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随着大数据、云计算、物联网、数据中心和虚拟现实(VR)等一系列高速率、高质量、高带宽业务和技术的诞生与发展,网络带宽不断增大,对光网络的承载能力提出了更高的要求。光接入和光互连这两种都以光纤为信息传输媒质的短距离高速通信技术,在发展的过程中采用多种调制方式、多种业务承载来满足不断增长的带宽需求,呈现多业务在多种调制格式、多种速率上混合传输的发展趋势,对相应的信号处理技术提出了高速率、高效率、高自适应性和高安全性等需求。传统的信号处理技术受到电子速率瓶颈的影响,同时还存在能耗大、自适应能力差、效率较低、对信号速率和格式不透明等问题,难以满足新一代光接入与光互连的发展需求。因此,探索和研究光接入与光互连中的信号处理技术具有十分重要的意义,这也是目前光通信技术研究的难点和热点。论文研究了光接入与光互连中的信号处理技术,结合作者所参加的国家863计划课题、国家自然科学基金项目以及美国国家科学基金项目,针对光信号处理和数字信号处理的发展需求提出了相应的解决方案。主要创新工作如下:(1)为了提高光接入与光互连中信息传输的安全性,提出了一种基于半导体光放大器(SOA)中四波混频(FWM)的高阶调制信号的光域加密/解密方案,仿真结果表明该方案可以在光域对八进制相移键控(8PSK)等高阶调制光信号进行物理层的加密/解密,为光接入和光互连过程中信息的高速安全传输提供有效方法,也为光网络的物理层安全提供了重要保障。(2)针对光接入与光互连中多路高阶调制光信号并行传输时的安全性问题,提出了一种基于非简并四波混频(FWM)的多路多维信号并行无密钥加密/解密方案,仿真结果表明该方案可以有效实现三路差分四相移相键控(DQPSK)并行信号同时加密,且解密过程不需要额外的密钥信号,提高光节点安全性的同时也提高了光节点信号处理的效率。(3)为了解决高速光接入与光互连中的同步难题,以波分复用无源光网络(WDM-PON)为例,提出了一种WDM-PON中基于法布里-珀罗(FP)滤波器的光网络单元(ONU)同步时钟提取兼波长转换方案,仿真结果表明该方案可对高速25Gbps的信号进行光域时钟提取,同时可以实现波长转换功能,为解决高速光域时钟提取难题和克服后向瑞利散射干扰提供了参考方案。(4)针对光载毫米波(mmw-RoF)系统中高阶光信号受到的多种物理损伤,提出了一种基于支持向量机(SVM)的非线性判决器,完成了理论分析和实验验证,实验结果表明该方案可以有效抑制十六进制正交幅度调制(16QAM)、64QAM、十六进制幅相键控调制(16APSK)和32ASPK等高阶复杂调制mmw信号的非线性物理损伤,与常用的传统数字信号处理(DSP)算法相比,可以将比特率为2.4Gbps的64QAM信号的接收灵敏度提升将近2dB。(5)为了抑制mmw-RoF多业务融合接入系统中光信号的多种物理损伤,提出了三种基于机器学习算法的无参数估计、自适应的非线性判决器,实验结果表明三种非线性判决器适用于抑制不同种类的物理损伤,且都具有智能学习能力和自适应能力,用于解决mmw-RoF多业务融合接入系统中高阶调制信号灵活多变的损伤问题。