Cuando observamos el cielo en una noche despejada y oscura, en un sitio alejado de la iluminación urbana, podemos ver la luz de miles de estrellas. Podemos apreciar diferencias de brillo y, si miramos con atención, también distintos colores. A pesar de lo inspirador que puede ser esta visión, no deja de sorprender el saber que tanta información está guardada en la luz de los astros. Información de la luminosidad, de la temperatura, de la composición química e, incluso, del movimiento del astro y sus componentes. Para descifrar la luz de las estrellas es necesario, además de contar con herramientas como telescopios y espectrógrafos, entender fenómenos como el efecto Doppler.

Christian Doppler fue un físico Austríaco del siglo pasado (el XIX) famoso por su estudio de como cambian las propiedades del sonido cuando el objeto que lo emite está en movimiento. Doppler encontró las expresiones matemáticas que describen cómo cuando un objeto se acerca hacia nosotros el sonido que emite se vuelve mas agudo mientras que al alejarse de nosotros el sonido es mas grave. Aun cuando el trabajo de Doppler se refirió al estudio de las ondas de sonido, este mismo fenómeno se produce en otros tipos de ondas, particularmente en las ondas electromagnéticas, como la luz: cuando una fuente de luz se acerca hacia nosotros se ve mas azul, mientras que si se aleja se ve mas roja.

Que tan fuerte es el cambio de frecuencia o de color depende de que tan grande es la velocidad de la fuente emisora de luz (o sonido) en relación a la velocidad conque se mueve la luz (o el sonido). En el caso de ondas sonoras, la velocidad del sonido es de unos 1200 kilómetros por hora, por lo que el efecto Doppler es perceptible para velocidades de unos 100 kilómetros por hora. En el caso de las ondas electromanéticas, la velocidad de la luz es de 300 mil kilómetros por SEGUNDO, por lo que hace falta velocidades muy altas para poder apreciar este efecto.

La cuenta Doppler se basa en la medición del desplazamiento o corrimiento Doppler, que consiste en la variación aparente en el valor de la frecuencia en función de la velocidad de acercamiento o alejamiento de la fuente emisora.

El receptor de la señal G.P.S. recibe durante un periodo la señal emitida por un satélite; esta señal se mezcla con la del oscilador local y se obtiene una señal diferencia. A partir de la variación de esta diferencia se puede establecer una cuenta denominada cuenta Doppler.

La cuenta Doppler entre dos posiciones concretas del satélite permite calcular una diferencia de distancias entre ambas posiciones del satélite y el receptor. Pero se conoce la diferencia de distancia, no la distancia en sí, lo que posiciona al receptor en un hiperboloide de revolución con foco en las posiciones del satélite en los dos momentos de observación. Con cuatro satélites se obtienen cuatro hiperboloides de revolución, cuya intersección determina la posición del receptor. Este método necesita de un tiempo de observación largo debido a la 'lentitud' de los satélites.

Un breve posicionamiento Doppler, con unos cientos de metros de error, es una buena base de partida para empezar con un posicionamiento por pseudodistancias, para el que las obtenidas por Doppler son suficientes como coordenadas aproximadas de arranque para que la solución converja rápidamente.

El Corrimiento Doppler es definido como el ancho espectral de la portadora recibida cuando una simple portadora sinosoidal es transmitida dentro de un canal de multiples trayectorias. Es decir, cuando un transmisor o un receptor está en movimiento , la frecuencia de la portadora recibida presenta variaciones con respecto a la frecuencia de la portadora que se transmitió, produciendo de esta manera la pérdida parcial por instantes de tiempo o completa de la señal que fue transmitida. Si la distancia entre el transmisor y el receptor aumenta , la frecuencia disminuye, cuando la frecuencia aumenta la distancia entre el transmisor y el receptor disminuye .

 El efecto de la Propagación de la onda será:

El máximo Corrimiento Doppler ocurre para una onda que viene desde de una dirección opuesta a la dirección de la antena en movimiento. Es decir, el Corrimiento Doppler esta determinado por:

fm=

Donde :

El signo de la expresión indica si el desplazamiento se acerca o aleja del transmisor fijo.

fc: Es la frecuencia de la portadora .

C: es la velocidad de la luz.

V: es la velocidad del objeto en movimiento.

