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本论文的工作是围绕国家自然科学基金项目“光正交频分复用系统中的传输理论及技术”(项目号：60932004)、自然科学基金项目“承载OFDM信号的ROF理论基础和关键技术研究”(项目号：60877052)、国家重点基础研究发展规划项目(973计划项目,项目编号：2012CB315605)以及自然科学基金项目61271193和61072054展开的。在正交频分复用系统(OFDM)扣,主要有两个限制其发展的因素。其一,由于OFDM信号各子载波累加的统计特性,使得OFDM信号具有非常大的峰均功率比(PAPR),导致信号在光纤中长距离传输有严重的非线性。其二,OFDM信号对载波频率偏移(CFO)以及相位噪声的敏感性。本文中,我们分别从这两个方面出发,一方面找出降低峰均功率比(PAPR)的方案,另一方面降低OFDM信号对载波频率偏移(CFO)以及相位噪声的敏感度,从而提高系统性能。另外,随着现代通信速率的提升以及带宽不足的限制,提高频谱利用率也是另外一个急需解决的问题。本文中针对我们所提出的新的能够降低PAPR的调制格式,分析了其频谱利用率,并引入了新的方法,提高了其频谱利用率。本文针对以上内容,对光OFDM系统进行了深入研究,尤其是针对恒包络光OFDM的理论分析及其参数设计。另外,也对如何降低相位噪声的影响进行了研究。并提出了一种新的调制格式去提升其频谱利用率(SE)。并且,对所研究内容进行了大量的仿真分析以及实验验证。以下是本论文的主要工作：1、提出了一种恒包络最小频移键控的正交频分复用调制格式(CE-MSK-OFDM)。这种新的调制格式可以降低传统的恒包络四相相移键控正交频分复用(CE-QPSK-OFDM)和最小频移键控正交频分复用(MSK-OFDM)的内在缺陷。我们理论上验证了所提出的新调制格式的优势,并搭建了一个CE-MSK-OFDM的相干光实验系统。在此实验中,为了检验新调制格式抵抗载波间干扰(ICI)能力的提升,在没有相位补偿的情况下,我们在100km的普通单模光纤(SSMF)中传输了2.5Gb/s的CE-MSK-OFDM信号和2.5Gb/s的CE-QPSK-OFDM信号。另外,为了检验新调制格式在抵抗光纤非线性损伤方面的优势,我们测量了在大入纤光功率的情况下系统的性能。实验结果表明,与理论分析一致,所提调制格式在抵抗ICI和峰均功率比(PAPR)方面的性能都得到了有效提升。2、为了提高光OFDM通信系统中的MSK调制格式的SE,我们在OFDM系统中,针对连续相位频移键控(CPFSK)调制格式引入了多调制指数的概念。我们理论上证明了只有1/2的整数倍可以当做调制指数用在OFDM-CPFSK系统中。0,1/2,1是比较好的能在OFDM-CPFSK系统中提高SE的调制指数。因此,我们在本文中提出了triple-h OFDM-CPFSK的概念。我们给出了此调制格式的具体实现及其差分译码。并且当调制指数为1/2时,所提的调制格式可以简化为常用的MSK。为了说明SE的提升,我们实验传输了10Gb/s的tri-h OFDM-CPFSK信号以及10Gb/s的OFDM-MSK信号。实验结果表明,所提调制格式tri-h CPFSK的SE约为2bit/s/Hz,而MSK的SE大约为1bit/s/Hz。Tri-h OFDM-CPFSK的谱效为OFDM-MSK系统的谱效的2倍。另外,我们也对比了在不同传输距离下的tri-h OFDM-CPFSK和OFDM-MSK的误码率(BER)。结果表明,与OFDM-MSK相比,所提调制格式能够有效对抗色散(CD)以及偏振模色散(PMD)。3、为了提升CE-MSK-OFDM的SE,我们提出了多调制指数的CPFSK的概念。我们理论上证明了只有1/2的整数倍可以用作CPFSK-OFDM系统中的调制指数。其中,0,1/2,1都是CE-CPFSK-OFDM系统中好的调制指数选择。实验结果表明,所提调制格式tri-h CPFSK的频谱效率达到了2bit/s/Hz。在大入纤光功率的情况下,tri-h CE-CPFSK-OFDM比tri-h CPFSK-OFDM有着更好地误码率,此结果表明tri-h CE-CPFSK-OFDM能够有效地抵抗PAPR。另外,tri-h CE-CPFSK-OFDM和CE-MSK-OFDM在不同光纤长度时的BER表明tri-h CE-CPFSK-OFDM能够很好地抵抗CD以及PMD。