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随着宽带业务日益兴起，光通信主干网需要提供Tbit/s以上的传输交换和信息存储能力来处理大量的视频、数据等信息。但是，目前光交换网的交换节点仍需进行光/电/光转换和电域处理。由于电子交换与电信息处理速度已达到极限，造成数据处理和传输的“电子瓶颈”。针对上述问题，本文以光标记交换技术为主要研究对象，深入分析正交调制光标记的工作原理。对正交光标记交换中的关键器件与多阶调制格式（8PSK、D8PSK、16-QAM）的工作原理及实现方案进行简要分析。为提升正交光标记交换系统的频谱效率，搭建120Gb/s高速8PSK/ASK正交调制光标记交换系统，分析系统消光比，得出优化后的消光比；研究可调谐滤波器以及MSPE对系统性能的影响。对系统中的色散补偿方案，传输距离以及光信噪比对系统性能的影响做了详细分析。针对8PSK净荷与ASK标记之间的相位模糊问题以及因接收机相位反转而导致的解码失败问题，引入先进调制格式——D8PSK。采用D8PSK并联调制产生方式，设计120Gb/s新型高速D8PSK/ASK正交调制光标记交换系统，并优化系统关键参数（消光比、可调谐光滤波器、色散补偿方案以及传输距离），改善系统性能。为了得到更高的频谱效率，引入16-QAM信号，简要分析其基本原理。采用DSP补偿光信号传输链路中所产生的色散，构建40Gb/s16-QAM/FSK正交调制光标记交换系统。仿真结果表明，40Gb/s16-QAM/FSK正交调制光标记交换系统具有一定的可行性，并对16-QAM净荷信号接收中出现的信号频率偏移问题进行了分析。