Tales movimientos en dirección a la antena producen ondas reflejadas individualmente con desplazamientos de fase ( variaciones de tiempo ). Esto origina dificultad en la recepción , que se deben de compensar . Para poder lograr esto, lo ideal sería recibir distintas ondas con diferentes desplazamientos, de manera tal que los cambios relativos de fase se produzcan constantemente, afectando la amplitud de la señal resultante. El Corrimiento Doppler determina las variaciones de amplitudes de la señal resultante.

Al receptor llegan diferentes ondas con sus propios desplazamientos de fase, por lo tanto cada una con su propio Corrimiento Doppler, con distribuciones no uniformes ( 0, 2pi ), independientemente de las otras ondas de llegada. Esto se puede calcular a través de una función de Densidad Probabilística de las ondas que llegan , por lo que podremos obtener la distribución espectral Doppler de la señal recibida.

La función de densidad para el cálculo de la Potencia del espectro para una dispersión isotópica es :

S(t) =

Gráficamente la distribución Espectral del Corrimiento Doppler se define por una Parábola:

El rango (fc - fm, fc + fm ) define el Esparcimiento Doppler. Una manera clara de ver este efecto es observar un Sistema de Telefonía Celular.

La Telefonía Celular corrige muchos de los problemas de los servicios de telefonía móvil de dos direcciones tradicionales y crea un ambiente totalmente nuevo para el servicio telefónico normal de líneas inalámbricas.

Basada en el concepto de "reuso de frecuencias" incrementa la capacidad de un canal de telefonía móvil, es decir, el mismo conjunto de frecuencias ( canales ) se pueden asignar a mas de una célula, siempre y cuando las células estén a una cierta distancia de separación, permitiendo así que un gran número de usuarios compartan un número limitado de canales de uso común, dicho sistema trabaja en un rango de frecuencia de 800 a 900 MHz. y es uno de los sistemas inalámbricos que se ve mas afectados por el Corrimiento Doppler . Si la comparamos con la banda FM que posee las frecuencias comprendidas entre 87 - 107 MHz. nos daremos cuenta que el Corrimiento Doppler es mayor en las bandas de frecuencias altas, es decir, a mayor frecuencia y mayor velocidad , se posee un mayor Corrimiento Doppler.

Para una velocidad fija de 3 Km/h y las bandas respectivas de frecuencias compararemos el Corrimiento Doppler para sistemas FM y Telefonía Celular:

Gráficamente:

Como podemos apreciar tanto en la tabla como en la gráfica los sistemas inalámbricos que trabajan en las frecuencias altas, son las que se ven mas afectados por el Corrimiento Doppler, sin embargo la tecnología de sistemas inalámbricos encierra dos grandes grupos o categorías de sistemas, los sistemas con base terrestre y los de base satelital en estos la transmisión es unidireccional y mas específico el Radar se beneficia con el Corrimiento Doppler que afecta a la observación realizada cuando existe movimiento relativo entre objeto y sensor, se registran los pulsos de un mismo punto de la superficie terrestre en dos momentos distintos de la trayectoria , con lo que la resolución es equivalente a la que se obtendría con una antena de similar longitud a la distancia existente entre ambos puntos, caso contrario a los sistemas de base terrestre como lo es la Telefonía Celular que se ve seriamente afectados por dicho corrimiento.

El Corrimiento Doppler en los sistemas inalámbricos, como la radio, no es mas que la pérdida parcial o completa de la señal que ha sido transmitida, debido al movimiento de uno de los puntos involucrados en la transmisión. Esto implica un cambio de frecuencia en la portadora que fue recibida con respecto a la frecuencia de la portadora que fue transmitida.

En las comunicaciones el Corrimiento Doppler representa parte importante para los sistemas inalámbricos ya que constituye la pérdida parcial o completa de la onda portadora en un tiempo determinado.

            El Corrimiento Doppler no afecta a todos los sistemas por igual puesto que, los sistemas que trabajan en las bandas de frecuencias altas son mas susceptibles a estos cambios de frecuencias que ocurren en la señal transmitida, al igual que las transmisiones que se llevan a cabo a altas velocidades, es decir , el Corrimiento Doppler es directamente proporcional a las frecuencias y las velocidades con las cuales se realiza la comunicación. Sin embargo, no en todos los sistemas inalámbricos se puede decir que el Corrimiento Doppler es perjudicial , ya que existen sistemas que se ven beneficiados por dicho corrimiento de frecuencias.