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为了满足日益增长的带宽需求，无论是光主干网，还是光接入网，都面临着扩容和升级的挑战。相干光通信技术是下一代400G、1T主干网的关键技术，而其中的相干光奈奎斯特波分复用超级信道通信系统由于能缩短频谱间隔、最大程度地利用通信频谱，是其中最有希望的候选方案。伴随着主干网的扩容，低速的光纤接入网成为了限制网络带宽发展的瓶颈，无源光网络(PON)正是在这种背景下被提出来的，PON网络的平滑升级成为了接入网研究的一个重要内容。 本论文围绕相干光奈奎斯特波分复用系统的自适应色散估计及PON的平滑过渡升级展开研究，介绍了相干光通信系统的自适应色散补偿算法的性能表现;另外针对基于线路编码的PON网络平滑升级的方案，阐述了线路编码的低频抑制能力在PON网络升级中的重要作用。 文章的主要创新点有两个方面: 首先，通过仿真分析了现有的自适应色散补偿算法在相干光奈奎斯特系统中的性能缺陷，创新地提出了两种新的适用于该系统的算法，仿真验证了改进算法在奈奎斯特系统中拥有良好的色散估计性能。 其次，理论分析和实验验证了不同线路编码方式的低频频谱抑制效果;从PON网络升级的需求出发，创新地提出了在PON升级中引入脉冲位置调制(Pulse Position Modulation，PPM)线路编码对高速的新PON信号进行编码，从而减少对低速的旧PON的干扰。介绍了一种简单有效的应用线路编码进行PON网络升级的实验结构方案，并验证了PPM编码方式实现PON网络的平滑升级的可行性。同时，还将PPM编码方式用于上下行非对称的再调制的WDM-PON中，从而减少对上行信号的干扰，并测试了提出的系统的性能表现。