ネットワークでのドップラー効果:GSM、3G、4G

この記事を読んだ後私はほとんど椅子から飛び去って、ラジオ工学の卒業証書を食べました。 状況を明確にして落ち着かせるために、habrozhiteliはドップラー効果についてさらに詳しく書くことにしました。



基本から始めましょう。 ドップラー効果は、運動速度の平行成分が存在する場合にのみ観察され、ドップラーシフトの接線運動には周波数はありません(少なくとも相対論的な速度では)。





上記の式で:

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速度Vpが表示されます。 体が円を描いて動くと、ドップラー効果がまったく観測されないことがわかります。 ウィキペディアにはこれに関する非常に優れたイラストがあります

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ほとんどの人は周波数を扱うことに慣れているので、ドップラー効果の公式にいくつかの明らかな変換を行うことができます。 波長を周波数に変換し、基地局への方向の角度も考慮します。





しかし、私たちの体がBSから直線的に離れる(または近づく)場合を考えてみましょう。 この場合、最初の記事の計算は正しいものになります。

ここで、cは光の速度であり、簡単にするために3x10 ^ 8に等しく、fは信号周波数です:2.5 GHz

したがって、波長は3x10 ^ 8 / 2.5x10 ^ 9 = 0.12(m)

122 km / h(34 m / s)の速度で移動する車両の場合、ドップラー周波数の変化は34 / 0.12 = 283(Hz)になります



つまり、加入者が122 km / hの速度で基地局に対して移動すると、加入者の信号周波数は272 Hz変化します。



ああ! これは何ですか 速度は同じですが、周波数は異なります。 著者の不信感の中で、私たちは振り返ります。 結果は34 * 2.5E9 / 3E8 = 283.3(3)Hzです。 信号周波数が変化するのはこの値です。身体が近づくと増加し、身体が遠ざかると減少します。 また、運動の方向が変わると、この周波数は変化しますが、283.3(3)Hzを超えることはありません。 cos(x)は1より多く発生しません。ドップラー効果を使用すると、すべてのように見えます。 必要なすべてのデータを取得しました。



それでは、ラジオのようなものに目を向けましょう。

GSMおよび3Gネットワ​​ークは、耐ノイズコーディングを備えた位相シフトキーイングを使用します。 私たちにとって、これが位相操作(以降PSK)であることが重要です。 標準のパラメーターセットを除くすべてのPSK信号は、位相花序などの特徴があります。 ここでは、最も一般的なタイプのPSK、つまりQPSKの花序を示します。

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ウィキペディアで利用可能なフェーズ操作に関する詳細情報。

このような信号を受信するには、同期またはデジタル検出器が使用されますが、これらの操作には基準周波数の正確な値が必要です(このトピックの詳細については、信号の受信と処理に関する本、またはダイヤルアップモデムの開発仕様を参照してください)。 私たちの世界には理想的なものは何もないため、この種の受信機はAFCシステム(自動周波数制御)なしでは基本的に機能しません。 そのようなシステムの動作の特性は、グラフの受信者へのパスポートで見ることができます:キャプチャバンド。 標準に戻りましょう。 規格によれば、GSMシステムのBS周波数不安定性は10E – 6 ... 10E – 7のオーダーであり、これはAFCキャプチャ帯域がこの値の2倍(少なくとも)500..5000 Hzでなければならないことを意味します。 さらに、在庫などもあり、このパラメーターの値は明らかに大きいです。 この値は283.3(3)Hzより明らかに大きいことがわかります。これは、AFCシステムがそのような速度で、さらに高速でドップラー効果を完全に補償する能力を示しています。



議論の余地がまったくない人々のために、私は非常に尊敬されているIEEE誌の記事を読むことを提案します。



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