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随着光纤骨干网中传输的数据和视频业务的迅速增长,系统中的波分复用(WDM)波长数及单波长传输速率逐渐提高,单波长40Gb/s及100Gb/s传输技术成为业界研究的热点。与此同时,高速光纤通信系统中的色度色散(CD)、偏振模色散(PMD)、非线性效应及链路中光放大器的自发辐射噪声(ASE)成为制约其发展的主要因素,解决高速光纤通信系统中的信号损伤问题已变得越来越迫切。针对系统中出现的信号损伤问题,提出了两种解决思路,这两种思路也构成了论文的主线,贯穿论文的始终：1、从信号调制格式入手,采用新型调制码型抵抗信号损伤；2、设计一个光域补偿器或电域均衡器来消除或减弱信号损伤的影响；根据所提出的两个解决思路,本论文的主要工作及创新如下：1、详细分析了DQPSK调制系统的调制及解调原理,推导了DQPSK差分预编码公式,研究了DQPSK调制系统的优点：其PMD容限为17ps；2、参与设计了基于并行预前缀网络(Parallel Prefix Network)结构的并行DQPSK差分预编码算法,采用2Mb/s低速数据对算法进行了硬件验证,证明了所设计算法的正确性与可行性；同时完成了基于Xilinx Virtex5 FX100T FPGA硬件平台的20Gb/s数据的并行DQPSK差分预编码算法；3、理论分析了PMD的产生机理及测量方法,详细讨论了几种PMD缓解和补偿技术,阐述了采用偏振度(DOP)作为反馈信号、粒子群优化算法(PSO)作为反馈控制算法进行光域PMD补偿的工作原理及可行性；4、设计并实现了PMD补偿单元、PMD在线检测单元硬件系统,参与研制了基于上述硬件系统、可用于单波长40Gb/s DWDM系统中的自适应PMD补偿样机；5、搭建了20Gb/s NRZ-DQPSK调制系统,完成了一阶PMD补偿实验,所测样机指标如下：在不陷入局部极值的情况下,该自适应PMD补偿样机可以跟踪信号偏振态(SOP)的变化为65rad/s;在1dBOSNR条件下,可使系统的PMD容限提高26ps,从加入补偿器前的17ps提高至加入补偿器后的43ps；该自适应PMD补偿器的响应时间小于1ms,平均补偿时间小于8ms。