无线信道的载波频偏估计
无线信道中OFDM系统的频偏估计
无线信道中OFDM系统的频偏估计
李芳芳;郑建宏
【期刊名称】《无线电通信技术》
【年(卷),期】2005(31)2
【摘要】OFDM技术作为一种适用于高速无线传输的调制技术近年来越来越受到关注.但OFDM系统的显著问题是对频率偏移十分敏感.针对OFDM信道传输系统,提出了一种频率偏移估计算法.该估计器采用内插技术,通过频域来实现,与传统的最大似然估计器相比,该算法具有良好的性能和较简单的结构.
【总页数】3页(P50-52)
【作者】李芳芳;郑建宏
【作者单位】重庆邮电学院移动通信重点实验室,重庆,400065;重庆邮电学院移动通信重点实验室,重庆,400065
【正文语种】中文
【中图分类】TN92
【相关文献】
1.无线局域网环境中OFDM系统频偏综合估计 [J], 李熠;李式巨;徐志江
2.一种协作OFDM系统频偏与信道联合估计算法 [J], 鲍晶晶;董华锋
3.基于连续符号平均功率方差最小化的CM-OFDM系统盲载波频偏估计算法 [J], 于秀兰;黄璇
4.时变瑞利信道中存在频偏的OFDM系统性能分析 [J], 代光发;陈少平
5.OFDM系统在衰落信道中帧同步和频偏估计算法研究 [J], 邓春丽
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载波频偏估计
载波频偏估计载波频偏估计是无线通信中的一个重要技术，它是指在接收端对接收到的信号进行频偏估计，从而能够更准确地解调信号，提高通信质量。
在无线通信中，由于各种原因，例如天线误差、多径效应等，信号在传输过程中往往会出现一定的频偏。
因此，对于接收端来说，准确估计信号的频偏是十分重要的。
我们需要了解什么是载波频偏。
载波频偏是指信号的实际频率与预期频率之间的差异。
在理想情况下，发送端和接收端的载波频率应该完全相同，但是由于各种原因，比如发送端和接收端的本地振荡器存在频率不一致的问题，会导致信号的频率发生偏移。
而载波频偏估计就是通过一系列算法和技术手段，来估计信号的实际频偏，从而能够对信号进行补偿，使其能够正确地解调和还原。
在进行载波频偏估计时，通常会使用到一些特定的信号序列，比如载波频率已知的参考信号。
通过与参考信号进行比较，可以得到信号的频偏信息。
常用的载波频偏估计算法有两种，一种是基于时域的方法，另一种是基于频域的方法。
基于时域的方法通常使用相关性分析来估计频偏，而基于频域的方法则通过对信号进行傅里叶变换，得到信号的频谱信息，从而估计出频偏。
在实际应用中，载波频偏估计是一个非常复杂的问题，因为信号的频偏往往是非常小的，通常在几十赫兹到几千赫兹之间。
而且，信号在传输过程中还会受到多种干扰，比如噪声、多径效应等，这些都会对频偏的估计造成一定的影响。
因此，在进行载波频偏估计时，需要综合考虑各种因素，并采用合适的算法和技术手段，从而提高估计的准确性和鲁棒性。
载波频偏估计在无线通信系统中起着至关重要的作用。
首先，准确的载波频偏估计可以提高解调的准确性和可靠性，从而提高通信质量。
其次，对于一些特定的应用场景，比如无线电定位和同步通信等，载波频偏估计更是必不可少的。
在无线电定位中，通过估计信号的频偏，可以计算出信号源与接收端之间的距离。
而在同步通信中，通过估计信号的频偏，可以实现多个终端之间的同步，从而提高信号的传输效率。
OFDM频率偏移估计算法分析
兰州交通大学毕业设计（论文）OFDM 频次偏移预计算法剖析纲要作为一种特别的多载波调制技术，正交频分复用（OFDM ，Orthogonal Frequency Division Multiplexing ）因其高频谱利用率、高数据传输速率以及优秀的抗多径扰乱性能，宽泛地应用于数字音视频广播、无线局域网等高速数据传输系统中。
OFDM 通讯系统具备所有这些优势的前提是收发两头子载波均要保持优秀的正交性，但是，在实际应用中，晶振的非理想要素以及挪动通讯中多径信道产生的多普勒频移将会造成OFDM 系统发射机与接收机载波中心频次的偏移（CFO， Carrier Frequency Offset），而这将严重损坏子载波之间的正交性，所以OFDM 系统接收机一定对载波频偏加以预计并对接收信号进行相应赔偿以保证解调数据的正确性。
往常，将这一操作称为载波频率同步，也可简称为频偏预计。
因为 OFDM 系统对 CFO 特别敏感，细小的 CFO 就能造成系统误码性能的大幅降落，所以，频次同步技术是 OFDM 系统的要点技术之一。
本论文第一回首了OFDM 技术发展的历史，而后从基本的 OFDM 系统的原理出发，论述了 OFDM 系统中的同步问题。
接着详尽论述了准时同步偏差和载波频次偏差对系统性能的影响。
最后，对现有的频次同步技术（即，盲同步算法和非盲同步算法）进行了介绍且要点介绍了三种拥有代表性的载波频偏预计算法：子载波间扰乱（ICI ，Intercarrier interference）自除去方法，高阶子载波间扰乱（ICI ）自除去方法和频次偏移盲预计方法，并经过仿真比较剖析了它们在加性高斯白噪声信道和频次选择性信道下的预计性能。
