近年来,随着星空间通信领域的快速发展,具有更快传输速率、更大传输容量以及更远传输距离的相干光通信系统成为研究热点,而作为其关键技术的光锁相环技术,实现了输入信号与本振信号的相位同步,是相干光通信提高灵敏度的保证。随着数字信号处理技术的蓬勃发展,在雷达信号处理、遥感数据处理、无人机实时监测、量子通信、航测等众多领域,复杂、庞大的数据传输和处理面临着严峻的挑战。传统的单条路径传输,使得通讯双方的交互信息容易被窃听和盗取,因此安全性较差。而数据并行传输方案使用多条路径传输,按照一定策略将数据分配到多个物理通道上,增加了数据被攻击和窃听的难度,增加了系统的安全性。本论文针对光锁相环控制和数据并行传输两个部分,研究了相干光通信中的光锁相环技术和以太网数据的并行传输技术。论文的主要工作和创新成果如下:(1)研究了相干光通信系统中常用的光锁相环技术。对平衡锁相环、决策驱动锁相环、科斯塔斯锁相环的结构及原理进行分析,并比较了它们在各个限制条件下的优缺点。(2)改进了基于副载波的平衡光锁相环结构的设计方案。基于副载波平衡光锁相环结构,加入频差捕获电路,增大电路捕获频差带宽。当电频差信号在一定范围内时,频差捕获电路会迅速作用减小本振光和信号光的频率差,使其减小到满足环路滤波电路的捕获带范围内,继而完成后期光锁相环的锁相功能。(3)设计了频差捕获电路中的频差反馈控制算法。通过遍历搜索的反馈电路不断的更新动态通道电压值,每次更新都会进行新旧频差比较,设置两个频率门槛值作为粗调、细调的门限值,采用变步长方式完成频差调节,使频差逐渐减小直到稳定在一个较小的范围内,实现频差的动态锁定。此算法缩短了锁频的响应时间,大大提高了光锁相环的稳定性。(4)基于改进的副载波平衡光锁相环方案,实现了零差光锁相环模块的实验验证。基于FPGA处理平台,搭建了零差相干自动锁频实验平台,完成8GHz范围内的频差自动捕获,捕获时间低于1s,并将其稳定在1-3MHz内,进一步验证了实验方案的可行性,表明此系统具有良好的稳定性和控制性能。(5)提出了一种基于物理层的数据并行传输方案。此系统方案基于以太网应用场景,数据并行传输部分采用了基于传输时延的自适应调度算法,将Ethernet帧拆分并分配到多个物理通道进行传输,物理通道可以是光纤、双绞线、同轴线等。并行的每条链路采用HDLC协议进行传输。接收端通过数据同步模块实现数据流的同步与重组。(6)基于提出的数据并行传输方案,实现了数据并行传输模块的实验验证。本论文选择采用XilinxKintex-7系列FPGA芯片作为主控芯片,搭建实验硬件电路平台,多路并行传输实验的验证则采用了LVDS信号传输技术,通过测试实验和各模块的仿真进一步验证了系统设计方案的可行性。