为了在保持帧结构完整性的同时，低代价地传输管理和控制信号，提出面向高速频分复用相干无源光网络（FDM-CPON）的两种传输管理和控制信号传输机制，即数字端辅助管理和控制通道（AMCC）和数据通道的相加和相乘。通过将AMCC传输的通断键控（OOK）信号映射为数据通道信号幅值的变化，完成数据通道信号幅值再调制，成功将AMCC与数据通道相结合，实现了管理和控制信号与数据通道信号的同步传输。实验结果表明，在基于16QAM传输20 km光纤的200 Gbit/s FDM-CPON系统中，当AMCC的带宽和调制因子（MI）相同时，乘性AMCC对于信号性能的影响更小，自身传输信号的质量也更高。在AMCC的MI为26.1%、带宽为24.4 MHz时，乘性AMCC对信号灵敏度的惩罚比加性AMCC小3 dB。以上研究为未来高速相干频分复用无源光网络AMCC传输与系统设计提供重要参考。

为了解决强度调制-直接检测正交频分复用（IM-DD OFDM）光通信系统中由光纤色散和非线性效应导致的传输性能下降的问题，提出利用正交偏振泵浦非简并四波混频（NFWM）产生的无波长偏移光学相位共轭（OPC）波对系统中的信号损伤进行光域补偿。首先在理论上推导了利用正交偏振泵浦NFWM生成OPC波的原理，基于上述原理，设计了无波长偏移OPC实现方式，在正交偏振态上得到与原信号波长完全一致的OPC波。然后对影响生成OPC波功率的因素进行了具体分析。最后依据优化参数设置，进行仿真验证，结果表明所提系统能够以114.375 Gbit/s的传输速率在长度为240 km的标准单模光纤链路中传输。

针对DCO-OFDM 系统功率效率低以及高阶信号调制复杂度高的问题，提出一种联合子载波索引和功率叠加复用（Subcarrier Index-Power Modulated With SuperpositionMultiplexing，SIPM-SPM）的新型信息承载维度，将其应用于非对称限幅光正交频分复用（Asymmetrically Clipped Optical OFDM，ACO-OFDM）系统。该调制技术对高功率子载波采用SPM，添加两个8PSK 和QPSK 编码的复值数据，进一步增加了信号的传输容量，同时ACO-OFDM 系统避免了直流偏置带来的功率损耗。仿真结果显示：在ACO-OFDM 系统中，SIPM-SPM 相较于SIPM（8-PSK/QPSK），信号传输容量提高了28.6%；相较于相同信号传输容量的SIPM（32-PSK/QPSK），在误码率为1.0 × 10-3 时，信噪比增益>2.8 dB，色散容忍度提高了>560 ps/nm，光发射功率动态范围提高了>6.7 dB。这表明将SIPM-SPM 调制应用于ACO-OFDM 系统，具有较好的抗噪声性能和较高色散容忍度，也降低了对发射光功率的需求。

针对DCO-OFDM(DC-Biased Optical OFDM)系统能量效率低以及高阶信号调制复杂度高的问题, 提出一种基于子载波索引功率调制(Subcarrier Index-Power Modulated, SIPM)的分层非对称限幅OOFDM(Layered Asymmetrically Clipped Optical OFDM, LACO-OFDM)技术。该技术对高低功率子载波分别采用8-PSK和QPSK低阶星座映射格式, 同时结合LACO技术, 有效避免了直流偏置带来的OFDM系统能量损耗, 增加了信号的传输容量。仿真结果表明：SIPM-LACO-OFDM技术可以在不降低频谱效率的前提下, 提高系统能量效率, 具有更好的误码率性能和非线性容忍度。在25 km SSMF IMDD PON信道下, SIPM-LACO-OFDM系统相较于传统SIPM-OOFDM系统, 在接收光功率上有1.8 dB左右的优势, 为下一代光接入网提供了一种有效的可行性方案。