要点词：正交频分复用；载波频次偏移；子载波间扰乱；盲载波频偏预计；自除去兰州交通大学毕业设计（论文）ABSTRACTAs a special multicarrier modulation technique OFDM（ Orthogonal Frequency Division Multiplexing ）has been widely used in data transmission systems such as Digital Video/Audio Broadcasting systems and wireless LAN systems, due to its high spectral efficiency, high data rate, and excellent performance to combat with multi-path interference. It is the orthogonality between the sub-carriers in OFDM systems that guarantees all those strengths mentioned above. However，the carrier frequency offset, caused by the non-ideal factors of the oscillators and the Doppler Shift introduced by the multipath channel, will destroy the orthogonality between the subcarriers. In order to get a better performance, the receiver should estimate the carrier frequency offset and then compensate the received signal, which is usually called as carrier frequency synchronization or frequency offset estimation for short. OFDM systems are very sensitive to carrier frequency offset, that is to say, a small frequency shift could degrade the system performance dramatically. Therefore, frequency synchronization technique has become one of the key techniques of OFDM systems.Firstly, this dissertation reviews the history of the development of OFDM technique. According to the basic OFDM theory, this dissertation describes synchronization of OFDM systems. Then,describes the effect of the timing offset and frequency offset to the system in detail. Finally, the frequency synchronization of existing technologies（i.e. the blindalgorithm and the non-blind algorithm）is introduced and this dissertation focus on the three typical carrier frequency offset estimation algorithm: Intercarrier Interference Self-Cancellation, High-order Intercarrier Interference Self-Cancellation and Blind Deterministic Frequency Offset Estimation Method. Performances under AWGN channel and frequency-selective channel are analyzed and compared by simulation.Keywords: Orthogonal Frequency Division Multiplexing（OFDM）; Carrier Frequency Offset;Intercarriers Interference; Blind Carrier Frequency Offset Estimation; Self-cancellatio兰州交通大学毕业设计（论文）目录纲要 (I)ABSTRACT (II)1绪论 (1)1.1 前言 (1)1.2 OFDM 技术的历史及发显现状 (1)1.3 OFDM 技术的优弊端 (2)1.3.1 OFDM 技术的长处 (2)1.3.2 OFDM 技术的弊端 (3)1.4 论文的主要工作和章节安排 (4)2OFDM 系统基础 (5)2.1 无线信道特色 (5)多径信道模型和信道参数 (6)多径时延扩展衰败效应 (7)2.1.3 Doppler 扩展衰败效应 (9)2.2 正交频分复用（ OFDM ）技术与频分复用（ FDM ）技术的比较 (9)2.3 OFDM 系统的分类 (10)2.3.1 CP-OFDM 系统 (10)2.3.2 ZP-OFDM 系统 (11)2.4 鉴于 IFFT/FFT 的 OFDM 系统原理 (11)2.4.1 OFDM 的基来源理 (11)鉴于 IFFT/FFT 的 OFDM 系统 (14)串/并变换 (14)信号映照 (15)利用 IFFT/FFT 实现 OFDM 符号的调制与解调 (15)保护间隔 (16)循环前缀 (17)2.5 OFDM 系统的要点技术 (18)信道建模 (18)时域和频域同步 (19)信道预计 (19)信道编码和交叉 (20)降低峰值均匀功率比 (20)平衡 (21)3OFDM 系统的同步技术 (22)3.1 OFDM 系统的 3 种同步 (22)3.2 OFDM 系统中的载波频次同步 (22)载波频次偏移的形成原由 (22)载波频次偏移的影响 (25)载波频次偏移的数学剖析 (25)4频偏预计算法研究 (26)4.1 频偏预计概括 (26)4.2 OFDM 挪动通讯系统中子载波间扰乱（ ICI ）自除去方法 (27)标准 OFDM 系统中子载波间扰乱（ ICI ）的原理 (28)除去子载波间扰乱（ ICI ）的调制原理 (29)除去子载波间扰乱（ ICI ）的解调原理 (31)子载波间扰乱（ ICI ）自除去的性能仿真 (33)子载波间扰乱（ ICI ）自除去的性能剖析 (34)4.3 高阶子载波间扰乱（ ICI ）自除去方法 (35)4.3.1 cubic 方法 (35)4.3.2 quadric 方法 (35)高阶子载波间扰乱（ ICI ）自除去的性能仿真 (36)4.4 OFDM 挪动通讯系统中有效的频偏盲预计方法 (38)盲载波频次偏移（ CFO）预计的代价函数 (38)无噪声状况下，代价函数的余弦函数模型 (41)有噪声状况下，代价函数的余弦函数模型 (43)盲预计载波频次偏移（ CFO） (45)频偏盲预计方法性能剖析 (46)结论 (47)道谢 (48)参照文件 (49)附录 (50)1绪论1.1 前言自二十世纪初意大利科学家马可尼在人类历史上第一次实现了无线电通讯，一个多世纪以来，无线通讯技术获得了极大的发展。
射频的频偏指标-概述说明以及解释
射频的频偏指标-概述说明以及解释1.引言1.1 概述射频技术在现代通信领域中起着至关重要的作用，它涉及到无线信号的传输和接收。
而频偏作为射频技术中的一个重要指标，直接影响着通信系统的性能和稳定性。
频偏指的是信号的实际频率与其预期或参考频率之间的差距，频偏会导致信号失真、接收误差以及数据丢失等问题。
因此，研究和分析频偏指标对于提高通信系统的性能至关重要。
本文将重点探讨频偏的概念、种类、意义以及对通信系统的影响，旨在为读者提供更深入的了解和认识。
1.2 文章结构文章结构部分主要包括引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们将介绍射频技术以及频偏在射频通信领域中的重要性，为读者提供背景知识和引起兴趣。
在正文部分中，我们将分为三个小节进行阐述：射频技术简介、频偏的定义和重要性以及频偏指标的种类及意义。
通过这些内容的讲解，读者可以了解射频技术的基本概念和频偏在通信中的具体表现及影响。
最后，在结论部分，我们将总结频偏指标对通信系统性能的影响，提出应对频偏的措施，并展望未来射频技术发展的方向。
通过这一部分，读者可以获得对频偏指标及其应对方法的全面认识，为未来的学习和研究提供参考。
1.3 目的:本文旨在深入探讨射频技术中频偏指标的作用和重要性，帮助读者更加深入地理解频偏在通信系统中的影响。
通过对频偏的定义、种类及意义进行详细的剖析，旨在帮助读者更好地了解如何评估和控制频偏，从而提高通信系统的性能和稳定性。
最终目的是为读者提供对频偏指标的全面理解，为日后在实际应用中更好地应对和解决频偏问题提供有力支持。
2.正文2.1 射频技术简介射频技术是指在无线通信和雷达系统中使用的一种电子技术，用于处理无线信号的传输和接收。
射频技术涉及到频率范围在3kHz至300GHz 之间的无线电频段，主要用于无线通信系统中的信号传输和接收。
射频技术在现代通信领域中扮演着重要的角色，尤其在移动通信、卫星通信和无线网络等领域中得到广泛应用。
OFDM频率偏移估计算法分析
OFDM频率偏移估计算法分析摘要作为一种特殊的多载波调制技术，正交频分复用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）因其高频谱利用率、高数据传输速率以及良好的抗多径干扰性能，广泛地应用于数字音视频广播、无线局域网等高速数据传输系统中。
OFDM通信系统具备所有这些优势的前提是收发两端子载波均要保持良好的正交性，然而，在实际应用中，晶振的非理想因素以及移动通信中多径信道产生的多普勒频移将会造成OFDM系统发射机与接收机载波中心频率的偏移（CFO，Carrier Frequency Offset），而这将严重破坏子载波之间的正交性，因此OFDM系统接收机必须对载波频偏加以估计并对接收信号进行相应补偿以保证解调数据的准确性。
通常，将这一操作称为载波频率同步，也可简称为频偏估计。
由于OFDM系统对CFO非常敏感，微小的CFO就能造成系统误码性能的大幅下降，因此，频率同步技术是OFDM 系统的关键技术之一。
