【摘 要】
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随着云计算、大数据和各种智能应用业务的不断涌现,网络数据流量呈现出爆炸性增长趋势,光纤通信系统面临持续扩容的需求。为了提升传输容量,一方面,相干光通信系统能够实现高阶的调制格式,有效提升频谱效率,是实现系统扩容的最佳方案;另一方面,概率整形（Probability Shaping,PS）技术通过改变信号的发送概率来匹配信道,从而使信道容量逼近香农极限。但是,在概率整形的相干光通信系统中,信号的发送
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随着云计算、大数据和各种智能应用业务的不断涌现,网络数据流量呈现出爆炸性增长趋势,光纤通信系统面临持续扩容的需求。为了提升传输容量,一方面,相干光通信系统能够实现高阶的调制格式,有效提升频谱效率,是实现系统扩容的最佳方案;另一方面,概率整形（Probability Shaping,PS）技术通过改变信号的发送概率来匹配信道,从而使信道容量逼近香农极限。但是,在概率整形的相干光通信系统中,信号的发送概率不相等,会对接收端载波相位恢复算法的性能产生影响。因此,探究概率整形的相干光通信系统中的载波相位恢复算法具有重要的研究意义和实用价值。由于概率整形信号的发送概率不相等,传统的基于均匀分布信号的载波相位恢复算法会受到一定影响。为了探究这一问题,本论文针对概率整形的相干光通信系统,研究载波相位恢复算法的性能及其改进方案。具体的研究内容如下:（1）QPSK Partition算法在概率整形相干光通信系统中的性能及其改进。研究了传统QPSK Partition算法在概率整形相干光通信系统中的性能,提出一种基于最大后验概率（Maximum a posteriori probability,MAP）判决的QPSK Partition算法。通过对接收信号的统计特性进行研究,采用MAP判决实现判决误差的最小化,同时,优化不同幅度信号的滤波权重,有效提升算法性能。PS 16-QAM系统仿真结果表明,传统QPSK Partition算法在概率整形系统中存在严重的性能损伤,采用改进的QPSK Partition算法在一定程度上缓解了这一损伤,实现了超过 0.1 bit/symbol 的互信息（Mutual Information,MI）提升。研究结果验证了基于MAP的改进QPSK Partition算法的有效性,并为概率整形信号的载波相位恢复算法提供了改进的思路。（2）盲相位搜索（Blind Phase Search,BPS）算法在概率整形相干光通信系统中的性能及其改进。研究了 BPS算法在概率整形相干光通信系统中的性能,仿真结果显示,BPS算法在概率整形系统中存在严重的性能劣化,需要使用上百个符号的滤波器才能实现与理论值接近的性能。针对BPS算法的这一问题,采用一种递归结构的BPS算法,通过引入遗忘因子,将传统BPS算法中的滤波器结构替换为递归的滤波器结构,优化遗忘因子从而避免使用过长的滤波器。PS 64-QAM系统的仿真表明,递归BPS算法可以有效降低相位噪声估计误差,解决了传统BPS算法在概率整形系统中受到的性能损伤。在传输相同信道MI的条件下,能够实现超过1 dB的光信噪比（Optical Signal-to-Noise Ratio,OSNR）增益。研究结果验证了递归BPS算法在概率整形的相干光通信系统中具有重要的研究价值和应用潜力。综上所述,本论文面向概率整形的相干光通信系统,研究了传统载波相位恢复算法的性能,针对传统载波相位恢复算法在PS系统中受到的性能损伤,提出了基于MAP判决的改进QPSK Partition算法和递归结构的BPS算法,并通过仿真验证了算法的有效性。研究结果为概率整形相干光通信系统中的载波相位恢复算法提供了可行的解决方案。
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