Bagaimana cara memperkirakan dan mengkompensasi pergeseran doppler dalam sinyal nirkabel?

Saya bertanya-tanya apa metode yang baik yang ada untuk estimasi (dan kompensasi selanjutnya) dari pergeseran doppler untuk sinyal yang ditransmisikan, baik itu akustik atau RF, dalam konteks komunikasi.

Pertanyaannya: Secara khusus, jika tingkat pergeseran doppler bervariasi selama durasi paket, cara terbaik untuk memperkirakan (melacaknya?) Dan kemudian menggantinya. Anggaplah kita memiliki urutan pelatih. Anda juga dapat mengasumsikan passband sinyal BW berada di urutan operatornya. (misalnya, jika sinyal passband ada dari 2500-7500 Hz, BW-nya adalah 5000Hz, seperti juga pembawa-nya.)

Beberapa latar belakang tambahan untuk konteks:

• Salah satu metode yang saya temukan selama penelitian:
  
  • Karena saya memiliki urutan pelatih dan mengetahui frekuensinya, pertama saya perkirakan frekuensinya yang diterima.
  • Selanjutnya, saya mengubah sampel seluruh paket dengan rasio yang terkait dengan kecepatan gelombang dalam medium, frekuensi transmisi saya yang diketahui, dan frekuensi doppler baru saya yang diperkirakan berubah.
  • Ini berfungsi dengan baik dalam simulasi, tetapi titik lemahnya adalah bahwa estimasi frekuensi harus sangat akurat, dan itu juga mengasumsikan pergeseran doppler tidak berubah selama durasi paket.

Apakah ada metode lain yang dapat digunakan untuk memecahkan masalah ketika doppler berubah selama durasi paket? Apa pendapat dari metode yang disebutkan di atas?

Terimakasih banyak!

Ini adalah masalah komunikasi yang sangat umum. Lihat di buku teks untuk "sinkronisasi frekuensi"; seluruh buku telah ditulis tentang ini dan topik terkait. Teknik yang akan Anda pilih adalah fungsi dari spesifikasi sistem Anda. Ada dua sumber umum offset frekuensi:

• Perbedaan frekuensi antara osilator referensi pada pemancar dan penerima. Kesalahan ini biasanya kecil, tergantung pada ketepatan waktu yang tersedia, dan dapat dikurangi dengan biaya tertentu. Osilator kristal murah biasanya mencapai 50 bagian per juta kesalahan atau lebih baik (meskipun ini melayang seiring bertambahnya usia kristal). Jika Anda memiliki anggaran yang lebih besar, Anda dapat menggunakan sesuatu seperti standar Rubidium, yang memberikan ~ 1 bagian per triliun kesalahan frekuensi. Pendekatan yang lebih murah dan semakin umum adalah dengan menggunakan penerima GPS yang memiliki output frekuensi presisi (biasanya 10 MHz). Timebase yang sangat akurat yang tersedia dari konstelasi GPS dapat digunakan untuk melatih referensi secara tepat pada frekuensi.

• Efek dinamika fisik antara pemancar dan penerima. Salah satu contoh penting di mana ini mulai berlaku adalah untuk aplikasi komunikasi satelit (terutama dalam orbit yang lebih rendah), di mana satelit bergerak (dan berakselerasi) sangat cepat relatif terhadap pengamat di Bumi. Kecepatan radial yang tinggi dari satelit ke penerima akan menyebabkan pergeseran Doppler, dan setiap perubahan dalam kecepatan yang disebabkan oleh orbitnya akan menyebabkan perubahan itu berubah seiring waktu. Dalam aplikasi di mana Anda memiliki dinamika semacam ini, Anda biasanya tidak dapat memitigasi banyak hal, jadi Anda harus membangun penerima yang mentolerir efeknya.

Jadi, bagaimana penerima melakukan sinkronisasi dengan pemancar dalam kasus ini?

• Salah satu pendekatan umum yang berguna untuk sinyal termodulasi fase atau frekuensi adalah dengan menggunakan loop fase-terkunci . Desain PLL adalah topik yang kompleks dalam dirinya sendiri, tetapi pada dasarnya, mereka adalah sistem umpan balik yang dapat digunakan untuk memperoleh dan melacak offset fase dan frekuensi saat receiver Anda beroperasi. Jika Anda hanya perlu sinkronisasi frekuensi, maka Anda dapat menggunakan loop yang terkunci frekuensi sebagai gantinya; sementara mereka tidak akan menyediakan sinkronisasi fase untuk Anda, mereka sering memiliki properti akuisisi yang lebih baik.

• Sebagai alternatif untuk loop umpan balik, ada juga pendekatan feedforward untuk memperkirakan frekuensi atau offset fase. Satu pendekatan umpan-maju akan mengambil keuntungan dari urutan pelatihan Anda untuk memperkirakan kesalahan frekuensi berdasarkan bagaimana fase mengimbangi perubahan selama rangkaian urutan. Jika offset frekuensi berubah seiring berjalannya waktu, Anda harus mengulangi prosedur estimasi untuk memungkinkan penerima Anda mengejar ketinggalan.

• Teknik lain adalah merancang sistem Anda agar kuat terhadap offset frekuensi (yang cukup kecil). Modulasi fase yang dikodekan secara diferensial adalah contohnya (meskipun kesalahan frekuensi akan muncul sebagai offset fase setelah decoding diferensial, yang harus ditangani). Bentuk gelombang termodulasi frekuensi seperti FSK juga memiliki beberapa level resistensi terhadap offset frekuensi, selama offset tersebut relatif kecil terhadap jumlah deviasi frekuensi yang digunakan oleh pemancar.

Ringkasan yang sangat singkat ini benar-benar hanya menggores permukaan beberapa pendekatan yang lebih terkenal. Sinkronisasi bisa menjadi masalah yang sulit dipecahkan dengan cara praktis, dan telah ada banyak penelitian selama bertahun-tahun tentang berbagai cara untuk melakukannya. Ini akan tergantung pada bagaimana sistem Anda terstruktur, dan satu variabel yang sangat penting: target SNR. Tidak ada jawaban "benar" tunggal. Saya akan membuat satu rekomendasi buku teks; walaupun sangat mahal, "Teknik Sinkronisasi untuk Penerima Digital" oleh Mengali adalah teks yang komprehensif tentang sinkronisasi waktu, fase, dan frekuensi.