本论文首先回顾了OFDM技术发展的历史，然后从基本的OFDM系统的原理出发，阐述了OFDM系统中的同步问题。
接着详细阐述了定时同步偏差和载波频率偏差对系统性能的影响。
最后，对现有的频率同步技术（即，盲同步算法和非盲同步算法）进行了介绍且重点介绍了三种具有代表性的载波频偏估计算法：子载波间干扰（ICI，Intercarrier interference）自消除方法，高阶子载波间干扰（ICI）自消除方法和频率偏移盲估计方法，并通过仿真比较分析了它们在加性高斯白噪声信道和频率选择性信道下的估计性能。
关键词：正交频分复用；载波频率偏移；子载波间干扰；盲载波频偏估计；自消除ABSTRACTAs a special multicarrier modulation technique OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）has been widely used in data transmission systems such as Digital Video/Audio Broadcasting systems and wireless LAN systems, due to its high spectral efficiency, high data rate, and excellent performance to combat with multi-path interference. It is the orthogonality between the sub-carriers in OFDM systems that guarantees all those strengths mentioned above. However，the carrier frequency offset, caused by the non-ideal factors of the oscillators and the Doppler Shift introduced by the multipath channel, will destroy the orthogonality between the subcarriers. In order to get a better performance, the receiver should estimate the carrier frequency offset and then compensate the received signal, which is usually called as carrier frequency synchronization or frequency offset estimation for short. OFDM systems are very sensitive to carrier frequency offset, that is to say, a small frequency shift could degrade the system performance dramatically. Therefore, frequency synchronization technique has become one of the key techniques of OFDM systems.Firstly, this dissertation reviews the history of the development of OFDM technique. According to the basic OFDM theory, this dissertation describes synchronization of OFDM systems. Then,describes the effect of the timing offset and frequency offset to the system in detail. Finally, the frequency synchronization of existing technologies（i.e. the blind algorithm and the non-blind algorithm）is introduced and this dissertation focus on the three typical carrier frequency offset estimation algorithm: Intercarrier Interference Self-Cancellation, High-order Intercarrier Interference Self-Cancellation and Blind Deterministic Frequency Offset Estimation Method. Performances under AWGN channel and frequency-selective channel are analyzed and compared by simulation.Keywords: Orthogonal Frequency Division Multiplexing（OFDM）; Carrier