随着社会信息化程度的不断提高,网络流量从2000年以来一直保持了 10年增长100倍的发展趋势,近年来,光纤通信领域迅猛发展,国内外的科研机构在基于数字信号处理(DSP)的相干光长距离传输通信方面有诸多成果。前向纠错(FEC)码是数字信号处理中的关键技术之一。由于软判决前向纠错码充分利用了信道信息,其编码增益一般远高于硬判决码,净编码增益大于10dB的软判决码是光纤通信中前向纠错码发展的一个趋势。Turbo码和低密度奇偶校验(LDPC)码是软判决前向纠错码中最主要的两类,这两类码的BER性能接近,而LDPC的错误平层相对更低。此外,LDPC码的置信传播(BP)译码算法复杂度相对较低更加易于硬件并行实现,得到了更广泛的研究和应用。本文围绕高速相干光通信系统中LDPC码的应用展开研究,调研并仿真实现了 LDPC码的构造、编码和译码算法,分析了 LDPC码应用在相干光通信系统中时所遇到的“模型不匹配”代价,重点研究了造成相干光通信系统模型不匹配问题的重要因素之一——相位滑动。导频辅助的载波相位估计算法和差分编码系统是应对相位滑动问题的两类经典方案,本文一方面采用Turbo解调技术减小了 DQPSK系统的差分代价,另一方面对本实验室所提出的PA-CPE算法的纠后性能进行仿真验证。论文的具体工作总结如下:(1)LDPC码的构造、编码、译码算法的实现与性能分析在回顾LDPC码的原理和分类后,本文选择了相对易于硬件实现的准循环LDPC码作为研究对象,采用基于有限域的代数构造方法构造出了围长为6的准循环LDPC码。仿真实现了 LDPC码高斯消元法、近似下三角法编码算法,以及针对准循环LDPC码的一种快速编码算法。分析并实现了对数域置信传播算法及最小和算法两种经典的软判决迭代译码算法。最后,在AWGN信道下,通过仿真分析了码长、码率、译码算法迭代次数等因素对LDPC码性能的影响。(2)DQPSK系统的Turbo解调对于用差分系统解决相位滑动问题的方案,本文采用Turbo解调降低了系统的差分代价。论文首先介绍了 Turbo解调技术的基本原理,分析了 DQPSK系统的差分代价,然后将Turbo解调应用于DQPSK系统中。文章采用BCJR算法实现DQPSK系统的最大后验概率差分译码,推导出了 LDPC译码器所需对数似然比与BCJR算法输出之间的关系式及MAP译码器中对LDPC译码器反馈信息的处理方法,基于BCJR算法和软判决LDPC码实现了 DQPSK系统的Turbo解调。论文通过Matlab仿真分析了最大内、外迭代次数对Turbo解调系统性能的影响,并与其他软判决差分译码方案进行比较验证Turbo解调系统对差分代价的抑制作用,Turbo解调方案使得FEC纠后差分代价减小了 1.65 dB。(3)改进的导频辅助载波相位估计算法传统的盲载波相位恢复算法在相位噪声较大时可能会发生严重的相位滑动,影响LDPC码纠错能力的发挥,致使纠后误码率性能下降,甚至过早地出现错误平层现象。通过对相位滑动现象的观察,本实验室提出了一种改进的导频辅助的相位恢复(PA-CPE)算法,在其基础上又改进提出了一种解卷绕算法AvgPU。本文通过仿真验证了这两种算法的FEC纠后性能。该方案降低了相位滑动发生的比率,从而提高了系统的纠后误码率性能,在复杂度大大降低的情况下,取得了接近Turbo解调方案的误码率性能。