宇宙飛船如何補(bǔ)償其通信頻率的多普勒頻移？

解答動(dòng)態(tài)

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  即使其中一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)在0.01攝氏度下移動(dòng)？
  物體的洛倫茲系數(shù)僅為光速的1%，是1.00005。如果你查一下相對(duì)論多普勒效應(yīng)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這會(huì)使頻率偏移1.01。。。因此，5GHz載波最終達(dá)到5.05GHz。這是一個(gè)50MHz的頻移。
  一個(gè)現(xiàn)代的比較：看看wifi通信信道，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它們?cè)谝粋�(gè)幾百M(fèi)Hz到GHz寬的頻帶內(nèi)，頻率在20到160MHz之間。這應(yīng)該告訴你一個(gè)~50MHz的小位移不會(huì)把信號(hào)從頻帶的中間拉到頻帶之外。我不知道目前用于地對(duì)空通信的X波段內(nèi)部信號(hào)的配置，但你可以看到子波段絕對(duì)足夠?qū)�。未�?lái)的超遠(yuǎn)程空間通信系統(tǒng)可能會(huì)使用更高頻率的通信設(shè)備。。�？赡苁羌す馄�，它肯定會(huì)有足夠的帶寬，允許相對(duì)論信道轉(zhuǎn)移仍然落在頻帶內(nèi)。
  這一點(diǎn)很重要，因?yàn)槭瞻l(fā)器設(shè)備必須已經(jīng)能夠處理來(lái)自整個(gè)頻帶的信號(hào)。因此，在相對(duì)論性偏移之后，任何來(lái)自頻帶中間的信號(hào)仍將在頻帶內(nèi)，設(shè)備將能夠檢測(cè)到它，并將其完全正常。
  需要一些額外的軟件工作來(lái)處理這樣一個(gè)事實(shí)，即通道將不再完全落在您可能期望的位置，但這并不是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。我想沒(méi)有多少宇宙飛船能夠負(fù)擔(dān)得起強(qiáng)大的天線和發(fā)射器。與一艘能夠以光速百分之一的速度飛行的宇宙飛船的成本相比，一個(gè)極其復(fù)雜、龐大和先進(jìn)的高功率超寬帶通信陣列似乎非常便宜，對(duì)于你所說(shuō)的速度，現(xiàn)成的硬件可能可以與經(jīng)過(guò)調(diào)整的固件一起使用。
  這不是問(wèn)題。
  
