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近年来,互联网以及移动互联网技术的飞速发展使互联网用户数、互联网业务种类、网络带宽等都呈现出爆炸式的增长,同时也促进了长距离骨干光传输系统的蓬勃发展,新兴业务对光纤传输系统的接入带宽和传输能力也带来了更大的挑战。作为全球互联互通的基石和现代信息社会的支柱,光纤传输系统正向着超高速率、超长距离和超大容量“三超”的方向发展。现在业内提出了许多技术来满足日益增长的系统传输容量和传输距离的要求,如先进的数字信号处理技术、密集波分复用技术、高阶调制格式及多维复用技术等,在取得成果的同时也随之面临着诸多问题与挑战,首先是应用于波分复用系统的密集宽带子载波技术,由于密集宽带子载波的波特率、调制格式、栅格等指标均可变,需要根据不同的应用场景来明确设备的实现方案,密集宽带子载波的载波间隔、平坦度、频率选择性都需要实现可控,因此对于不同带宽场景下密集宽带子载波的产生方法显得至关重要。其次是灵活的调制格式,采用新型调制格式,例如高阶正交幅度调制(QAM)格式可实现频谱利用率成倍提高、传输容量大幅度增长,目前业界已经推出正交相移键控(QPSK)/8QAM/16QAM/64QAM甚至更高阶调制格式灵活适配的100G/200G/400G设备,针对不同的应用场景使用不同的调制格式。随着网络流量变得越来越动态化和不可预测,使得光传输网络正在从传统的固定光网络向下一代灵活认知网络发展,通过在收发机使用动态带宽分配和灵活的调制格式,可以实现可变线路速率传输,因此接收端的调制格式识别技术至关重要。本论文在研究基于密集宽带子载波的超长距离光传输系统架构的基础上,重点研究了基于循环移频器的密集宽带子载波产生方案、基于四次方特征值的盲调制格式识别方法、基于概率成型密集波分复用的混合调制格式光传输系统的调制格式识别方法,论文的主要研究内容和创新点如下:1.基于密集宽带子载波的超长距离光传输系统研究在研究密集波分复用光传输系统架构和关键技术的基础上,研究了基于密集宽带子载波的超长距离光传输系统架构方案,该方案描述了骨干网超大容量超长距离光传输系统的构成和功能,使用4THz的频谱资源,采用偏振复用16QAM调制格式,并仿真分析了光谱特性、频谱效率、误码率等性能指标,研究结果表明,该方案能够实现单波300Gbit/s,总速率24Tb/s、传输距离1000公里的传输,在入纤功率为3dBm时可实现每个子载波在接收端经过前向纠错后零误码。2.基于循环移频器的时频双变换密集宽带子载波产生方案在研究循环移频器工作原理和I、Q两路射频信号相位差对单边带调制影响的基础上,提出了时频双变换密集宽带子载波产生结构,通过相位控制模块实现了 I、Q两路射频信号相位差的锁定。实验结果表明,在不损失平坦度和载噪比的情况下,在3nm带宽范围内得到了载波间隔分别为10GHz/12.5GHz/15GHz的高质量密集宽带子载波,在此基础上可以通过灵活光选择开关得到任意间隔的光子载波,具有高带宽、载波中心波长灵活可调的优势。3.基于四次方特征值的盲调制格式识别方法在研究混合调制格式光传输系统架构和相干光通信数字信号处理技术的基础上,提出了基于四次方特征值的调制格式识别方案,该方案在接收端利用四次方快速傅里叶变换(FFT)峰值去识别QPSK和32QAM这两种调制格式,利用方差值来识别16QAM和64QAM。通过20G波特长距离相干光传输实验系统,验证了该方法的有效性。证明了 FFT峰值和方差的使用能够实现PDM-QPSK/16QAM/32QAM/64QAM四种调制格式的精确识别,在光信噪比大于15dB时,每种调制格式的识别准确率均在百分之九十以上。4.基于概率成形的长距离光传输系统调制格式识别方法在研究概率成形技术的实现原理和对光传输系统性能提升的基础上,提出了适用于概率成形长距离光传输系统的调制格式识别方法,该方法在通过使用四次方特征值可以精确识别PDM-QPSK/16QAM/32QAM/64QAM/PS-16QAM/PS-64QAM六种主流调制格式。通过仿真搭建了大容量长距离混合调制格式传输系统,对概率成形技术对系统的性能提升进行了研究,验证了基于四次方特征值的调制格式识别方法的可行性。