针对存在残余频偏的光频梳波分复用系统,提出一种基于盲相位搜索算法的主从载波恢复方案,该方案适用于存在频偏的光频梳相干波分复用系统。该系统使用盲相位搜索算法获取主通道的相位噪声,获取的相位噪声进一步用于初始化从通道相位噪声;使用测试相位自适应的相位追踪器对从通道的相位噪声进行校正。通过自适应调整测试相位的个数和中心位置,实现了可容忍频偏的低复杂度载波相位恢复。仿真结果表明,当使用80 GHz间隔的五线光频梳作为发射端和本地振荡光源时,相对于各通道独立的载波恢复方案,本方案在不牺牲相位噪声容忍度的前提下,将从通道的计算复杂度降低了80%。

为应对概率整形场景下相干光通信系统中的偏振解复用问题,提出了一种基于独立成分分析和极大似然估计的偏振解复用算法。由于各个信号之间相互独立,因此可以对信号采用独立成分分析的手段进行偏振解复用。通过基于最大似然估计的迭代更新寻找最佳的分离矩阵,即偏振解复用矩阵。对所提算法在不同信噪比下的性能及整形强度的容忍度进行了仿真分析。结果表明,所提算法能够应对不同的概率整形强度,在较大的信噪比范围内均能完成良好的偏振解复用。相较于用于标准信号的恒模算法,所提算法并不会受到整形强度的影响,并且随着整形强度的增加,系统的性能有所提升。

大波特率、高阶调制格式信号的广泛应用使相干光通信系统对收发机中存在的硬件损伤更加敏感,因此迫切需要相应的损伤估计方法。提出了一种新的基于数字信号处理的收发机损伤联合估计方案,该方案可同时监测因光发射机和光接收机硬件不完美引起的光信号同相/正交(IQ)分量幅度、相位不平衡和时钟偏移。该方案首先使用Godard定时误差检测器和施密特正交化法估计并补偿了接收机损伤;接着使用最大似然的独立成分分析法和级联的判决引导最小均方(DDLMS)算法分别实现了对发射机损伤不敏感的偏振解复用和载波相位恢复;最后从DDLMS的抽头系数中估计出发射机损伤。得益于对发射端IQ不敏感的偏振解复用和载波相位恢复,该方案实现了宽范围的损伤监测。仿真结果表明,与传统数字信号处理方案相比,所提方案对发射端幅度、相位不平衡的估计范围分别提升了约100%和33%。

为应对概率整形场景下载波相位恢复的问题,提出了一种基于统计分析的自适应算法。利用核密度估计进行概率整形信号的参数估计,从而估计得到信息熵,以辅助后续的基于半径定向的4次方频偏估计算法。运用估计出的概率整形参量进行信号的针对性归一化,用于后续基于盲相位搜索的载波相位噪声恢复。对该算法的频偏估计范围、信噪比及激光线宽容忍度进行了仿真分析。结果表明,所提方案能够应对不同的概率整形强度,在较大的信噪比范围内均能实现良好的载波相位恢复。此外,相对于用于标准信号的载波相位恢复算法,该方案达到最优性能时所需的滑动窗口长度更短并且拥有更高的估计精度。

面向光发射机信号畸变分析的应用场景,采取了一种相位近似缓变的相干检测系统,并借助聚类分析算法对畸变光信号进行分析预处理,精确估计畸变系数并实现较好的星座图恢复效果。该系统通过调整本振光传输链路长度使其与信号光传输链路的长度基本相等,本振光和信号光之间的相位差在较长的时间窗口内近似恒定,从而允许借助聚类分析方法对长时间窗口数据进行星座图的智能分析与预处理,基于聚类中心点位置计算获得畸变系数,同时以聚类中心位置作为参考进行后续均衡和载波相位处理。该方案解决了在信号畸变与相位噪声同时存在下的信号恢复难题,可实现精准信号畸变评估。在实验系统中使用聚类分析方法和盲相位搜索(BPS)算法对I-Q增益不平衡、I-Q幅度分布不均匀和I-Q相位误差三种发射机畸变信号进行处理,并进行相应的实验验证。仿真和实验结果均表明,该实验系统中聚类算法可对发射机的上述三种畸变损伤实现精确估计。

提出基于级联扩展卡尔曼滤波与块状处理线性卡尔曼滤波的频偏和相位噪声协同处理方案。利用扩展卡尔曼滤波器对系统频偏进行初始估计,利用块状线性卡尔曼滤波器实现频偏和相位噪声的精准估计。对最优数据块长度和调优参数Q的关系,算法的线宽容忍性能、频偏估计范围以及频偏漂移追踪速度进行了详细的讨论和分析。结果表明,该方案具有快速的载波估计收敛能力、较高的频偏和相位估计精度,并且其频偏漂移追踪可高达320 MHz/μs。相比传统盲相位搜索方法,该方案具备较高的频偏容忍度和较低的实现复杂度。最后实验研究正交相移键控(QPSK)光通信系统下的载波恢复性能,同时给出不同光信噪比、块状数据长度下的载波频偏估计性能。