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社会经济的飞速发展随之带来的是通信业务量的急剧增长,5G的出现和逐步实用部署,促使2020年全球数据容量以近千倍的姿态飞速增长,为满足爆炸式的业务流量需求,下一代高速光纤通信传输系统正在向400Gb/s甚至1Tb/s演进。因此提升系统的传输性能和实现系统频谱效率的最大化成为了当下的研究热点。广泛应用的QPSK、16QAM利用更高阶的调制格式可以将信号的频谱效率提升至OOK频谱效率的2倍或者4倍,但随着调制格式的增加使得系统对噪声和信道畸变的容忍度下降,难以同时满足长距离和大容量的需求。另外还可以通过波形处理技术来提高频谱效率,如目前广泛使用的奈奎斯特波分复用技术(Nyquist-WDM)以及超奈奎斯特(Faster than Nyquist即FTN)技术,可以允许信号的传输速率等于甚至大于信道标准间隔,在不提高调制格式的情况下可以获得更高的频谱效率,本文主要探索的FTN技术,允许信号以超过Nyquist系统速率进行传输,但同时也引入了一定的码间串扰(ISI)。信号在光纤系统中传输的时候不可避免的会受到各种线性和非线性的损伤,影响接收端信号的判决。本文主要针对相干检测系统中信号所受的线性损伤做深入研究。其中包括色度色散(CD),偏振模色散(PMD),偏振态旋转(RSOP),以及载波频偏(CFO)和载波相位噪声(CPN)都属于研究范畴。之后随着相干检测和数字信号处理(DSP,Digital Signal Processing)技术的出现,可以利用DSP算法在电域对光信号经受的各种损伤进行相应的补偿和均衡。由于其优越性和广泛应用,现今研究者们已经提出了可以有效均衡各种损伤相应的DSP数字信号处理算法。这些算法在光纤通信的低速传输系统中取得了良好的均衡效果,然而在FTN系统中,由于ISI的存在使得信号在中心点发生弥散,这种损伤与信道传输中的各种偏振损伤相互交叠影响导致传统的DSP均衡算法效果在此高速通信系统中被大大削弱,甚至完全失效,所以探索一种对ISI容忍度比较高的损伤均衡算法对于高频谱效率的光纤通信系统具有重要的意义。本论文围绕高频谱效率光纤通信系统中,偏振效应引起的信号损伤问题,将Kalman滤波算法引入到光纤通信系统的信号损伤均衡算法中,实现FTN系统中基于Kalman滤波器的信号损伤均衡方案,并对具有代表意义的FTN系统的各种信道进行损伤补偿,这对于提高下一代高阶调制光纤通信骨干网的传输容量及频谱利用率具有重要的理论和实践意义。主要研究工作如下:(1)分析了光纤通信系统中各种典型的信号损伤的物理机制以及对相干光通信系统的影响并给出了相应的数学模型,阐述了每种损伤在后端DSP处理模块中的传统均衡方法。(2)阐述了 FTN相干光通信系统的结构原理,研究了 FTN系统中信号的成形方式,介绍了系统中的ISI的引入对信号的影响,分析了接收端的解码方式,主要介绍包括Viterbi算法和BCJR(Bahl,Cocke,Jelinek 和 Raviv)算法。(3)提出了 FTN系统中基于Kalman滤波器的信号损伤均衡方案搭建了 112 Gbit/s PDM-QPSK-FTN的仿真平台验证其可行性并改变FTN系统的相关参数引入不同大小的ISI,证明了本文提出的均衡算法方案在FTN系统中具有稳定性。之后将此方案与传统的CMA+IMP+BPS算法方案在相同的损伤环境下进行对比分析,结果表明FTN系统中由于存在码间串扰(ISI)导致系统中的多种损伤效应相互交叠关联加剧了信号在中心点的弥散使得传统的CMA+IMP+BPS损伤均衡算法均衡效果减弱甚至完全失效,而本文提出的Kalman滤波器均衡方案在FTN系统的偏振联合损伤均衡中表现良好,并且估计误差更低对系统的ISI有更高的容忍度。