0  前言

多普勒频移通常被叫做多普勒扩展，它代表了信道的衰落速率。对接收信号的影响可看作发射信号频率的多普勒扩展或频谱展宽而不是看作一频偏。如果当作频偏来理解进行频偏试验，那么不管是GSM、TD-SCDMA、CDMA800、CDMA2000、WCDMA等等，得出的结果都会相同，即频偏越大，所传数据误码率越高。但是，为何TD-SCDMA在高速移动达250 km/h时，最大的多普勒频移仅为460 Hz，就不能保持正常通信。而对于WCDMA，当速度达300 km/h时，最大的多普勒频移已是550 Hz，此时还能保持正常通信，其原因在于，制式本身是否有较好的抗快速衰落技术，而不是由多普勒频移来决定的。对于低轨道卫星（LEO）通信链路，当通信数据的基带速率较低时需对多普勒频移进行补偿。

1  多普勒频移决定了数据速率的下限

依据参考文献［1］，对于以固定速度v运动的移动台，所接收的载波发生的多普勒频移为

fd，n=fmcosαn=cosαn=■fccosαn （1）

式中：

fd，n——第n条路径上的平面波的多普勒频移

fm——最大多普勒频移（入射角αn=0°）

λ——波长

c——光速，c=30万km/s

fc——载波频率

多普勒频移被限制在±fm内，通常它比载波频率fc低得多。从移动台前面来的波遭到正的多普勒频移，反之从移动台后面来的波有负的多普勒频移。接收到信号各个多径分量被不同的多普勒频率所偏移。

当移动台以速度v行进距离λ/2时所需的时间是

■=■=■≈T0 （2）

如果αn=0°，那么根据式（1），fd，n=fm，就可得式（2）的近似式，说明衰落间隔近似等于λ/2。假设载波频率fc=1 800 MHz，移动台速度v=300 km/h，由式（2）可知相干时间T0近似为1 ms，多普勒扩展fm=500 Hz。对于GSM系统空中的数据比特速率为270 kbit/s，而由于多普勒频移产生的衰落速率500 Hz远远小于比特率，信道呈现慢衰落影响。因为比特持续时间Tb=3.7　μs，小于信道相干时间T0（1 ms）。所以信道衰减和相移对于至少一个比特持续时间内基本上不变，在这种情况下信道呈现慢衰落或准静态。

即：        Tb＜T0或Bw＞Bd（fd）为慢衰落信道

Tb＞T0或Bw＜Bd（fd）为快衰落信道

式中：

Bw——传输信号的带宽

Bd——多普勒扩展，Bd≈1/T0

因此为了避免由于多普勒频移引起的信号失真，必须保证数据速率1/Tb超过由多普勒引起信道衰落速率1/T0，使得信道显示慢衰落。由此可知，多普勒频移fd决定了空中数据速率的下限，而不是上限。

2  多普勒扩展在参考文献［2］的描述

2.1  多普勒扩展

多普勒扩展描述了无线信道的时变性所引起的接收信号的频谱展宽程度。当发射机在无线信道上发送一个频率为f0（fc）的单频正弦波时，由于前述的多普勒效应，接收信号的频谱被展宽，将包含频率为（f0－fd）～（f0+fd）的频谱分量，其中fd为多普勒频移，这一频谱称为多普勒频谱。接收信号的多普勒频谱上不等于0的频率范围定义为多普勒扩展，用Bd来表示。如果所传送的基带信号的带宽Bs远大于Bd，则在接收机中多普勒扩展的影响可忽略，这种信道可看作慢衰落信道。

通常，根据Bs（Bw）和Bd的关系，可将无线信道分为慢衰落信道（Bs＞Bd）和快衰落信道（Bs＜Bd）。

2.2  相干时间

与多普勒扩展相对应的一个时间参量是相干时间Tc（T0），它在时域描述信道的频率色散的时变特征。相干时间与多普勒扩展成反比，它是信道冲激响应维持不变的时间间隔的统计平均值。换句话说，相干时间就是指一段时间间隔，在此间隔内，接收信号的幅值具有很强的相关性。如果基带信号的符号周期Ts大于信道的相干时间，则在基带信号的传输过程中信道可能会发生改变，导致接收信号发生失真。相干时间的一种定义方法为

Tc≈■

式中：

fm——最大多普勒频移，fm= f0■

同样，也可以根据基带信号的符号周期Ts（Tb）和Tc的关系，将信道分为慢衰落信道（Ts＜Tc）和快衰落信道（Ts＞Tc）。总结参考文献2所述，也是把多普勒频移归纳为信道是慢衰落信道还是快衰落信道，而不是看做一频偏。

3  各种通信制式抗多普勒频移

各种制式移动通信空中传输数据速率，GSM为270 kbit/s，CDMA800为1.228 8 Mc/s，TD-SCDMA为1.28 Mc/s，WCDMA为3.84 Mc/s，均远远大于由于多普勒频移所引起的信道衰落速率500 Hz（当列车时速为300 km时），分析结果表明当今的2G和3G制式可以抵抗时速达300 km的多普勒频移。根据参考文献［1］对于要求差错率为10-3~10-4的话音，多普勒频移被考虑是0.01Bw~0.02Bw量级，也即数据速率应超过衰落速率的100~200倍。也就是说GSM可以抗多普勒频移1.3 kHz，CDMA800为6 kHz，TD-SCDMA为6.5 kHz，WCDMA为19.2 kHz。总之当前的2G和3G都能抗多普勒频移。