引用本文：

邓昊，李一飞，赵建等. 超奈奎斯特相干光通信系统中的盲载波相位恢复方法[J]. 光通信技术，2026，50（4）：110-114.

超奈奎斯特相干光通信系统中的盲载波相位恢复方法

邓 昊，李一飞，赵 建*

（华南理工大学 电子与信息学院，广州 510641）

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摘要：针对超奈奎斯特（FTN）技术引入的可控码间串扰影响载波相位恢复（CPR）性能的问题，系统比较了修正盲相位搜索、修正Kullback-Leibler散度、卡尔曼滤波及主成分相位估计（PCPE）4种方法在FTN系统中的适用性，重点分析了PCPE无需修正即可适配FTN信号的机理；搭建50 GBaud FTN数字多频带系统进行仿真与实验验证。结果表明：PCPE方法在存在FTN码间串扰时性能最优，最佳压缩因子为0.91；在带宽受限场景下，基于PCPE的FTN系统误码率（BER） 为1×10-2时所需光信噪比（OSNR）较传统奈奎斯特系统降低约2 dB。

关键词：超奈奎斯特；码间串扰；数字多频带；载波相位恢复；主成分相位估计

中图分类号：TN91  文献标志码：A 文章编号：1002-5561（2026）04-0110-05

DOI:DOI：10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2026.04.017

  1. 研究背景与动机：

    • 随着6G网络和云计算的发展，光纤通信系统需要突破器件带宽限制，提升传输性能和频谱效率。

    • FTN技术通过压缩信号带宽至奈奎斯特带宽以下，实现频谱效率的提升，但引入了可控ISI，影响传统CPR算法的性能。

  2. FTN技术与CPR挑战：

    • FTN技术允许可控ISI存在，但传统CPR方法（如基于数据辅助的CPR和盲CPR方法）在FTN系统中性能下降。

    • 蝶形自适应滤波器（BAF）和最大似然序列检测（MLSE）/Bahl-Cocke-Jelinek-Raviv（BCJR）算法常用于消除FTN-ISI，但对CPR性能仍有影响。

  3. 四种CPR方法比较：

    • 修正盲相位搜索（M-BPS）：需针对FTN-ISI修正判决步骤，通过分块和旋转信号进行相位估计。

    • 修正Kullback-Leibler散度（M-KL）：通过最小化接收星座图概率分布与目标分布之间的KL散度来估计相位，需预先建立查找表获得含ISI的星座图概率分布。

    • 卡尔曼滤波（KF）：利用状态空间模型递归估计相位噪声，无需针对ISI进行结构性修正。

    • 主成分相位估计（PCPE）：通过对接收星座点进行平方操作，计算第一个主成分的角度以估计相位噪声，无需修正即可直接适用于FTN系统。

  4. PCPE方法原理与适用性：

    • 传统Nyquist系统：PCPE方法通过平方星座点消除调制相位，计算第一个主成分角度估计相位噪声。

    • FTN系统：FTN调制后的星座点虽因ISI扩散，但保持对称分布，平方信号的第一个主成分角度与相位噪声的关系仍满足传统Nyquist系统的公式，因此PCPE方法无需修正即可直接适用。

  5. 仿真与实验验证：

    • 仿真设置：搭建50 GBaud FTN-DMB系统，研究不同CPR方法在FTN系统中的性能。

    • 仿真结果：PCPE方法在存在FTN-ISI条件下性能最优，最优压缩因子为0.91；在带宽受限场景下，基于PCPE的FTN系统误码率（BER）为1×10^-2时所需光信噪比（OSNR）较传统奈奎斯特系统降低约2 dB。

    • 实验设置：在QPSK-FTN-DMB系统中开展实验验证，实验结果与仿真一致，PCPE方法性能最佳。

  6. 结论与展望：

    • PCPE方法无需针对FTN-ISI进行修正即可直接适用，在FTN系统中性能最优。

    • 基于PCPE的FTN系统在带宽受限场景下相较于传统奈奎斯特系统具有显著优势，为未来光纤通信系统的发展提供了新的思路。