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随着科技的发展,人们除了对视频、云计算和移动互联网的需求日益增大外,还对如智能电视、虚拟现实(VR,Virtual Reality)和智能家庭网关等新应用的需求日益增加,而这些需求都要以宽带为基础。可承载太比特、长距离传输的高速光纤通信也成为目前的发展主流。而提高宽带速率的有效方法有增加光信号频谱宽度和提高光信号的频谱效率。对单信道而言,信号频谱宽度的增加主要依赖于发送信号符号速率的提高。为了提高频谱效率,从正交相移键控(QPSK,Quaternary Phase Shift Keying)的调制格式向更高阶的调制格式如16阶正交幅度调制(16QAM,16 Quadrature Amplitude Modulation)等M-QAM 迈进,偏分复用(PDM,Polarization Division Multiplexing)技术采用两个正交偏振态来传输两路光信号可以使传输速率提高一倍,多载波复用技术如正交频分复用(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)和奈奎斯特波分复用(NyquistWDM,Nyquist WavelengthDivisionMultiplexing)以及电域、光域的变体也相继成为研究热点并逐渐向商用化发展。PDM信号在光纤中传输时会受到如色度色散(CD, Chromatic Dispersion)、偏振模色散(PMD,Polarization Mode Dispersion)、偏振态旋转(RSOP,Rotation of State of Polarization )、偏振相关损耗(PDL,Polarization Dependent Loss)以及非线性效应等损伤,成为制约带宽与传输距离进一步增加的主要原因。近年来,由于数字信号处理(DSP,DigitalSignalProcessing)技术的发展,使得上述损伤都能在相干光通信系统接收端的DSP模块得到一定的补偿和均衡。然而随着符号速率的提升、调制格式的提高以及传输距离的增加,使得单独的信道损伤以及各种损伤间的相互作用加剧。原来适用于低速率、低阶调制格式、单一信道损伤均衡的DSP技术渐渐变得捉襟见肘。本文围绕高速光纤通信奈奎斯特系统中信道损伤均衡这一主题,对高速相干光通信奈奎斯特系统的信道损伤原理以及信道均衡技术展开深入研究和分析,主要研究工作如下:(1)介绍了相干光Nyquist PDMM-QAM通信系统发送和接收实现原理,分析了光纤信道损伤原理以及数学模型,搭建了相干光Nyquist PDM-16QAM 通信系统。(2)分析了几种常用的光纤信道损伤均衡算法的原理、适用范围以及优缺点等。提出了一种新的两阶段扩展卡尔曼滤波器(EKF,Extended Kalman Filter)方案,能有效地均衡多偏振效应(RSOP、PMD和PDL)损伤,分析了其数学模型,仿真比较了与其它算法的性能以及理论分析了其复杂度。本方案创新之处:提出了两阶段多偏振效应损伤均衡方案,第一阶段使信号星座点收敛到多个圆环上,均衡与补偿了 PDL、PMD以及部分RSOP,第二阶段使信号星座点收敛成离散的团,补偿了剩余的RSOP以及激光器相位噪声。仿真结果表明,在NyquistPDM-16QAM 系统中,当光信噪比(OSNR,Optical Signal-to-Noise Ratio)超过21dB时,该方案性能优于常模算法(CMA,Constant Modulus Algorithm)、多模算法(MMA,Multiple Modulus Algorithm)以及盲相位搜索(BPS,Blind Phase Search)算法三者联合的方案。该方案可以追踪SOP方位角和相位角角频率达到110Mrad/s和1200krad/s,对PDL的容忍度也高于CMA-MMA-BPS方案,PMD补偿性能则相当。而且,该方案在理论上可以简单地扩展到更高阶的调制格式。