Frequency Offset; Intercarriers Interference; Blind Carrier Frequency Offset Estimation; Self-cancellatio目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1引言 (1)1.2OFDM技术的历史及发展现状 (1)1.3OFDM技术的优缺点 (2)1.3.1 OFDM技术的优点 (2)1.3.2 OFDM技术的缺点 (3)1.4论文的主要工作和章节安排 (4)2 OFDM系统基础 (5)2.1无线信道特征 (5)2.1.1 多径信道模型和信道参数 (6)2.1.2 多径时延扩展衰落效应 (7)2.1.3 Doppler扩展衰落效应 (9)2.2正交频分复用（OFDM）技术与频分复用（FDM）技术的比较 (9)2.3OFDM系统的分类 (10)2.3.1 CP-OFDM 系统 (10)2.3.2 ZP-OFDM系统 (11)2.4基于IFFT/FFT的OFDM系统原理 (11)2.4.1 OFDM的基本原理 (11)2.4.2 基于IFFT/FFT的OFDM系统 (14)2.4.3 串/并变换 (14)2.4.4 信号映射 (15)2.4.5 利用IFFT/FFT实现OFDM符号的调制与解调 (15)2.4.6 保护间隔 (16)2.4.7 循环前缀 (17)2.5OFDM系统的关键技术 (18)2.5.1 信道建模 (18)2.5.2 时域和频域同步 (19)2.5.3 信道估计 (19)2.5.4 信道编码和交织 (20)2.5.5 降低峰值平均功率比 (20)2.5.6 均衡 (21)3 OFDM系统的同步技术 (22)3.1OFDM系统的3种同步 (22)3.2OFDM系统中的载波频率同步 (22)3.2.1 载波频率偏移的形成原因 (22)3.2.2 载波频率偏移的影响 (25)3.2.3 载波频率偏移的数学分析 (25)4 频偏估计算法研究 (26)4.1频偏估计概述 (26)4.2OFDM移动通信系统中子载波间干扰（ICI）自消除方法 (27)4.2.1 标准OFDM系统中子载波间干扰（ICI）的原理 (28)4.2.2 消除子载波间干扰（ICI）的调制原理 (29)4.2.3 消除子载波间干扰（ICI）的解调原理 (31)4.2.4 子载波间干扰（ICI）自消除的性能仿真 (33)4.2.5 子载波间干扰（ICI）自消除的性能分析 (34)4.3高阶子载波间干扰（ICI）自消除方法 (35)4.3.1 cubic方法 (35)4.3.2 quadric方法 (35)4.3.3 高阶子载波间干扰（ICI）自消除的性能仿真 (36)4.4OFDM移动通信系统中有效的频偏盲估计方法 (38)4.4.1 盲载波频率偏移（CFO）估计的代价函数 (38)4.4.2 无噪声情况下，代价函数的余弦函数模型 (41)4.4.3 有噪声情况下，代价函数的余弦函数模型 (43)4.4.4 盲估计载波频率偏移（CFO） (45)4.4.5 频偏盲估计方法性能分析 (46)结论 (47)致谢 (48)参考文献 (49)附录 (50)1 绪论1.1 引言自二十世纪初意大利科学家马可尼在人类历史上第一次实现了无线电通信，一个多世纪以来，无线通信技术取得了极大的发展。
无线传感网载波频率偏移估计方法的改进
无线传感网载波频率偏移估计方法的改进王翔;罗炬锋;付耀先;王营冠【期刊名称】《计算机应用研究》【年(卷),期】2011(028)009【摘要】In wireless sensors networks, for low-power and low-cost requirements, the device should rapidly complete accurate carrier frequency offset estimation in low SNR environment to ensure reliable data transmission. It is necessary to develop the estimation algorithm of low SNR and large estimation range. Fitz algorithm is a classical method of frequency offset estimation, with advantage of high accuracy and low estimation SNR threshold. But it is inverse relationship between the estimation range and the estimation accuracy. This paper introduced a new iterative method to improve Fitz' s algorithm which unwrapped the angular of auto-correlation function to calculate the carrier frequency offset. The new algorithm expanded the estimate range while