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可承载太比特、长距离传输的高速相干光纤通信是目前的发展主流。然而云计算技术中数据中心间通信有大容量、中短距的特点,所以,出于经济性方面的考量,高速直接检测光纤通信又引起了人们的兴趣。为了提高系统的速率,我们一方面可以增加通信系统的频谱带宽,另一方面可以提高系统的频谱利用率。频谱带宽是十分宝贵的资源,提升十分困难,所以我们现在主要精力集中在提高系统的频谱效率。而为了提高系统的每符号携带的比特数,从最简单的振幅调制到正交相移键控(QPSK,Quadrature Phase Shift Keying)再到更高阶的调制格式,如正交幅度调制(QAM,Quadrature Amplitude Modulation)迈进,之后又采用偏分复用(PDM,Polarization Division Multiplexing)技术同时传输两路正交偏振态,从而使传输速率提高一倍。然而在传统直接检测通信中,高阶调制会产生严重的码间干扰(ISI,Inter Symbol Interference)。为了克服这一问题,有研究组提出了斯托克斯向量直接检测(SV-DD,Stokes Vector Direct Detection)。这一系统传输速率与单偏振相干光纤通信相当。SV-DD系统中光信号在光纤中传输时会受到多种损伤,其中主要包括了光纤损耗、色散(CD,Chromatic Dispersion)、偏振效应损伤、以及非线性效应等损伤,其中偏振效应损伤包括了偏振态旋转(RSOP,Rotation of State of Polarization)、偏振模色散(PMD,Polarization Mode Dispersion)、偏振相关损耗(PDL,Polarization Dependent Loss)。最近随着人们对于数字信号处理(DSP,Digital Signal Processing)技术的研究不断深入,使得DSP取得了飞速的发展,从而以上提出的损伤都可以在SV-DD系统的接收端使用DSP技术进行均衡。并且,由于应用在中短距传输系统中,CD、PMD和PDL损伤并没有占据主要地位。然而由于SV-DD接收机接收到的初始信号为斯托克斯信号,需要首先进行RSOP均衡,才能恢复出琼斯域信号,所以RSOP损伤成为了我们首要关注的损伤。已经成熟的RSOP均衡技术大部分基于相干系统检测使用,无法适用于SV-DD系统。并且在直接检测光纤通信系统中,光信噪比(OSNR,Optical Signal Noise Ratio)要求较高,使得传输速率提高困难。本文围绕SV-DD系统中RSOP损伤均衡这一主题,对SV-DD系统的基于斯托克斯域的损伤模型以及相应的RSOP均衡技术展开深入研究,除此之外,还研究了 SV-DD系统中RSOP与CD的联合补偿问题。论文主要研究工作和创新点如下:(1)介绍了SV-DD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 SV-DD-PDM-16QAM通信系统。(2)分析了几种常用的SV-DD系统中RSOP均衡算法的原理以及优缺点等。提出了一种新的基于扩展卡尔曼滤波器(EKF,Extended Kalman Filter)的方案,该方案基于斯托克斯空间,并且考虑了三参量模型。提出的RSOP损伤均衡方案将信号在斯托克斯空间按照三个坐标系分别恢复到相对应的位置,能有效地均衡偏振效应损伤。使用Matlab软件进行了仿真,得出我们的算法的容忍极限在1.5Mrad/s以上。(3)将概率成型(PS,Probablity Shaping)引入到SV-DD系统中,使系统能够适应较低OSNR的情况。并且研究了PS信号与传统信号的不同,提出了一种方案,使EKF能够在任意概率分布的条件下运行。仿真结果表明该方案运行良好,可以补偿超过1.5Mrad/s以上的RSOP。