无人机雷达通信一体化(RadCom)系统中雷达接收信号是目标回波和通信信号的混合信号, 会产生互干扰问题。针对该问题, 改进标准正交频分复用信号, 设计了一种交织OFDM一体化信号, 其中, 每种无人机的一体化信号在信号带宽内使用不重叠的子载频集, 并利用基于调制符号的处理方法获取目标的高分辨距离-速度像, 没有降低可实现的距离分辨率。仿真结果表明, 所提方法在目标成像性能和计算复杂度上优于现有算法, 低信干比下的距离像峰值旁瓣比改善了约9 dB, 而且能够实现每秒兆比特级的高效数据通信。

为了满足复杂的工程现场环境对相敏光时域反射仪（φ-OTDR）的各项性能指标的需求，提出基于自适应卡尔曼滤波(AKF)和频分复用(FDM)的高性能φ-OTDR，利用FDM提升系统的频响带宽，引入AKF对线性响应于外界振动的相位状态的噪声统计特性进行实时估计和修正，抑制了衰落和串扰导致的相位失真。实验结果表明，改进后φ-OTDR系统的传感线性度被有效提升，系统本底噪声降低到-83.7 dB2/Hz，应变分辨率达到了0.28 pε/Hz1/2。

提出了一种基于双环光电振荡器（OEO）的频分复用光纤布拉格光栅（FBG）传感系统。在该传感系统中，从两个级联的FBG反射的光信号经马赫-曾德尔调制器调制后进入光路的双环结构，两路光信号经耦合后再通过波分复用分成两路，由光电探测器还原为电信号。该电信号分别通过两个不同中心频率的电带通滤波器后形成稳定的微波振荡，输出两路微波信号，分别对应两个FBG传感器。最后，通过对两路微波信号的频率漂移进行测量，最终实现传感解调。实验中对两个FBG分别施加应变和温度，结果表明：传感系统的应变灵敏度为0.100 kHz/μ?，最大频率偏移0.035 kHz，对应0.35 μ?的测量误差；温度灵敏度为1.135 kHz/℃，最大频率偏移0.072 kHz，对应0.06 ℃的测量误差。该系统借助双环OEO的结构，具有稳定性高、测量误差小的优点。

为了实现直接检测（DD）光正交频分复用（OOFDM）系统安全可靠通信，在发送端利用混沌加密技术来提高DD-OOFDM系统的安全性，在接收端采用Kramers-Kronig（KK）接收机来解决OFDM信号子载波拍频干扰的问题。利用混沌加密前后的图像像素值分布对系统的安全性进行分析验证。此外，分析了KK接收机的结构和其实现的条件，仿真测试了基于混沌加密和KK接收机的DD-OOFDM系统的误码率性能。

本文首先从理论上分析了在共极化双泵浦方案中，波长转换不会改变概率整形（PS）信号的概率分布，并且正交频分复用（OFDM）信号子载波的顺序可以保持不变的原因。然后，通过实验验证了全光波长转换后，PS-64QAM-OFDM信号通过高非线性光纤在零差相干检测系统中的传输。最后，通过实验证明，当波特率为20 Gbaud、误码率为1×10^-2时，普通64QAM信号的光信噪比（OSNR）损耗为1 dB，PS-64QAM信号的OSNR损耗改善了0.5 dB。

针对可见光通信中的离散傅里叶扩展正交频分复用系统的非线性效应，提出一种基于高斯混合模型的聚类解调方法。运用机器学习中的高斯混合模型根据接收信号估计所有星座点的高斯分布参数。然后计算接收信号到每一个星座点高斯分布的概率，选择概率最大值对应的星座点作为接收信号的判决结果进行解调，从而可以获得一些信噪比增益。仿真结果表明，在LED非线性信道下，高斯混合模型聚类解调方法在16和32阶正交振幅调制下可以分别获得0.6 dB~2.7 dB和0.2 dB~1.7 dB的信噪比增益。