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  不要在單一頻率下思考。使用一些更現(xiàn)代的通信協(xié)議。 我理解這似乎是一個(gè)大問(wèn)題。如果我以0.01攝氏度的速度通過(guò)調(diào)幅無(wú)線電信號(hào)傳輸我的聲音，比如說(shuō)121.5兆赫（我只知道頭頂上的模擬通信頻率），信號(hào)將到達(dá)一個(gè)122.7兆赫到120.2兆赫之間的靜止觀察者。這是2.5兆赫的變化。在50千赫的頻道增量，這是50個(gè)頻道。我聽(tīng)哪個(gè)頻道？
  最簡(jiǎn)單的解決方案是“監(jiān)控所有頻率”-每個(gè)同時(shí)收聽(tīng)所有50個(gè)頻率，揚(yáng)聲器只播放最強(qiáng)的信號(hào)，即使使用較舊的技術(shù)，這也是完全合理的。
  但現(xiàn)在已經(jīng)不是20世紀(jì)了！為無(wú)線電通信選擇一個(gè)單一的頻率是在20世紀(jì)50年代，而一個(gè)在太空中傳播的社會(huì)對(duì)高數(shù)據(jù)帶寬的要求需要更有效的東西。讓我們從調(diào)幅傳輸開始。
  想想你在spotify之前使用的調(diào)頻收音機(jī)-頻率經(jīng)過(guò)調(diào)制，可以在正常工作時(shí)處理一系列頻率。
  使用“121.5M”，因?yàn)槲乙呀?jīng)提到過(guò)它-如果你的監(jiān)測(cè)的是110M到130M，沒(méi)有人會(huì)比任何人都快0.01攝氏度，而且你的發(fā)射機(jī)比背景噪音強(qiáng)10倍，你可以以高達(dá)17.5兆比特/秒的速度傳輸，不包括壓縮和錯(cuò)誤恢復(fù)。（這來(lái)自Shannon-Hartley信道容量定理）
  您的發(fā)射機(jī)將同時(shí)在111.25M和128.75M之間的所有信道上傳輸，而您的將收聽(tīng)110M到130M的范圍，由于速度的原因，允許在任一方向上產(chǎn)生1.25M的多普勒頻移。在沒(méi)有多普勒頻移的情況下，你可以在110M-130M的全頻譜上傳輸，提供20Mbits的容量協(xié)議： I我建議使用Ka樂(lè)隊(duì)，主要是“留作將來(lái)使用”，這聽(tīng)起來(lái)像是將來(lái)的用途。它不能通過(guò)雨或云傳輸，但空間到空間的傳輸應(yīng)該是好的。
  你聽(tīng)23到27G。你的發(fā)射頻率是23.3G到26.7G。多普勒頻移將使信號(hào)在傳輸和接收之間移動(dòng)，但在這種信號(hào)的預(yù)期300m頻移移動(dòng)后，它仍將在的范圍內(nèi)。
  使用此協(xié)議，您將獲得高達(dá)3.4Gbit的原始帶寬。假設(shè)turbo碼/LDPCC/奇偶校驗(yàn)位/etc有20%的開銷（因?yàn)槿绻�有一個(gè)小時(shí)長(zhǎng)的延時(shí)，請(qǐng)求由于損壞而重新傳輸是一件痛苦的事情）和一些允許準(zhǔn)確檢測(cè)頻移的標(biāo)志，您將看到2.7Gbits的實(shí)際吞吐量-~340兆字節(jié)每秒，在壓縮之前。
  實(shí)際上，您需要將多個(gè)并發(fā)連接之間的頻率劃分為“頻帶”（當(dāng)消息需要很長(zhǎng)時(shí)間傳輸時(shí)，“時(shí)間片”可能更難管理），因此在高峰時(shí)間，在大量使用時(shí)，此速率可能會(huì)下降。
  這是大約每秒一小時(shí)高清到達(dá)的峰值。好消息更新。而同步你的本地netflix proxy.
  船只之間的通信將是打包的數(shù)據(jù)突發(fā)。相同的傳輸可以被多艘相對(duì)論速度不同的飛船同時(shí)接收。
  你提到了系統(tǒng)的成本問(wèn)題。這個(gè)過(guò)程可以用你現(xiàn)在智能手機(jī)里的東西來(lái)完成，假設(shè)從現(xiàn)在到那時(shí)，大規(guī)模生產(chǎn)和技術(shù)進(jìn)步，一個(gè)com模塊應(yīng)該足夠便宜，你可以保留一個(gè)備用的存儲(chǔ)空間。
  
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  你可以或多或少地使用天文學(xué)家用來(lái)補(bǔ)償大氣畸變的方法，但是在這種情況下多普勒頻移。天文學(xué)家做什么：為什么星星閃爍？我們的大氣層是罪魁禍?zhǔn)�，因�(yàn)闇囟壬缘偷目諝獠粩噙\(yùn)動(dòng)，扭曲了來(lái)自遙遠(yuǎn)天體的光路。大氣湍流對(duì)天文學(xué)家來(lái)說(shuō)是個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樗�模糊了他們想要研究的源的圖像。這張照片中的望遠(yuǎn)鏡位于埃索的帕拉納天文臺(tái)，配備了四個(gè)激光器來(lái)對(duì)抗這種湍流。激光被調(diào)諧到一種顏色，這種顏色能激發(fā)地球大氣層中漂浮的原子——流星經(jīng)過(guò)時(shí)留下的鈉。這些發(fā)光的鈉斑就像人造恒星，它的閃爍瞬間被立即記錄下來(lái)，并傳遞給一個(gè)每秒變形數(shù)百次的柔性反射鏡，抵消大氣湍流，產(chǎn)生更清晰的圖像。恒星的去閃爍是一個(gè)正在發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域，在某些情況下，可以從地面拍攝哈勃級(jí)的圖像。這項(xiàng)技術(shù)在人類視覺(jué)科學(xué)中也得到了應(yīng)用，它被用來(lái)獲得非常清晰的視網(wǎng)膜圖像。在你的例子中，他們可以用一個(gè)參考信號(hào)來(lái)估計(jì)多普勒頻移，然后修改你的信號(hào)，使它在達(dá)到預(yù)定目標(biāo)時(shí)具有正確的頻率https://en.wikipedia.org/wiki/Phase-locked\u是用于處理信號(hào)頻率漂移的通信核心技術(shù)。無(wú)論使用哪種協(xié)議，它都應(yīng)該包含一個(gè)PLL可以鎖定的主載波頻率。作為載波頻率的函數(shù)來(lái)傳輸信息的精細(xì)細(xì)節(jié)/大部分。因此，一旦鎖定在載波上的就可以使用逆函數(shù)來(lái)信息。
  
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