余长源相关研究成果介绍⑦：高阶相干调制到底能容忍多大的相位噪声
2026-05-19
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高阶相干调制到底能容忍多大的相位噪声
一、研究背景与问题提出
这篇论文讨论的是相干光通信里一个非常核心但又很容易把系统拖垮的问题：高阶调制虽然频谱效率高，可一旦载波相位估计不准，误码率就会迅速恶化。于是研究者需要知道，每一种调制格式到底能容忍多大的相位误差，以及这会反过来对激光线宽提出什么要求。
作者把问题集中到决策辅助最大似然相位估计框架下，不满足于只做仿真观察，而是希望把误码率和相位误差方差之间的关系解析地写出来。这样，调制格式选择和器件指标设定就不再完全依赖大量数值试错。
二、核心方法与关键机制
论文首先在存在相位误差的情况下推导十六进制相移键控和十六进制正交幅度调制的误码率表达式，再把相位误差统计量引入平均过程，从而得到性能代价随相位误差方差变化的解析关系。
更重要的是，作者把这种分析和决策辅助最大似然相位估计结合起来，进一步把“可接受的相位误差方差”映射成“可接受的激光线宽容限”。这使论文不只是得到一堆理论曲线，而是能把算法性能直接转译成系统器件约束。
三、实验结果与结论
论文给出的主要结论是，不同高阶调制格式对相位噪声的容忍度差异非常明显，其中十六进制正交幅度调制在相同频谱效率下对激光线宽的要求优于十六进制相移键控，并且与频谱效率更低的八进制相移键控接近。
作者还证明，基于相位误差方差的近似误码率表达式能够快速估计性能，并给出线宽需求的下界。这让系统设计者在做格式比较时，不必每次都从头搭建完整仿真。
四、研究价值与启示
这项工作的价值在于，它把相干接收里的相位恢复问题从算法讨论推进到系统级决策层面。研究者不仅能知道哪种估计方法可行，还能更清楚地判断在给定激光器条件下哪种调制格式更划算。
它也说明高阶调制的竞争不只是看频谱效率。真正决定系统能不能落地的，往往是频谱效率、相位噪声容忍度和实现复杂度之间的综合平衡，而这篇论文正是用解析方法把这种平衡关系说清楚了。
作者简介
余长源，香港理工大学电子及资讯工程学系光子信息系统讲座教授、博士生导师，香港理工大学晋江技术创新研究院院长，Optica/OSA Fellow，IEEE Senior Member。主要研究方向包括光子器件、光子子系统、光纤通信与传感系统及生物医学仪器，聚焦光通信信号处理、光纤感测与光电系统应用等问题。
ORCID：0000-0002-3185-0441
DOI：10.1364/OE.18.012088
