随着云计算、物联网、虚拟现实等新型业务的快速发展,用户对带宽的需求日益增长。应对这种需求,作为支撑信息社会的重要基础,光通信网络向着更高速率和更大容量的方向发展。数据中心光互连、光接入网、城域光互连等典型的中短距离光联网是光网络的重要组成部分,其传输距离由几米到几百公里不等,与长距离数据传输不一样,其对系统的成本和能耗更加敏感。研究中短距离光联网的信号处理技术,特别是光接入与光互连的信号处理技术,对未来光网络技术的创新和发展都具有重要的意义,也是目前光通信研究的热点和难点。目前,光接入与光互连的信号处理技术存在一些关键问题尚待解决,如光接入和光互连节点缺乏灵活可重构的光信号处理子系统,导致网络自适应性和灵活性差,功能单一,缺乏并行多波道、多功能、混合调制格式处理功能,系统光功率受限造成系统实际容量小于理论值的问题等。论文围绕中短距离光联网中信号处理技术面临的关键问题展开研究。主要创新点如下:1、针对波分复用(WDM)光接入网电域组播方案复杂、带宽小、资源利用率低等问题,提出了一种基于半导体光放大器(SOA)中四波混频(FWM)效应的可重构下行多波长光域组播方案,该方案无需改变WDM光接入网结构而将一个组播模块配置在光线路终端(OLT)或者远端节点(RN)即可提供组播服务。实验中实现了下行10 Gbps差分相移键控(DPSK)信号1路到6路可重构的多波长组播,各路组播信号的误码率(BER)性能优于前向纠错(FEC)阈值(BER=3.8×l0-3)。2、针对现有光互连节点带宽无弹性、系统不可重构因而灵活性差的问题,提出了两种城域光互连中软定义可重构的光信号处理方案:a)利用国内合作单位自主研制的基于硅基液晶(LCoS)的可调带宽波长选择开关(TB-WSS),提出了一种软定义可重构的滤波方案,实验结果表明,该方案可以通过软件编程实现不同类型、不同带宽设置的滤波形状,如高斯滤波器、贝塞尔滤波器、巴特沃斯滤波器等;b)提出了一种城域光互连中软定义可重构的多波长组播方案,解决数据源与首跳网络节点间以及光互连节点波长冲突和组播需求的问题,实现可重构的多波长组播功能。以上方案都通过实验验证,可应用在软定义光互连架构中,实现软定义可重构的光交换、滤波、多波长组播等功能,使光互连网络具有更强的自适应性和灵活性。3、针对光互连节点中混合调制下多路光信号处理的难题,提出了一种基于高非线性光纤(HNLF)中FWM效应的三通道二进制相移键控(BPSK)、BPSK、正交相移键控(QPSK)混合调制光信号异或运算兼波长变换和多波长组播的多功能光信号处理方案,仿真结果表明,输入两路10 Gbps BPSK信号与一路10 Gbaud/s QPSK信号,可生成五路混合调制格式异或门信号、两路波长变换信号和两路多波长组播信号,生成信号的BER性能都优于FEC阈值,光信噪比(OSNR)代价均不超过0.7dB(@BER=10-3)。4、为了提高光互连中混合调制光信号并行传输时物理层的安全性,提出了一种基于HNLF中FWM效应的三通道BPSK、BPSK、QPSK混合调制光信号光域加密/解密方案,仿真结果表明,该方案无需专门的泵浦光,输入两路10 Gbps BPSK信号与一路10 Gbaud/s QPSK信号,可以实现对两路BPSK信号的光域加密/解密,解密信号的BER性能优于FEC阈值,OSNR代价小于0.8 dB(@BER=10-3)。该方案保证光信号业务安全性的同时也提高了光互连节点信号处理的效率。5、实际光互连系统因光功率受限无法达到很高的OSNR,从而实际容量小于理论值。针对这一问题,提出了一种概率整形算法和4阶脉冲幅度调制相结合(PS-PAM4)的光互连方案,仿真分析了不同接收光功率、传输距离、速率下PS-PAM4信号和均匀分布PAM4信号在光纤中的传输性能,仿真结果表明,当光纤互连系统光功率受限、信噪比(SNR)低的情况下,该方案能有效改善系统的性能、提高系统容量;此外,实验验证了两种PS-PAM4信号与均匀分布PAM4信号在可见光通信(VLC)信道的传输性能,实验结果表明,该方案可以降低VLC系统误符号率(SER)、提高系统的容量,与均匀分布PAM4信号相比,这两种PS-PAM4信号分别使VLC系统的传输速率提升了 18.6%和 22.6%(@SER=10-3)。