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近年来,随着社会信息化程度的不断提升,尤其是基于IP的数据业务呈爆炸式的增长,对于信息传输的基础——光纤骨干传输网来说,单信道传输速率从目前10Gbit/s提高至40Gbit/s甚至100Gbit/s已经成为必然趋势。OFDM技术不需要光链路做色散补偿管理,仅仅采用电域补偿算法就可以非常有效地补偿CD和PMD。尤其是相干光OFDM技术(CO-OFDM)融合了OFDM技术和相干光通信的优点,具有高传输速率、高抗色散能力、高频谱效率等优势。研究表明,基于CO-OFDM技术可以构建高速率、低成本、长距离的光传输网络,是实现下一代超高速长距离光传输的十分有竞争力的技术之一本论文围绕单信道高速长距离CO-OFDM系统展开研究,重点针对系统中的关键技术和光纤非线性损伤等方面展开深入的分析研究,并取得了一些有价值的研究成果。论文的主要工作和创新点在于：1.研究CO-OFDM系统存在色散、非线性、相噪等损伤下,基于Eb/No估计BER和Q因子的算法的理论原理和可靠性。经过研究表明,在链路典型损伤下,该方法与理论值和蒙特卡洛(MC)方法的估计值基本相同,可以准确评估CO-OFDM系统的性能。所得结论对于CO-OFDM系统的评价指标有实际的参考价值。2.分析CO-OFDM中的色散、偏振模式色散、激光器线宽、频偏等损伤的作用机理以及相应的信道模型。并基于此研究联合的电域解决方案：电域色散补偿算法(EDC)、最小平方误差信道估计补偿算法(LSCEC),导频辅助相位补偿算法(PC)和同步算法。数值仿真表明：当链路累积色散值小于循环前缀容忍色散时,EDC可以完全估计补偿相移；LSCEC算法受OSNR干扰小,在CP容忍的DGD内完全补偿PMD等线性损伤；当激光器线宽值小于160kHz时,PC算法可以将线宽的损伤控制在1dB以内。所得结论对于CO-OFDM传输系统设计提供参考。3.从时域合成信号和频域单载波信号角度分别分析CO-OFDM中光纤非线性损伤机理,同时分析链路参数对非线性效应的影响。经研究表明,子载波数目越大,PAPR更大同时载波间隔变小,非线性损伤变大；不管是有DCF补偿还是无DCF补偿链路,链路累积色散引起的走离会大大减轻OFDM的FWM效应。同时研究EDFA的噪声和非线性效应的共同作用导致的非线性相位噪声对系统的影响。所得结论对于CO-OFDM系统的非线性损伤的研究设计提供重要的参考价值。4.首次提出色散和非线性相位的联合电域补偿(JCNPC)算法,在多个电域非线性相位补偿模块之间插入电域色散预补偿模块,使得各个相位补偿模块对应链路中不同位置的非线性相移,减轻色散致走离的影响。经过仿真研究表明,这种算法受色散走离影响小,比普通电域相位补偿算法更适用于较高累积色散链路CO-OFDM系统。5.首次提出中间链路OPC补偿CO-OFDM系统信道中的Kerr非线性损伤和Gordon-Mollenauer非线性相位噪声,其中OPC是基于SOA的FWM效应实现。仿真表明,不管是无链路色散补偿还是有链路色散补偿链路,该算法都可以有效的补偿非线性损伤,大幅度提高传输性能。单信道可以使最大Q因子提高3dB以上,非线性阈值功率提高4dB以上；WDM系统最大Q因子提高1.1dB,非线性阈值功率提高1dB。6.首次提出高非线性光纤(HNLF)和OPC组成的非线性补偿算法,包括预(Pre-OPC)和后补偿算法(Post-OPC)。该OPC算法放置在发射机后或者接收机前,通过OPC一端的高非线性补偿光纤中很强Kerr效应来补偿另一端传输光纤链路中的Kerr效应,不需要断开链路插入中间位置,具有很好的可实现性。数值仿真表明,该方法理论依据可靠,可以大幅度补偿非线性损伤,有益于提高光纤传输性能,尤其适用于低残余色散链路。该系列算法可以使系统最大Q因子提高2dB左右,非线性阈值提高3dB以上。