宇宙飞船如何补偿其通信频率的多普勒频移？

解答动态

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  即使其中一个相对于另一个在0.01摄氏度下移动？
  物体的洛伦兹系数仅为光速的1%，是1.00005。如果你查一下相对论多普勒效应，你会发现这会使频率偏移1.01。。。因此，5GHz载波最终达到5.05GHz。这是一个50MHz的频移。
  一个现代的比较：看看wifi通信信道，你会发现它们在一个几百MHz到GHz宽的频带内，频率在20到160MHz之间。这应该告诉你一个~50MHz的小位移不会把信号从频带的中间拉到频带之外。我不知道目前用于地对空通信的X波段内部信号的配置，但你可以看到子波段绝对足够宽。未来的超远程空间通信系统可能会使用更高频率的通信设备。。。可能是激光器，它肯定会有足够的带宽，允许相对论信道转移仍然落在频带内。
  这一点很重要，因为收发器设备必须已经能够处理来自整个频带的信号。因此，在相对论性偏移之后，任何来自频带中间的信号仍将在频带内，设备将能够检测到它，并将其完全正常。
  需要一些额外的软件工作来处理这样一个事实，即通道将不再完全落在您可能期望的位置，但这并不是一个复杂的问题。我想没有多少宇宙飞船能够负担得起强大的天线和发射器。与一艘能够以光速百分之一的速度飞行的宇宙飞船的成本相比，一个极其复杂、庞大和先进的高功率超宽带通信阵列似乎非常便宜，对于你所说的速度，现成的硬件可能可以与经过调整的固件一起使用。
  这不是问题。
  
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  不要在单一频率下思考。使用一些更现代的通信协议。 我理解这似乎是一个大问题。如果我以0.01摄氏度的速度通过调幅无线电信号传输我的声音，比如说121.5兆赫（我只知道头顶上的模拟通信频率），信号将到达一个122.7兆赫到120.2兆赫之间的静止观察者。这是2.5兆赫的变化。在50千赫的频道增量，这是50个频道。我听哪个频道？
  最简单的解决方案是“监控所有频率”-每个同时收听所有50个频率，扬声器只播放最强的信号，即使使用较旧的技术，这也是完全合理的。
  但现在已经不是20世纪了！为无线电通信选择一个单一的频率是在20世纪50年代，而一个在太空中传播的社会对高数据带宽的要求需要更有效的东西。让我们从调幅传输开始。
  想想你在spotify之前使用的调频收音机-频率经过调制，可以在正常工作时处理一系列频率。
  使用“121.5M”，因为我已经提到过它-如果你的监测的是110M到130M，没有人会比任何人都快0.01摄氏度，而且你的发射机比背景噪音强10倍，你可以以高达17.5兆比特/秒的速度传输，不包括压缩和错误恢复。（这来自Shannon-Hartley信道容量定理）
  您的发射机将同时在111.25M和128.75M之间的所有信道上传输，而您的将收听110M到130M的范围，由于速度的原因，允许在任一方向上产生1.25M的多普勒频移。在没有多普勒频移的情况下，你可以在110M-130M的全频谱上传输，提供20Mbits的容量协议： I我建议使用Ka乐队，主要是“留作将来使用”，这听起来像是将来的用途。它不能通过雨或云传输，但空间到空间的传输应该是好的。
  你听23到27G。你的发射频率是23.3G到26.7G。多普勒频移将使信号在传输和接收之间移动，但在这种信号的预期300m频移移动后，它仍将在的范围内。
  使用此协议，您将获得高达3.4Gbit的原始带宽。假设turbo码/LDPCC/奇偶校验位/etc有20%的开销（因为如果有一个小时长的延时，请求由于损坏而重新传输是一件痛苦的事情）和一些允许准确检测频移的标志，您将看到2.7Gbits的实际吞吐量-~340兆字节每秒，在压缩之前。
  实际上，您需要将多个并发连接之间的频率划分为“频带”（当消息需要很长时间传输时，“时间片”可能更难管理），因此在高峰时间，在大量使用时，此速率可能会下降。
  这是大约每秒一小时高清到达的峰值。好消息更新。而同步你的本地netflix proxy.
  船只之间的通信将是打包的数据突发。相同的传输可以被多艘相对论速度不同的飞船同时接收。
  你提到了系统的成本问题。这个过程可以用你现在智能手机里的东西来完成，假设从现在到那时，大规模生产和技术进步，一个com模块应该足够便宜，你可以保留一个备用的存储空间。
  
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  你可以或多或少地使用天文学家用来补偿大气畸变的方法，但是在这种情况下多普勒频移。天文学家做什么：为什么星星闪烁？我们的大气层是罪魁祸首，因为温度稍低的空气不断运动，扭曲了来自遥远天体的光路。大气湍流对天文学家来说是个问题，因为它模糊了他们想要研究的源的图像。这张照片中的望远镜位于埃索的帕拉纳天文台，配备了四个激光器来对抗这种湍流。激光被调谐到一种颜色，这种颜色能激发地球大气层中漂浮的原子——流星经过时留下的钠。这些发光的钠斑就像人造恒星，它的闪烁瞬间被立即记录下来，并传递给一个每秒变形数百次的柔性反射镜，抵消大气湍流，产生更清晰的图像。恒星的去闪烁是一个正在发展的技术领域，在某些情况下，可以从地面拍摄哈勃级的图像。这项技术在人类视觉科学中也得到了应用，它被用来获得非常清晰的视网膜图像。在你的例子中，他们可以用一个参考信号来估计多普勒频移，然后修改你的信号，使它在达到预定目标时具有正确的频率https://en.wikipedia.org/wiki/Phase-locked\u是用于处理信号频率漂移的通信核心技术。无论使用哪种协议，它都应该包含一个PLL可以锁定的主载波频率。作为载波频率的函数来传输信息的精细细节/大部分。因此，一旦锁定在载波上的就可以使用逆函数来信息。
  
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