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随着互联网用户数目的持续增长和各式新型应用的不断涌现,现有光网络的底层光传输系统的高处理时延、固定带宽的分配和链路速率以及低效的频谱效率难以满足新兴业务低时延、低开销、低复杂度以及灵活动态补偿链路损伤的需求,从而制约光网络向灵巧化、动态化和高效化发展。未来的灵活相干光传输系统迫切需要动态突发光传输、大容量高谱效传输、损伤自适应补偿以及更灵活高效的数字信号处理技术的支持。本文围绕灵活相干光传输系统中的关键技术——突发相干接收线性损伤补偿数字信号处理(DSP,Digital Signal Processing)算法、基于最大后验概率(MAP,Maximum Posterior Probability)的码型相关符号间干扰(ISI,Inter-Symbol Interference)抑制算法以及全盲多损伤抑制DSP算法进行了深入研究,研究工作主要内容如下。1.采用突发相干接收的超100Gbps灵活光传输系统中,存在信道损伤动态变化、激光器瞬态效应等问题,传统DSP算法需要较高的训练序列开销以补偿/跟踪动态变化的信道损伤,但相应的有效速率/频谱效率降低。为适应灵活光传输系统信号接收的突发性,本文提出了一种基于训练序列复用的低开销、低复杂度和低时延突发相干接收线性损伤补偿DSP算法方案。该方案的突发帧结构针对激光器瞬态效应进行特殊设计,训练序列同时用于辅助频偏估计以及蝶形滤波器抽头系数初始化以加快收敛速度。14Gbaud PM-16QAM(Polarization Multiplexing-Quadrature Amplitude Modulation)光突发相干接收系统的仿真和离线实验结果表明:该训练序列复用方案相比于全盲DSP算法方案,性能相当且复杂度降低33.4%;相比全数据辅助方案,具有更高的线宽容忍度且开销从由14.9%下降至5.3%。2.Nyquist-WDM(Wavelength Division Multiplexing)相干光传输技术能够有效提高灵活光传输系统的频谱效率,但Nyquist-WDM系统中Nyquist强滤波损伤和光纤非线性效应会导致强烈的码型相关类ISI,而现有抑制算法复杂度过高难以低成本低功耗地硬件实现。针对上述问题,本文提出了一种基于无乘法欧氏距离近似计算的低复杂度MAP算法,其算法复杂度是传统MAP算法的28.8%。本文通过3×20Gbaud PM-16QAMNyquist-WDM仿真系统对所提算法进行了验证,仿真结果表明所提算法较无MAP算法,光背靠背不同前向纠错(FEC,Forward Error Correction)门限下所需的光信噪比(OSNR,Optical Signal to Noise Ratio)分别降低 1.2dB(@误比特率(BER,Bit Error Ratio)=1.9E-2)和 1.5dB(@BER=3.8E-3);最佳入纤功率提升ldB(7× 100km光纤环路);最大传输距离从1350km增加至1750 km(@BER=1.9E-2);进行1500km传输时,无MAP系统BER在任意入纤功率下均无法小于1.9E-2,而所提MAP算法能够明显提高增强系统性能,入纤功率在(-3.4dBm,1.1dBm)范围内均能够实现BER小于 1.9E-2。3×20Gbaud PM-16QAMNyquist WDM 背靠背和 700 km传输离线实验结果表明,所提MAP算法与传统MAP算法的OSNR容限及抑制光纤非线性损伤的能力相当,较无MAP算法具有1.5 dB的OSNR容限提升以及2.6 dB的入纤功率范围扩展。3.大容量灵活相干光传输系统存在复杂多样的动态线性和非线性损伤,而多损伤复杂关联难以抑制,传统DSP方法难以高效补偿。针对上述问题本文提出了一种基于谱聚类的多损伤抑制算法,并设计了一种基于谱聚类的无数据导引相干接收DSP算法方案。14GBaud PM-16QAM相干光传输系统仿真结果表明,基于谱聚类的多损伤抑制算法能够分别对调制器非线性、光纤非线性以及残余相位噪声进行抑制;多损伤共存时,基于谱聚类无数据导引DSP方案相比于传统全盲DSP方案最大传输距离在不同FEC门限下分别提升200km(7%FEC 门限@BER=3.8E-3)和 300km(20%FEC 门限@BER=1.9E-2)。