优良的互调抑制指标来抑制互调干扰。