针对水下无线通信高速率、远距离、低成本和小型化设备的实用需求，本文设计研制了一种高鲁棒性的基于现场可编程门阵列（FPGA）和大功率LED阵列的小型化水下无线光通信系统。其光发射机的光源采用45 W大功率LED阵列，基于FPGA实现高阶调制与编码，并设计了准直光学发射天线有效减少光束发散角，大幅度延长了传输距离。在光接收端，设计了一种基于3 mm大孔径雪崩光电二极管（APD）的自动增益控制放大和FPGA解调与信号处理的光接收机，降低了光通信系统对准的严苛要求。该系统可实现30 Mbps 开关键控（OOK）信号和正交幅度调制（QAM）信号（16QAM信号）的12 m水下信道实时传输，二者的误码率（BER）分别为2.467×10^-4和3.467×10^-3。此外，该系统还实现了22 Mbps的非归零（NRZ）-OOK整形信号12 m水下+30 m空气的跨介质传输（总长度为42 m），BER为3.619×10^-4。最后，实现了12 m水下信道中接收机偏离主光轴40°之内22 Mbps OOK信号的有效接收，提高了系统的鲁棒性。

为将400 Gbit/s高速率应用于超长站距无中继光传输系统, 首先对400 Gbit/s双偏振-四进制正交幅度调制(DP-16QAM)及400 Gbit/s双偏振-八进制正交幅度调制(DP-64QAM)两种高阶调制码型及其对应的光信噪比(OSNR)要求进行了研究, 然后通过实验研究了两种码型背靠背OSNR的要求及入纤光功率与误码率的关系, 最后搭建了具有前后向拉曼放大器的400 Gbit/s超长距光传输链路, 通过实验测试了两种码型对应的最远单跨传输距离。实验结果表明, 400 Gbit/s DP-16QAM在G.652光纤上利用双向拉曼光放大器最远可以传输286 km, 对于电力长跨距来说基本满足了大部分的应用场合。

以16-相正交幅度调制（16QAM）为例，分析比较了伽罗华（GF(2m)）域上m=1,2,4时，3种低密度奇偶校验（LDPC）码在16QAM光传输系统中的性能.分析表明，无论在纠错性能还是译码效率方面，4进制LDPC码比16进制LDPC码具有更大优势.为进一步改善高阶调制光传输系统中非二进制低密度奇偶校验（NB-LDPC）码的性能，在16QAM系统下的4进制LDPC码中引入水印位符号.与传统的非二进制LDPC译码方案相比，水印位方案的平均迭代次数显著下降，即引入水印位可以极大地提高NB-LDPC码的译码效率.当误码率BER=10-5时水印位方案可以改善0.1 dB的净编码增益.

We propose a 40-Gb/s star 16-ary quadrature amplitude modulation (16-QAM) transmitter using a single dual-drive Mach-Zehnder modulator (DDMZM). This transmitter is demonstrated through experiment and simulation and shows the advantage of simplicity for implementation. Simulation results indicate that error free performance could be achieved for the generated signal after 80-km standard single-mode fiber (SSMF) transmission with coherent detection scheme.