19.2.1 多普勒频移现象的物理解释

更新于 2026年10月10日 版权声明
19.2.1 多普勒频移现象的物理解释

当一个波在两个相对运动的物体之间传播时,将会产生多普勒频移现象。在无线通信中,多普勒频移导致接收信号的频率随发射机的靠近或远离而上移或下移。

在地面无线通信中,这通常并不重要,因为相对速度很小,因此可以对多普勒频移忽略不计。而对于诸如ION这样的LEO卫星,以大约7.6 km/s的线速度运行,这种情况下多普勒频移必须考虑。计算相对多普勒频移的公式如式(19.1)。

图示

式中 fTx——发射信号频率;

fRx——接收信号频率;(https://www.daowen.com)

c——光速;

v——相对速度。

若发射机靠近接收机,则相对速度v为负,且接收频率上移。当发射机远离接收机时正好相反。

多普勒频移现象同样也会导致信号带宽展宽。考虑一个中心频率为100 MHz的信号在高相对速度作用下正经历1%的频率上移。假设信号带宽为200 kHz。信号的上下频带边缘被分别移位至101.101 MHz和100.899 MHz。计算这些频带边缘之差可知,经过多普勒频移后的信号带宽现在变成了202 kHz。这可能会导致在接收系统中发生滤波问题与解调失真。然而,对于一个1%的多普勒频移,相对速度必须大约在3 000 km/s左右。所幸的是,立方星系统的相对速度和带宽都足够小,以至于带宽展开在实际中可忽略不计。对ION而言,计算得到的最大展宽值仅为0.47 Hz。

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