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近年来随着云服务、云计算、物联网以及大数据等业务的出现,传统的强度调制/直接检测(IM/DD)光纤通信系统已经不能满足如此大的业务流量需求。基于数字信号处理(DSP)的相干光通信系统能够采用高频谱效率的高阶调制格式,例如M阶相移键控(M-PSK)和M阶正交幅度调制(M-QAM),不但可以提高单信道传输速率,而且可以实现长距离的无中继传输,因此可以满足日益增长的流量需求。在相干光通信系统中,光电器件的带宽限制、调制器的I/Q相位偏移以及传输光纤非线性效应等会对传输的信号(尤其是高阶调制信号)造成严重的损伤,使得接收到的信号产生失真。基于此,本论文主要通过DSP算法来缓解这些信号损伤,以此来改善相干光通信系统的性能。本论文主要从两个方面来缓解这些信号损伤。第一,在发送端使用DSP算法对信号进行预处理来补偿光电器件的带宽限制;第二,在接收端DSP单元利用SVM算法寻找最优的判决边界,以改善系统的误码率(BER)性能。由于光电器件的带宽限制,接收到的信号会产生失真,从而导致系统的性能下降。论文首先简单介绍了发射机DSP算法(包括平方根升余弦滤波器和S21参数补偿法)来补偿任意波形发生器(AWG)和光电调制器的带宽限制造成的信号损伤。实验测试了补偿前后的单偏振25 Gb/s和50 Gb/s的QPSK信号性能,通过观察星座图、Q值以及误差向量幅度(EVM),信号性能得到了极大地改善。其次论文介绍了接收机部分的时钟恢复和载波相位恢复算法。其中时钟恢复包括Gardner定时恢复算法和改进的Gardner定时恢复算法,载波相位估计包括M次幂载波相位恢复算法、级联FIR滤波相位恢复算法和基于数据辅助的最大似然估计算法。此外,由于高阶调制信号更容易受到系统噪声的影响,本论文最后介绍了使用SVM算法创建最优判决边界来缓解64-QAM相干光通信系统的信号损伤。通过实验研究了各种损伤对64-QAM相干光通信系统的影响,例如调制器非线性、调制器I/Q的相位偏移、光纤克尔非线性和放大自发辐射(ASE)噪声。并且测量了75 Gb/s 64-QAM信号分别在背靠背(BTB)和50-km单模光纤(SMF)传输的BER。通过使用SVM算法来优化符号判决边界,极大地缓解了信号损伤,提高了系统的BER性能。