近年来,互联网大数据的快速发展,社交网络、云计算存储、多媒体等业务海量数据的传输、高并发性需求的执行,无一不对通信系统的传输性能提出了考验。作为通信网络核心的光通信系统,面临着巨大的压力和挑战。目前,100G大规模商用的进程已经开始,超100G的技术也在迫切的研发当中。由于实践中已经证明相干光通信能够在接近量子极限的条件实现光接收,具有很高的接收灵敏度,在沉寂多年之后,它又重新成为了国内外关注的焦点。在相干光通信系统的模型中,发送端、接收端是两个重要的组成部分。在发送端中,高阶调制格式实现、码源信号线性放大、调制器偏置点稳定及调制技术是实现光调制发射机的关键点,而在接收端,光锁相环技术则是实现模拟相干光接收机的重要保证。基于相干光通信,本篇论文的主要研究内容和所取得的工作成果如下详述:(1)研究了强度调制发射机的基本原理,设计了样机的实现方案,完成了强度调制发射机的研制,实验测试了样机的眼图、光谱图、误码率等性能参数。实验测试结果表明,在10 Gbps速率下,样机的调制信号眼图质量良好,无误码,EVM为9%。(2)研究了 DP-QPSK调制原理,提出了 DP-QPSK调制发射机样机的设计方案,完成了 DP-QPSK调制发射机的研制,实验测试了眼图、光谱图、星座图、误码率等相关性能指标。相比于低阶调制格式,DP-QPSK光调制发射系统的实现与测试更为复杂。实验测试结果表明,样机能够实现接近100G的调制速率,使用光调制分析仪进行分析时,眼图眼皮清晰度、星座图对称性较好、误码率≈10--12、EVM≈11%,调制效果较好。(3)研究了基于副载波的平衡光锁相环结构,提出了上述光锁相环的性能验证方案,完成了验证实验平台的搭建与性能测试工作。实验中,通过手动调节锁频实验、自动调节锁频实验等两组对照性实验验证了设计方案的可行性、可靠性、稳定性。实验测试结果表明,在8GHz的宽频偏差范围内,自动搜索锁频能够顺利实现。当信号光、本振光两支激光器差频范围在2.4GHz以内时,锁频控制板能够迅速在几秒的时间内将频差降到几MHz以内。当频差值小于3MHz时,整个锁相环系统能够在长时间范围内维持这种稳定的状态。(4)研究了采用FPGA+DSP方式实现光锁相环的算法思想,设计了基于变步长调整的锁频算法,实现了光锁相环对频率的稳定跟踪。实验测试结果表明,当频率跟踪失败后,光锁相环能够自动从初始化状态频点探测,提高了系统的容错性能。而且基于变步长调整的锁频算法明显缩短了锁频的响应时间,对于提高零差相干接收系统的整体性能有重大意义。