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随着宽带信息业务的飞速发展,人们对信息的需求呈指数式的增长,传统的基于强度调制/直接检测的光通信系统已经不能满足人们的日常通信需求。为了能够实现更大容量、更快速率和更远的距离的信息传输目标,基于高阶调制码型、相干检测和数字信号处理技术的高速相干光通信系统应运而生。相比于传统的光通信系统,在发射端相干光通信系统采用高阶调制码型能有效提升系统频谱利用率,提高系统容量;在接收端将信号在传输链路中的损伤通过数字信号处理技术进行补偿和恢复,对信号的处理由光域转化到电域,可改善系统的性能,降低通信成本。本文主要对高阶调制格式信号的生成,以及信号在传输过程中的链路损伤通过数字信号处理技术进行补偿进行了研究与分析。本文的主要工作为:(1)研究了DP-QPSK、DP-16QAM、DP-64QAM调制格式信号的生成方式以及生成原理,并搭建了相应的仿真系统。主要为224Gbit/s DP-QPSK,336Gbit/s、448Gbit/s DP-16QAM,120Gbit/s DP-64QAM相干光通信系统仿真平台。(2)研究了信号的传输链路损伤以及损伤的形成原理;并对常用的相干检测方式和相干检测的原理进行了分析。仿真分析了不同损伤分别对基于不同调制格式的相干光通信系统所产生的影响。(3)采用相关算法对信号的损伤进行补偿与恢复。主要研究了色散补偿、偏振解复用及动态均衡、非线性补偿、载波频偏估计和载波相位估计,对相应补偿算法的补偿原理及补偿效果进行了分析与讨论。(4)提出了一种新型的DP-16QAM信号接收机。可利用普通色散光纤中的克尔非线性效应来提高该接收机的稳定性,降低误码率。并搭建了一个8通道112Gbit/s DP-16QAM高速相干光密集波分复用仿真系统,将提出的方案与传统方案在不同的传输距离、激光器发射功率、激光器线宽下对比两种接收机的误码率。研究表明,相比于传统接收机新型接收机可以有效的降低112Gbit/s DP-16QAM密集波分复用系统的误码率。