提出一种基于训练序列相位差+调频Z变换（CZT）的两级频偏估计算法。该方案采用设计的时域训练序列块并结合块内和块间多次平均平滑噪声影响，以较低开销实现频偏的稳定粗估计，并进一步基于第一级频偏粗估计设定第二级CZT估计范围，以较低计算复杂度完成最终高精度频偏估计。三载波128 GBaud 偏振复用十六进制正交幅度调制（PM-16QAM）超奈奎斯特（FTN）波分复用（WDM）系统的仿真结果表明，加速因子为0.95、0.90、0.85时，所提算法训练开销仅为1.56%，即可实现-8~8 GHz范围内的稳定频偏估计，残余频偏分别为2、2.5、3 MHz左右。与估计精度基本相当的传统盲四次方FFT频偏估计算法相比，所提算法的总体计算复杂度显著降低，约为传统算法的8%。

针对5G中下行正交频分复用(OFDM)系统由于多普勒频移和发送机与接收机晶振不同步引起频率误差导致接收机解调信号出错的问题，文章提出了一种主同步信号(PSS)和辅助同步信号(SSS)联合的频偏估计算法。首先，对接收端的 PSS和SSS分别与本地PSS和SSS进行互相关运算，其次将同一时隙第1个同步信号和物理广播信道块(PBCH)(SSB)的PSS互相关结果与第2个SSB的SSS互相关结果进行互相关运算计算初始频偏值; 最后用同一个SSB中的PSS互相关结果和SSS互相关结果作互相关运算计算新的频偏值，并采用初始的频偏值对其进行极性修正，从而得到最终频偏。与基于PSS的频偏估计算法相比，该方法利用PSS和SSS进行联合频偏估计，提高了算法精度，同时将估计范围从［-3.5,3.5］ kHz扩大到了［-7.0,7.0］ kHz。

针对啁啾(chirp)信号的频偏估计方法存在分辨率受限和估计精度不高的问题, 提出了一种基于匹配滤波插值的频偏估计(MFI-FOE)方法。首先, 将接收信号与相应的匹配信号进行匹配滤波;然后,对匹配滤波输出的波形进行峰值搜索;最后, 计算相对偏差, 在峰值和紧邻峰值的左侧点或右侧点之间进行插值, 从而得到精准的频偏估计值。仿真结果表明, 与传统的频偏估计方法相比, MFI-FOE方法的信噪比门限降低了2~4 dB, 在整个相对频偏估计范围内性能稳定, 频偏估计的归一化均方误差更接近于克拉美罗界限。所提的MFI-FOE方法在估计精度和抗噪声能力方面都有显著地提升, 验证了该方法的有效性。

针对激光器频偏较大的场景,研究了相干光滤波器组多载波通信(CO-FBMC/OQAM)系统的一种整数频偏估计与补偿方法。对以前的分数频偏研究工作进行了扩展,设计了一种混合型的训练序列结构。利用这种训练序列,不仅能完成分数频偏的估计,也能够实现对整数频偏的准确估计。利用数值仿真研究了该方法在CO-FBMC/OQAM系统中的有效性,结果表明该算法的准确频偏估计范围可以达到12倍子载波频率间隔,经过频偏补偿后的系统误码率可以低于前向纠错(FEC)极限。所提方法能够为CO-FBMC/OQAM系统的研究和应用提供有益的参考。

针对8移相键控(PSK)和16振幅移相键控(APSK)信号的频偏估计及误比特率，介绍了高阶的恒包络数字调制方式8PSK和16APSK，重点研究2种调制信号的频偏估计，并搭建通信链路模型。采用Matlab对8PSK,16APSK调制信号在加性高斯白噪声下的频偏估计进行仿真分析，并使用频偏估计得到的载波频率进行相干解调，最后对比分析实际误比特率与理论误比特率。仿真结果表明：在不同信噪比的加性高斯白噪声信道条件下，8PSK的抗噪声性能比16APSK好；采用本文给出的频偏估计方法能够较好地接近理论误比特率，为设计通信系统提供依据。

提出一种有效的幅度相位键控(APSK)调制信号载波频偏估计算法。该算法针对定时同步后的信号数据, 根据APSK调制信号星座图数据点幅度半径不同的特点, 将星座图上幅度半径最小的数据点保留, 其余幅度半径较大的数据点的值均置零。对置零处理后的数据进行4次方谱线提取, 从而估计信号的载波频偏。仿真试验表明该算法计算复杂度低, 具有很强的实用性。当数据量为500, 信噪比大于15 dB时, 频偏估计均方误差低于-80 dB。

提出了一种基于多步插值的频偏估计算法, 用于相干光通信中数字相干接收机的频偏估计补偿。该算法首先采用少量的数据点作FFT(快速傅里叶变换), 粗估计出频偏值, 然后采用DFT(离散傅里叶变换)进行多步插值计算, 降低了计算复杂度。在一个28 GBaud的QPSK(正交相移键控)仿真系统中进行了仿真验证, 结果表明, 与最新报道的LS(最小二乘)算法相比, 该文所提算法可以大大降低现有算法的复杂度。

对一种移除调制相位信息的算法进行了进一步研究, 使其适用于更高阶调制格式的相干系统。该算法对接收到的复数信号的实部和虚部分别采用绝对值操作, 移除调制的相位信息。通过对28 GBaud的64QAM(64阶正交幅度调制)相干系统进行仿真, 来研究该算法在64QAM系统中的性能。仿真结果表明, 该算法无需乘法器, 而且在频偏估计中的性能与传统的M次幂运算的性能接近。因此, 该算法相比M次幂运算在性能不变的情况下, 降低了算法的复杂度。

针对塔康天线频偏对方位估计精度的不良影响, 首先分析了从频域估计塔康天线频偏的困难性, 然后对已有的频偏搜索算法进行了改进, 增强了该算法的工程实用性。最后, 从时域出发提出了一种基于高斯-牛顿迭代的塔康天线频偏估计算法, 并给出了迭代初值的选取方法, 保证了算法的收敛性, 实现了频偏的快速估计。仿真结果表明, 该算法具有较好的估计精度, 可用于塔康天线频偏的监测。

为了解决星间激光通信不同步导致的信息质量差与解调难度大等问题, 针对滑动互相关算法帧同步易受载波频偏影响的不足, 采用计算仿真的方法分析了星间多普勒效应引起的载波频偏程度, 提出差分相关算法以实现帧同步与载波频偏估计, 并给出硬件实现方案, 分析了差分相关算法的帧同步与载波频偏估计性能。结果表明, 差分相关算法能够实现大载波频偏影响下的帧同步, 且具有较强的频偏估计性能, 采用差分相关算法后系统的误码性能提升近3dB。此结果说明, 差分相关算法是解决星间激光链路同步问题的有效方法。