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低功耗广覆盖(LPWA:Low Power Wide Area)网络目前是物联网(M2M：Machine To Machine)研究的一大热点。LPWA网络隶属于无线个域网(WPAN: Wireless Personal Area Network),具有低功耗、低成本、低速率、广覆盖等特点,将广泛应用于石油天然气管道监控、水泄漏检测及交通运输等行业。目前对于这方面的研究,主要以IEEE TG4工作组提出的低功耗关键基础设施监控(LECIM: Low Energy, Critical Infrastructure Monitoring)网络为代表。LECIM网络物理层(PHY:Physical Layer)和媒体控制访问层(MAC:Media Access Control Layer)的相关技术规范在IEEE802.15.4k标准中进行了详细介绍,其中物理层采用直接序列扩频通信(DSSS:Direct Sequence Spreading Spectrum)技术以满足低接收灵敏度及广覆盖的需求。同步是无线通信系统接收端能否正确获取数据的关键,其中载波同步是同步的一个重要环节。频偏估计算法中适用于突发式通信的常用估计算法有差分Kay算法,相关算法中的Fits算法和L&R等算法。在低信噪比环境下,Kay算法性能难以得到保证,而Fits算法和L&R算法运算复杂且性能一般,都不大适合LECIM网络的同步方案实现,因此如何设计LECIM系统同步方案具有很大的研究价值。本文首先深入研究LECIM网络特点及IEEE802.15.4k协议,分析得出了同步方案设计的关键技术指标。随后重点介绍了现有频偏估计算法的基本原理及性能,并对比分析了各算法的优缺点。考虑快速傅立叶变换(FFT:Fast Fourier Transform)频偏估计算法相对于其他突发式通信系统的频偏估计算法具有适合工作在低信噪比且复杂度低的优点,为了满足协议中规定的低接收灵敏度和广覆盖的要求,本文提出了一种基于前导序列的FFT联合插值算法来实现准确的频偏估计。最后,基于802.15.4k物理层协议搭建仿真平台,通过仿真对比了各同步算法的性能,并验证提出的FFT插值算法性能。结果表明,当频偏在12kHz范围内,信噪比低至-25dB环境时,使用FFT联合插值算法只需0.01ms长度的数据就可完成0-2Hz偏差的频偏估计,符合LECIM网络同步方案设计要求。