kept the advantages of high accuracy and low estimation thresh of Fitz algorithm. The simulation results show that the new algorithm' s estimation range close to ± 50% of the symbol period, th e estimation accuracy close to lower limit of to the CRLB, and the estimation SNR threshold 2 dB lower than other algorithms. This algorithm can meet the accuracy and range re quirement of wireless sensor network at the same time.%无线传感网的低功耗、低成本等特性,要求设备能在低信噪比环境下快速完成突发通信的载波频偏估计,保证数据传输的正确性,因而需要对低信噪比和大频偏范围的频偏估计算法进行研究.Fitz算法是较为经典的载波频率偏移估计方法,具有算法精确度高和估计信噪比门限低等优点,但此算法的频偏估计范围与精度之间呈反比关系,频偏估计范围越大,估计精度越低.针对Fitz算法进行改进,利用迭代的方法展开信号自相关相位,代入Fitz算法估计载波频偏,在保持Fitz算法精确度高和估计信噪比门限低优点的同时,将其估计范围扩大了M倍,M为最大自相关阶数.实验结果表明,改进算法的频偏估计范围接近±50％的符号周期,估计精确度接近克拉美一劳(CRLB)下限,估计信噪比门限较其他算法降低2 dB；算法能够同时满足无线传感网系统对载波频偏估计范围和估计精度的需求.【总页数】4页(P3428-3431)【作者】王翔;罗炬锋;付耀先;王营冠【作者单位】中国科学院上海微系统与信息技术研究所无线传感器网络与通信重点实验室,上海 200050;中国科学院上海微系统与信息技术研究所无线传感器网络与通信重点实验室,上海 200050;中国科学院上海微系统与信息技术研究所无线传感器网络与通信重点实验室,上海 200050;中国科学院上海微系统与信息技术研究所无线传感器网络与通信重点实验室,上海 200050【正文语种】中文【中图分类】TN929.5【相关文献】1.一种应用于无线传感网的频偏估计改进方法 [J], 周磊磊;朱磊基;汪明亮2.多载波CDMA系统的残留频率偏移估计及补偿方法 [J], 秦勉;杨守义;穆晓敏;齐林3.无线传感网络通信过程中有效带宽估计方法改进 [J], 张新彩4.无线传感网络通信过程中有效带宽估计方法改进研究 [J], 邹贵红5.OFDM系统中一种基于导频子载波的联合频率偏移纠正和信道估计方法 [J], 赵亚红;董明科;吴伟陵因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
软件无线电 第5章 频偏估计与插值技术
5.1 频 偏 估 计 解 调
5.1.2复基带信号的几种载频频偏估 计算法比较
5.1 频 偏 估 计 解 调
• 在通信信号分析中，许多数字化的通信接收机中 的信号经过下变频后，一般多使用复基带信号表 示，这样导致一些传统的比较简单的载频估计算 法，如过零点检测算法和基于谱对称的频域算法 不能完全适用或需要改进。尤其对FM基带信号估 计误差极大。 • 截取一段基带信号，设点数为N，信号可表示为
5.1 频 偏 估 计 解 调
频偏估计
• 在传统通信系统中，由于多普勒频移和本地载波误差 的影响，接收信号会发生缓慢的频率漂移，从而使接 收信号出现相位漂移，对采用相干解调的通信系统会 产生恶劣影响，使接收系统性能下降。
5.1 频 偏 估 计 解 调
• 在全数字接收机中，数字下变频的本地振荡信号是一 个固定频率的自由振荡信号，它不可能和输入信号的 载波频率完全相等，必然产生一个频差。 • 无论是传统的数字通信系统还是全数字接收机都必须 估计和消除频偏误差，这也是载波同步的一个重要部 分。
频偏估计
则有图1可得 5.1 频 偏 估 计 解 调
y (t ) I (t T d )Q (t ) Q (t T d ) I (t ) [ a (t Td )b (t ) b (t Td ) a (t )] cos( Td ) [ a (t Td ) a (t ) b (t Td )b (t )] sin( Td )
(16)
频偏估计
• 从式（14）和（15）可见，在满足式（13）的条件下，X 、Y 的 均值对信息符号的依赖关系相同，而且具有完全相同的系数，
5.1 频 偏 估 计 解 调
E[ a (t Td ) a (t ) b (t Td )b (t )]
一种LTE系统中基于循环前缀的载波频偏估计方法
定 相关窗 以调整数 据相关位置 ，提高频偏估 计的精度 ，同时通 过累加一定 符号的相关 数据来平滑频 偏调整 值 ，通过对算法的性能进行分析和比较 ，本 文提 出的算法能获得对于加快载波频偏估计收敛速度和平滑频偏 估 计值 ，减小估计增益上有一定作用。同时通过设定相关窗还能够减小 由于无线信道的多径传播带来的符号
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