为了克服电子器件的速率瓶颈,以低成本的方式满足光通信系统容量指数增长的需求,人们引入了基于光并行的超信道来提高波分复用（WDM）系统的频谱效率。“超信道”指的是将一组共同产生、共同传输和共同检测的信道作为一个单一的实体。超信道可以通过使用频分复用（FDM）、空分复用（SDM）或者FDM和SDM的组合（即混合超信道）来实现。同时,偏振复用（PDM）还可以使每个信道的容量获得加倍。超信道的产生,既可以使用独立光源,也可以使用光梳光源。当使用光频梳来实现频域波分复用超信道传输时,因为光梳产生的信道频率是稳定的,并以一种相关的方式漂移,因此各波分复用信道可以被紧密地排列,只需要信道间保留一个更小的保护频带,甚至不需要保护频带。当大量独立的激光源被一个单一的光梳光源代替后,除了可以有效降低硬件复杂度和功耗外,还可以大幅提升光谱效率外。不过由于光梳光源同样存在激光器相位噪声,以及光纤非线性的影响,基于光频梳光源的超同样需要对载波相位进行准确估计和补偿。其中,平均长度是载波相位估计的一个重要参数,需要通过自适应优化以提高性能。此外,在光通信系统中,支持DSP功能的数字相干接收机的日益普及,提高了对降低复杂度和功耗的DSP算法的要求。在常规的PDM和/或基于光梳的WDM超信道传输系统中,发射机中各子信道会使用同一激光器光源,接收机中各子信道也会使用同一本振光源。由此可见,由于子信道的相位噪声是相关的,这种相位相干性可以通过利用联合载波相位跟踪技术,来改善载波相位估计算法的相位噪声容限,或者简化相关DSP算法的复杂度。只要能够正确估计出载波相位并用在子信道的相位补偿上,联合载波相位跟踪技术与采用哪种具体的相位估计算法无关。但是,由于联合载波相位跟踪技术依赖于子信道的相对相位保持一致,因此光梳产生过程和/或光纤传输效应引起的信道间的相位差异,都会导致联合相位跟踪性能的恶化。鉴于此,本文针对单波长PDM系统、基于光梳的单偏振WDM超信道系统,设计了联合偏振或者联合信道载波相位跟踪技术。提出了两种基于Viterbi-Viterbi算法的自适应联合偏振载波相位跟踪技术,并评估了在激光器相位噪声和非线性相位噪声的综合影响下,PDM-QPSK/16 QAM信号的传输性能。大量的仿真结果表明,所提出的自适应相位估计方法的性能,优于未使用自适应的传统相位估计方法。另一方面,为了在相干光通信中实现超高频谱效率的超信道,可以采用频谱成形的单载波、抑或OFDM调制信号的无缝波分复用。针对这两种相位锁定载波的超信道系统,在本文中,我们设计了两种主从联合信道载波相位跟踪方法,分别用于Nyquist-超信道盲相位搜索、和用于OFDM-WDM超信道导频子载波相位估计算法。由于OFDM频带间的相位噪声是相关的,只需要为相位估计分配较少的导频子载波即可,从而实现极低的低导频率与数据子载波的复用传输,大大降低导频开销。通过对不同调制格式、不同激光器线宽以及光纤非线性下的长距离超信道信号进行全面的仿真,验证了所提出的联合信道载波相位跟踪方案的可行性。仿真结果表明,不论是基于Nyquist、还是OFDM信号的光频梳超信道系统,这两种联合信道载波相位跟踪方案,都能获得与传统的独立载波相位跟踪技术非常接近的性能。此外,据我们所知,我们首次确定了光纤色散（CD）和LO激光器线宽之间的相互作用,是导致出现与信道相关的相位差异性现象的起源,这将严重恶化联合信道载波相位跟踪的性能。不过,CD引起的相位差异性,相比于收发信机光梳激光器的相位噪声线宽来说,其变化要缓慢许多。此外,除了光纤长度（即累积色散）和调制格式外,CD产生的相位差异性对联合信道载波相位跟踪的影响,还取决于邻近信道与中心信道间的频率间隔,相比于分布在内的信道,分布在外的信道,其性能恶化将更为严重。这种相位差异性对信道位置的依赖关系,取决于光梳的中心频率和光梳谱线间的频率间隔。与此不同,光纤非线性则不会引起子信道间的相位差异性。最后,本文通过实验验证了基于BPS的主从载波相位跟踪技术的可行性及其性能,实验中采用了包含两个子信道的光频梳WDM系统,具有40 GHz的信道间隔以及12.5 Gbaud的符号速率,调制格式为16QAM,最长光纤传输距离为100公里。