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当前的高速波分复用系统中，单波长速率已经开始向40Gbit/s和100Gbit/s演进。即将到来的IEEE100Gb/s标准8023ba将会提供更大的带宽，更高的数据速率，及更先进的混合调制格式。偏振复用（PDM）技术可以有效地将频谱效率提高一倍，受到业界的广泛关注。在偏振复用光通信系统中，作为性能监测和网络故障定位的重要手段，光性能监测（OPM）技术使得高速增长的高性能光网络能够成为现实。光信噪比（OSNR）作为直接在光链路层中估计信号质量最有用的参数之一，受到业界的高度关注。在过去的几十年中，许多学者都尝试提出了能够测量真实OSNR（即带内OSNR）的技术。然而为了达到这个目的，我们就必须从大信号中区别和探测出隐藏的很小的噪声分量，这就使我们的监测工作变得更加困难。本文提出了几种用于偏振复用多级调制格式信号的传输系统的OSNR监测技术。为了准确实现OSNR监测，我们同时还研究了偏振复用系统中相关的信道估计和补偿技术如色度色散（CD）补偿、相位补偿以及偏振解复用技术（PDM）。本文的主要内容如下：1.介绍了几种常见的基于光信号和噪声不同的特性来测量OSNR的监测技术。讨论了OSNR监测技术的发展趋势。2.介绍了高速偏振复用相干光通信系统及其数学模型。3.讨论并分析了常用于相干光通信系统的数字信号处理（DSP）技术，例如色散补偿、相位补偿和偏振解复用技术。主要研究了用于多级调制格式信号的偏振解复用技术，即基于斯托克斯域偏振解复用（SS-PDM）技术。基于提到的这些数字信号处理技术以及幅度、相位直方图分析法，提出了几种用于OSNR监测的电信噪比（SNR）测量方法。4.设计了多种用于偏振复用多级调制信号如PDM-QPSK和PDM-16QAM通信系统的OSNR监测方案。5.在虚拟光学仪器（VPI）软化和矩阵实验室（MATLAB）联合仿真平台中实现了用于偏振复用相干光通信系统的信道估计和补偿技术、偏振解复用技术并验证了各种OSNR监测方案的可行性。