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随着光纤通信技术的发展,光通信系统容量需求越来越高,基于相干探测技术和正交频分复用技术的相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统具有较高的频谱效率,且能很好的抵抗色散和偏振模色散,被认为必将在长距离、高速光通信传输系统中扮演重要角色。而为了提高CO-OFDM系统的频谱利用效率以及增加信号边带抑制比,近年来偏移正交幅度调制(OQAM)的OFDM技术也受到了广泛关注。但是不管是CO-OFDM还是CO-OQAM/OFDM,其系统都面临着两个重要难题,即对相位噪声的敏感性和信号较高的PAPR带来的非线性失真问题。本文针对相位噪声和PAPR问题,主要从星座图的角度出发,通过新型的星座图设计提升系统对相位噪声和非线性效应的容忍度。首先,从CO-OFDM的原理出发分析PAPR和相位噪声问题对系统的影响,实现了OFDM编解码算法和相位噪声估计等算法,基于此搭建了高速(17.43Gb/s)长距离(1000km)CO-OFDM系统仿真平台。其次,分析了星座图优化设计所带来的性能改善,并将螺旋QAM星座图引入CO-OFDM系统中,仿真结果表明系统的相位噪声容忍度提高了75kHz,非线性效应容忍度提高了1dB。同时,实验搭建了传输距离为100公里的CO-OFDM实验平台,并通过该平台完成了16.72Gb/s螺旋星座图CO-OFDM的传输试验。最后,实现了频谱利用率更高、边带抑制比更大的OFDM/OQAM编解码算法,基于此搭建了CO-OFDM/OQAM仿真平台,重点研究了不同结构的APSK星座图对CO-OFDM/OQAM系统传输性能的改善,仿真结果显示6+10型APSK-OFDM将系统非线性效应容忍度提升了约1dB。为了进一步降低信号PAPR,我们设计并仿真实现了星座图扩展型APSK-OFDM/OQAM,结果显示信号PAPR可进一步降低2.2dB。