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随着光通信的快速发展,光正交频分复用(Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OOFDM)技术已经成为发展高速率、高容量网络的关键技术之一。直接探测光正交频分复用(Direct Detected OOFDM,DD-OOFDM)系统具有结构简单、成本低,且对频率和相位噪声不敏感等特点,但其有限的接收机灵敏度、色散容忍度和由信号间拍频干扰(Signal-to-Signal Beat Interference,SSBI)引入的基带噪声等在一定程度上降低了系统性能。为了有效克服双边带(Double-Sideband,DSB)-DD-OOFDM系统由光纤色散引起的衰落效应,单边带(Single Sideband,SSB)调制技术被应用在DD-OOFDM系中;同时采用基于平衡探测的拍频干扰消除接收机(Beat Interference Cancellation Receivers with Balanced Detection,ICRBD)接收机在减小保护频带(Reducing Guard Band,RGB)的情况下消除SSBI,该接收机由一个光梳状滤波器(IL)、一个2×2光耦合器(Optical Coupler,OC)、两个光电二极管(Photodiode,PD)和一个减法器构成,避免引入保护频带(Guard Band,GB),有效提高频谱效率。偏振复用(Polarization Division Multiplexing,PDM)技术通过将两个偏振正交信号搭载在同一束光波的两个偏振态上实现信号的双倍传递,进一步提升了信道容量和频谱效率,但是光纤链路的偏振模色散(Polarization Mode Dispersion,PMD)问题需要解决。本论文主要研究PDM-DD-SSB-OOFDM系统,采用2×2多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)对 PDM 信道进行建模,分别提出了基于最小二乘(Least Square,LS)和符号内频域平均(Intra Symbol Frequency Averaging,ISFA)算法的信道估计解决 PMD 问题。文中首先介绍国内外光通信系统中OFDM技术和PDM-OFDM技术的发展历史和研究意义,然后详细论述OFDM调制解调和SSB-OFDM信号产生原理,并介绍基于ICRBD结构的SSBI消除方案原理,在此研究基础上,提出了基于LS算法和ISFA算法实现MIMO偏振解复用的PDM-SSB-OOFDM系统方案,并进行了理论分析和仿真验证。论文工作主要包括以下内容:(1)基于LS算法的RGB-PDM-SSB-OOFDM系统MIMO偏振解复用技术针对PDM-SSB-OOFDM系统的特点,在减小保护频带和消除SSBI基础上,提出使传输函数矩阵方差最小的信道估计算法-LS算法的2×2 MIMO信道估计方案,理论分析表明该信道评估方案能够有效进行偏振解复用。通过搭建2×40Gbit/s 16正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)的 PDM-SSB-OOFDM 系统仿真链路,基于LS算法的MIMO技术进行信道估计以实现偏振解复用,得到的星座图和误矢量幅度(Error Vector Amplitude,EVM)曲线图随传输距离、GB和光功率等参数变化的仿真数据,对比研究验证了基于LS算法的PDM-MIMO技术在基于ICRBD的SSB-OFDM系统中可以有效补偿PMD,实现系统频谱效率和信道容量提升。(2)ISFA算法对基于MIMO的PDM-SSB-OFDM链路的信道估计改进在LS算法基础上,进一步深入研究基于ISFA算法的信道估计,该算法基于LS算法对每个子载波传输信道矩阵进行相邻矩阵平均,相当于对基于LS估计的信道进行平滑处理以提升系统信道估计的准确性。并搭建了基于ISFA算法的2×40Gbit/s 16QAM的PDM-SSB-OFDM系统仿真链路,仿真得到的基于LS算法估计和ISFA算法估计进行信道估计的数据信号星座图和EVM数据与传输距离、光信噪比、GB和光功率等参数之间的关系,表明ISFA算法在LS算法的基础上对信道子载波矩阵进行重构和平均化处理,降低了噪声对系统信道估计的干扰,进一步改善了系统性能。