频偏是指信号中所含频率与接收设备本身参考频率不一致的程度。在无线通信中,频偏是一个普遍存在的问题。
在数字通信领域中,信号时钟与系统时钟之间的频率偏移是非常普遍的,由于信号传输与接收的不同路径延迟,以及传输时产生的相位旋转等原因,会导致发射端与接收端之间的信号时钟频率偏移,从而导致接收时误码率增加。由于频偏误差值只是相对于声音频率的变化量,故误差是平稳和随着所测量时间段的增加而增大。
在数字通信时,频偏会对通信质量产生影响。下面从以下几个方面,来归结一下影响频偏的因素:
一般而言,噪声引起的频偏并不是很明显,它的影响在信道的频响特性上表现为噪声的数值,该数值决定了信道的信噪比SNR。
由于电磁波的传播特性,信号在空气传播时受到多种因素的影响而产生频偏。例如,在室内环境中,随着距离的变化,路径损耗也在不断增大,由此引起的时间延迟以及信号折射和反射可能对频偏产生影响。
在接收信号时,如果接收到的两个信号时间差异很大,这也会对频偏产生影响。例如,在使用普通频率米模块时,当接收到一短脉冲时,输入电路开始频率计数,当接收到一个较长的脉冲时,输入电路就停止频率计数。然后控制器将毫秒计数器中的计数值读取出来,从而得到相邻两个脉冲的时间间隔以及频率值。
频偏的计算方法和确定方法先介绍一下,假设接收原始信号为X(t),本地参考信号为Y(t),决定计算信号频偏值的方法常常是相位差或群时延,即:
$\Delta\text{f}=\frac{\varphi_r - \varphi_t}{2\pi t}$或$\Delta\text{f}=\frac{\tau_r - \tau_t}{t}$
如果使用前一个方法,则误差在N/2范围内,因此是可以接受的。而如果使用后一种方法,则误差是整数倍,例如1/2N,因此误差较大。这也是频偏相差1倍的主要原因。