Comment estimer et compenser le décalage doppler des signaux sans fil?

Je me demandais quelle (s) bonne (s) méthode (s) existe-t-il pour l'estimation (et la compensation ultérieure) du décalage doppler des signaux transmis, qu'ils soient acoustiques ou RF, dans le contexte des communications.

La question: en particulier, si le degré de décalage Doppler varie au cours de la durée d'un paquet, comment le mieux estimer (le suivre?), Puis le compenser. Supposons que nous ayons une séquence de formateur. Vous pouvez également supposer que la bande passante du signal BW est de l'ordre de sa porteuse. (Par exemple, si le signal de bande passante existe entre 2500 et 7500 Hz, son BW est de 5000 Hz, tout comme sa porteuse.)

Quelques informations supplémentaires pour le contexte:

• Une méthode que j'ai trouvée lors de mes recherches:
  
  • Étant donné que j'ai une séquence d'entraînement et que je connais sa fréquence, j'évalue d'abord sa fréquence reçue.
  • Ensuite, je rééchantillonne l'ensemble du paquet selon un rapport qui est lié à la vitesse de l'onde dans le milieu, à ma fréquence de transmission connue et à ma nouvelle fréquence de décalage Doppler estimée.
  • Cela fonctionne bien dans les simulations, mais les points faibles sont que l'estimation de fréquence doit être très précise, et cela suppose également que le décalage Doppler ne change pas pendant la durée du paquet.

Y a-t-il d'autres méthodes qui peuvent être utilisées pour résoudre le problème lorsque le doppler change pendant la durée du paquet? Quelle est l'opinion de la méthode susmentionnée?

Merci beaucoup!

Il s'agit d'un problème de communication très courant. Cherchez dans un manuel la "synchronisation des fréquences"; des livres entiers ont été écrits sur ces sujets et sur des sujets connexes. La technique que vous choisiriez est fonction des spécificités de votre système. Il existe deux sources courantes de décalage de fréquence:

• Différences de fréquence entre l'oscillateur de référence à l'émetteur et au récepteur. Cette erreur est généralement faible, selon la précision des bases de temps disponibles, et peut être atténuée à un certain coût. Les oscillateurs à cristal bon marché atteignent généralement 50 parties par million d'erreur ou mieux (bien que cela dérive avec l'âge du cristal). Si vous avez un budget plus important, vous pouvez utiliser quelque chose comme un standard Rubidium, qui fournit environ 1 partie par billion d'erreur de fréquence. Une approche moins coûteuse et de plus en plus courante consiste à utiliser un récepteur GPS qui a une sortie de fréquence de précision (généralement 10 MHz). La base de temps très précise disponible à partir de la constellation GPS peut être utilisée pour entraîner la référence avec précision sur la fréquence.

• Effets de la dynamique physique entre l'émetteur et le récepteur. Un exemple notable dans lequel cela entre en jeu concerne les applications de communications par satellite (en particulier sur les orbites inférieures), où le satellite se déplace (et accélère) très rapidement par rapport à tout observateur sur Terre. La vitesse radiale élevée du satellite vers le récepteur provoquera un décalage Doppler, et tout changement de cette vitesse provoqué par son orbite entraînera ce changement au fil du temps. Dans les applications où vous avez ce type de dynamique, vous ne pouvez généralement pas l'atténuer beaucoup, il vous reste donc à construire un récepteur qui tolère les effets.

Alors, comment un récepteur se synchronise-t-il avec l'émetteur dans ces cas?

• Une approche courante utile pour les signaux modulés en phase ou en fréquence consiste à utiliser une boucle à verrouillage de phase . La conception de PLL est un sujet complexe en soi, mais essentiellement, ce sont des systèmes de rétroaction qui peuvent être utilisés pour acquérir et suivre le décalage de phase et de fréquence pendant que votre récepteur fonctionne. Si vous avez uniquement besoin d'une synchronisation de fréquence, vous pouvez utiliser une boucle verrouillée en fréquence à la place; bien qu'ils ne vous fourniront pas de synchronisation de phase, ils ont souvent de meilleures propriétés d'acquisition.

• Comme alternative à une boucle de rétroaction, il existe également des approches à action directe pour estimer le décalage de fréquence ou de phase. Une approche directe profiterait de votre séquence d'entraînement pour estimer l'erreur de fréquence en fonction de la façon dont le décalage de phase change au cours de la séquence. Si le décalage de fréquence change avec le temps, cependant, vous devrez répéter la procédure d'estimation pour permettre à votre récepteur de rattraper son retard.

• Une autre technique consiste à concevoir votre système pour qu'il soit robuste à des décalages de fréquence (raisonnablement petits). La modulation de phase à codage différentiel en est un exemple (bien qu'une erreur de fréquence apparaîtra comme un décalage de phase après le décodage différentiel, qui doit être traité). Les formes d'onde modulées en fréquence telles que FSK ont également un certain niveau de résistance au décalage de fréquence, tant que le décalage est faible par rapport à la quantité de déviation de fréquence utilisée par l'émetteur.

Ce très bref résumé ne fait qu'effleurer la surface de certaines des approches les plus connues. La synchronisation peut être un problème difficile à résoudre de manière pratique, et il y a eu beaucoup de recherches au fil des ans sur différentes façons de le faire. Cela dépendra exactement de la structure de votre système et d'une variable très importante: le SNR cible. Il n'y a pas une seule réponse "correcte". Je ferai une recommandation de manuel; bien qu'il soit très coûteux, «Synchronization Techniques for Digital Receivers» de Mengali est un texte complet sur la synchronisation de synchronisation, de phase et de fréquence.