低复杂度M-QAM相干光通信频偏估算法：高效且精度高

本文主要探讨了在现代光通信系统中，特别是在采用任意阶正交幅度调制（M-QAM）技术的相干光通信系统中，由于发射激光器与本振激光器之间的频率偏差（即载波频率偏移）问题，提出了一种创新的低复杂度频偏估计算方法。该方法首先通过快速傅里叶变换（FFT）对接收到的信号进行分析，这种方法的优势在于能够有效地将连续信号转换为离散频域信息，便于后续处理。 在算法实施过程中，关键步骤是利用离散谱中主峰（即信号的主要频率成分）与次峰之间的幅度比值关系来进行频率插值。这种基于幅度比值的方法简化了传统的频偏估计算过程，避免了复杂的搜索或迭代算法，如梯度下降法（GD）和调频Z变换（CZT），从而大大降低了计算的复杂度和硬件需求。 在20 Gbaud 16QAM的单偏振传输系统中，该算法展示了良好的性能稳定性，即其精度不受被估计信号频率分布的影响。通过与3次迭代的GD算法和CZT算法进行性能对比，结果表明，基于幅度比值的频偏估计算法在保持相近的精度水平下，硬件复杂度降低了大约75%，这在实际应用中具有显著的优势，特别是在追求低功耗和高效能的系统设计中。 此外，文章强调了关键词“光通信”、“载波频率估计”、“相干检测”以及“数字信号处理”，这些都与研究的核心内容密切相关。该研究不仅关注通信系统的性能优化，还涉及到了信号处理技术的创新，对于提高光通信系统的稳定性和效率具有重要的理论和实践价值。 这篇文章为光通信领域的工程师们提供了一种实用且高效的载波频率偏移估计策略，尤其适用于对实时性和硬件资源有限的应用场景。通过采用基于幅度比值的方法，可以在保证频率估计准确性的前提下，显著降低系统复杂度，对于推动光通信技术的发展具有重要意义。