为避免数模转换器（DAC）在高速率、高分辨率方面的性能限制对量子噪声随机加密系统（QNRC）的影响，同时也为了降低系统的成本，本文提出了一种采用低位DAC级联调制、光域解密、直接检测的灵活多进制解密系统方案，并利用商用仿真软件VPI Transmission Maker Optical System 9.1（VPI9.1）对所提方案的可行性进行验证，得到了介观相干态功率为-20 dBm、传输距离为100 km、传输速率为10 Gb/s、密文态数目最高可达216-1的QNRC系统的仿真结果。结果表明：低位DAC级联的方式不仅可以大大提高密文态数目，确保最优的系统传输性能，还可以灵活适配多进制传输系统。此外，所提系统方案避免了数模转换器在高速率、高分辨率方面对QNRC系统的影响，同时还显著降低了高位传输系统的成本，为实现QNRC系统的国产化提供了一种解决方案。

提出了一种N 元编码时间相位展开方法来实现彩色复杂物体的三维测量。传统的阶梯状条纹在测量整个表面反射率范围较大的物体时，条纹数量过多会导致量化困难。利用从相移条纹中提取的N元正弦码元替换传统的量化灰度码元，通过进制转换将N元正弦码元嵌入到所要投影的条纹中来实现条纹级次的编码。在解码时，先通过编码条纹与N步正弦相移条纹的差异逐点计算N元量化条纹，再根据对应的逆进制转换获取唯一的条纹级次，最后利用截断相位消除条纹级次边缘处的错位误差。实验结果表明，相比传统的时间相位展开方法，所提方法有效提高了编码效率，并在测量彩色复杂场景时表现出了较高的鲁棒性。

基于0.18 μm CMOS工艺设计了一种工作在10 GHz的八进制幅移键控调制电路。利用分布式放大器的结构特点，通过增加一组开关来改变信号传输路径，控制输出信号的振幅和相位，实现了信号的八进制幅移键控调制，有效提高了信号传输的频带利用率。仿真结果表明，该调制电路在载波频率为10 GHz时，数据率可达3 Gbit/s，每bit消耗能量为12 pJ。平均功耗为36.35 mW。

光子辅助方法易于产生和调制宽带矢量毫米波或太赫兹信号。基于强度调制器与同相/正交（I/Q）调制器级联的相干光路结构，结合概率整形技术，在VPI和MATLAB环境下对其多波段矢量毫米波信号的产生和传输性能进行了联合仿真分析。在载波频率分别为70 GHz和130 GHz的两个波段上，针对净比特速率为32 Gbit/s的均匀16阶正交幅度调制（16QAM）格式与概率整形16QAM格式的单边带矢量毫米波信号，分析对比了两者的产生与传输性能。研究结果表明：概率整形16QAM毫米波信号的光纤传输性能均优于均匀16QAM毫米波信号，且发现在考虑光纤非线性效应时其概率整形的矢量信号具有更大的传输优势。

提出了一种采用单个光调制器产生频率稳定、偏振复用的矢量毫米波信号新方案。通过将双极化马赫-曾德尔调制(DP-MZM)和偏振复用16阶正交幅度调制(PDM-16QAM)相结合,实现了PDM-16QAM信号在系统链路中的有效传输,传输速率为64 Gbit/s@28 GHz,误码率被控制在4.2×10 -2以内。系统结构简单,频谱效率高,传输速率大幅提升,在未来光载无线通信网络中具有巨大的应用价值。

为适应多用户需求, 提出了一种基于多进制检测的可见光多层成像通信系统。依不同优先权将发送信息加载在分集程度不同的各层发送单元上。优先权越高, 分集程度越高, 信息的鲁棒性相对较高但传输速率较低; 相反的, 优先权越低, 复用程度越高, 信息的传输速率相对较高但鲁棒性较低。结合系统模型, 利用基于最大似然检测的多进制检测算法实现了信息提取。最后, 通过仿真实验验证了系统的可行性。在保证系统检测性能和算法复杂度相对较低的同时, 实现了多层成像通信系统的稳定传输。

为克服空间光通信(FSO)链路受大气湍流效应的影响, 将LT码应用到FSO系统中。多进制LT码具有较高的传输效率。提出一种新型度分布函数来改善多进制LT码的译码性能。计算不同进制LT码的译码失败率, 并模拟强湍流信道, 对采用不同编码方案的FSO性能进行仿真。结果表明: 采用新型度分布的LT码能够降低译码失败率, 且能有效改善FSO系统在强湍流情况下的性能。

针对相移键控(MPSK)相干光通信系统中的频率偏移，最常用的两种算法是基于差分相位或者FFT最大值的算法，但是当数据长度较短时，两种算法均很难实现MHz的估计误差，这将使得后续载波相位恢复估计很难恢复原始数据。为满足MPSK系统中频率偏移估计算法高精度和实时性的要求，首次将多重信号分类算法引入该问题，提出一种基于快速傅里叶变换和多重信号分类的频率估计算法，该算法在数据较短时精度很高。利用基本原理和流程图对算法加以说明，并进行了20-GBaud/\sQPSK相干光系统仿真实验验证算法切实可行。

分析了BICM-ID系统下的几种CE-8-ary (Cross Equalization-8-ary)的映射算法, 并且采用LDPC码代替了传统的卷积码, 从而省去交织器的设计, 降低系统的复杂度和时延。同时从互信息中的信道容量和欧式距离的设计准则出发, 对基于LDPC-BICM-ID系统中的CE-8-ary映射算法进行了理论对比分析。仿真分析表明: 在平均功率相等的受限信道情况下的中高信噪比区, 该CE-8-ary映射算法的信道容量比传统映射算法高出2.73bit/channel, 同时其信噪比增益最大也高达3dB。因而该CE-8-ary映射方案可作为8PSK下LDPC-BICM-ID系统中的一种优越备选方案。