一. 前言

光纤通信是以光纤作为媒介从发射端到目的端传送信息的一种方式。自 1990s开始，光纤就已经广泛应用到城际通信和跨洋通信中，其传输速率从当时的45 Mbit/s 已经发展到目前开始商用的100 Gbit/s。从检测技术上讲，激光通信系统可以分为两类：直接检测，相干检测。对于直接检测，数据直接映射到激光信号的强弱中，虽然了简化系统设计以及减少了成本，但是其频谱利用率低，接收机灵敏度差。上世纪八十年代，研究人员为了弥补以上的缺点，将目光转向了具有更高接收机灵敏度以及频谱利用率的相干光通信技术方案。然而随着 90 年代掺铒光纤放大器（EDFA）的出现，自发辐射白噪声成为光纤通信系统的主要噪声来源，因此提升接收机灵敏度极限不再显得那么重要，之后随着波分复用技术（WDM）的出现，大大提高了光纤通信系统的传输速率，缓解了人们对于传输容量的需求，同时由于模数转换技术的限制以及数字信号处理技术的落后，相干光通信技术逐渐淡出了研究人员的视野，到目前为止光纤通信中广泛使用的40 Gb/s

传输技术以及部分的100 Gb/s 商用光纤通信技术采用的依旧是强度调制直接检的方案。

随着互联网、物联网通信数据业务的扩展，以及网络电视和高清视频等多媒体业务量的快速增长，现代社会对通信系统传输带宽提出了新的需求。到 2020 年全球数据通信速率的增长需求预测。在这种增长需求下，基于 WDM、EDFA 以及 IM-DD 等技术的 10 Gb/s 和 40 Gb/s 传统商用光纤通信系统已经逐渐被人们日益增长的信息通信需求所消耗殆尽。由于光纤通信可用波段带宽的限制，IM-DD 严重限制了光纤通信系统传输速率的提升，于是人们重新将目光转向了具有更高频谱利用率的相干光通信技术，以期使光纤通信传输速率增加到 400 G/s 甚至 1 Tb/s。 高速发展的数字信号处理技术（DSP）是推动相干光通信技术发展的重要动力之一，相干接收机将接收的光信号通过 90 度混频以及平衡检测后转换成基带电信号，信号保留了幅度、相位、偏振态等所有信息，但是由于在信号在发射、传输以及接收过程中不可避免的会产生各种的损耗与噪声，因此需要在接收端通过DSP 算法对其进行补偿，恢复出信号的偏振态、幅度以及相位信息以实现高阶调制信号以及偏振复用信号的传输，提高频谱利用率，这在传统的 IM-DD 光通信系统中是无法实现的。提高相干接收机性能的主要手段之一就是改善 DSP 算法的性能，因此 DSP 算法的研究在相干光通信研究中占有很重要的地位。简单并有效的算法不仅可以在相同的硬件接收环境下降低接收误码率（BER），改善接收机灵敏度曲线，而且可以极大的节省 DSP 资源，从而降低成本，减少功耗。同时，为了满足光通信领域测量检测的需求，具有高噪声容忍特性，宽测量范围，高估计精度的相干光通信

信号处理算法也是相干光通信信号处理算法领域的研究热点之一。典型的偏振复用相干光通信系统接收机信号处理包括预处理，静态信道损耗补偿，动态信道损耗补偿，偏振态恢复，时钟恢复，频偏估计，载波相位估计，码型判决与变换等。