本书主要介绍了高速光纤通信技术中采用多载波调制的数字信号处理技术的原理和在系统中的应用。主要内容包括基于正交频分复用的多载波调制、四维调制和机器学习人工智能等新技术的原理和应用。

本书适合从事通信领域包括光纤通信、无线通信等研究的工程技术人员，以及高等院校通信工程等相关专业的教师和研究生阅读。

光纤有上百太(T)比特的传输带宽和小于0.2dB/km的传输损耗，可以实现超宽带信号的长距离传输。但随着传输距离的增加，信噪比的下降限制了信号的传输距离。随着基于相干光通信处理的数字信号处理技术引入到高速光纤传输系统中，光纤通信技术发生了革命性的变化。相干光通信可以极大地提高信号的接收机灵敏度，从而延长传输距离和增加传输容量。采用数字信号处理的先进算法还能够有效地减小或克服光纤通信系统中的各种线性或非线性效应，极大地提高系统性能。而且最近的研究也表明，这些数字信号处理算法在短距离传输系统包括数据中心光互连中也是非常有用的一项技术。

笔者在高速光传输领域进行了二十余年的研究，在大容量、高速率光纤传输方面创造了许多世界纪录。包括最先实现频谱效率达到4bit/s/Hz的相干光传输，最先实现100G的8相移键控(PSK)信号的传输，最先实现从400Gbit/s到1Tbit/s到10Tbit/s的相干光信号的传输和探测。在高波特传输方面最先实现了最高波特率的160Gbaud正交相移键控(QPSK)和128Gbaud 16正交幅度调制(QAM)信号的产生和相干探测，该波特率纪录至今没有被打破。在高波特率传输方面最先实现256QAM信号产生传输速率每信道达400Gbit/s。

笔者先后在北京邮电大学、丹麦技术大学、美国朗讯(Lucent)贝尔实验室、美国佐治亚理工学院、NEC美国研究院、中兴通讯美国光波研究所和复旦大学从事高速光传输技术方面的研究。是国家“千人计划”专家、国家杰出青年科学基金获得者和教育部“长江学者奖励计划”特聘教授； 发表学术论文500余篇，获得60余项美国专利授权。先后担任Journal  of Optical Networking(OSA)，Journal of Lightwave Technology(IEEE/OSA)，Journal of Optical Communications and Networking(IEEE/OSA)和Photonics Journal(IEEE)的编委，美国光学学会的会士。

作者迟楠是复旦大学教授，复旦大学通信工程系主任。先后在丹麦技术大学和英国布里斯托大学留学从事高速光通信研究。发表SCI论文300余篇，先后在美国光纤通讯展览会及研讨会(OFC)等国际会议做邀请报告40余次。

高速光纤通信中数字信号处理算法原理与应用分为两卷。第一卷主要讨论单载波调制技术，第二卷则主要介绍基于正交频分复用的多载波调制、四维调制和机器学习人工智能等新技术。

本书以笔者和迟楠教授发表的论文及申请的专利为主要内容，包括了笔者部分博士期间发表的论文、专利和实验结果。在本书撰写过程中得到作者指导的博士研究生张俊文、李欣颖、董泽、李凡、曹子峥和肖江南博士后，以及王源泉、许育铭、陈龙等几位博士研究生和王凯辉、孔淼、燕方、勾鹏琪、王灿、石蒙、赵明明等在章节撰写和文字校准方面的支持和帮助，特此感谢。

第二卷

第12章光OFDM原理

12.1引言

12.2直接检测光OFDM系统基本结构

12.3相干检测光OFDM系统结构与基本原理

12.4小结

参考文献

第13章直接检测OFDM的基本数字信号处理技术

13.1引言

13.2基于halfcycled技术消除DDOOFDM中子载波

互拍效应的研究

13.2.1系统原理

13.2.2实验装置及结果

13.2.3小结

13.3直接检测的高阶QAMOFDM信号的传输研究

13.3.1实验装置

13.3.2实验结果和分析

13.3.3小结

13.4基于DFTS的大容量DDOOFDM信号短距离传输研究

13.4.1基于DFTS的大容量DDOOFDM系统中训练

序列的优化

13.4.2大容量DDOOFDM中预增强和DFTS技术的比较

13.4.3小结

参考文献

第14章强度调制直接检测高速光纤接入系统

14.1引言

14.2高频谱效率调制技术

14.2.1奈奎斯特调制技术

14.2.2超奈奎斯特调制技术

14.3非线性补偿技术

14.3.1基于沃尔泰拉级数的非线性补偿技术

14.3.2基于类平衡编码和探测的非线性补偿技术

14.4单边带调制系统

14.5高速波分复用系统

14.6小结

参考文献

第15章基于IQ调制直接检测的高速光纤接入系统

15.1引言

15.2基于IQ调制器的独立边带调制直接检测系统

15.3基于训练序列的镜像消除算法

15.3.1基于训练序列的镜像消除算法原理

15.3.2实验系统

15.3.3实验结果

15.4基于自适应盲均衡的镜像消除算法

15.4.1基于自适应盲均衡的镜像消除算法原理

15.4.2实验系统和结果

15.5小结

参考文献

第16章前向纠错码

16.1引言

16.2分组码

16.2.1线性分组码

16.2.2循环码

16.2.3BCH编码

16.2.4RS编码

16.2.5奇偶校验码

16.3Turbo编码

16.3.1Turbo码的编码

16.3.2Turbo码的迭代译码

16.3.3MAP译码

16.3.4Turbo均衡技术

16.3.5OFDM信号Turbo迭代均衡

16.3.6基于MIMOCMA均衡算法

16.4LDPC编码

16.4.1LDPC码的基本概念

16.4.260GHz LDPCTCM OFDM光毫米波信号

传输系统原理

16.4.3实验结果及分析

16.5级联编码

16.6总结

参考文献

第17章高谱效率光四维调制基本原理与关键技术

17.1引言

17.2二维、三维恒模调制的星座点分布与性能分析

17.3四维多阶调制的原理与实现

17.3.1四维多阶调制基本原理

17.3.2四维多阶调制的实现

17.4多维多阶调制星座图的设计依据

17.4.1“簇形”问题

17.4.2“球形”问题

17.5典型多维多阶星座图性能分析

17.5.1N=2

17.5.2N=4

17.6总结与展望

参考文献

第18章光通信系统中的机器学习算法

18.1引言

18.2支持向量机

18.2.1间隔与支持向量

18.2.2对偶问题

18.2.3核函数

18.2.4基于SVM的调制格式识别

18.3BP神经网络

18.3.1BP神经元

18.3.2BP网络

18.3.3基于BP神经网络的OSNR估计器

18.4聚类算法

18.4.1Kmeans聚类算法原理

18.4.2算法流程

18.4.3算法展示与分析

18.5聚类算法在抗非线性中的应用

18.5.1应用原理

18.5.2结果分析

参考文献

第一卷

第1章绪论

第2章单载波相干光传输系统基本算法

第3章准线性相干光传输系统与数字信号处理

第4章高谱效率超奈奎斯特波分复用系统研究

第5章全光奈奎斯特信号产生与处理

第6章光纤信道非线性补偿算法研究

第7章概率整形技术研究

第8章超高波特率光信号传输技术

第9章高阶调制码光信号传输技术

第10章无载波幅相调制技术

第11章PAM4信号调制和基于数字信号处理的探测技术

本书作者团队在高速光传输领域进行了二十余年研究，在大容量、高速率光纤传输方面创造了多项世界纪录。本书概括了光纤通信中的最前沿技术。

余建军，复旦大学教授，国家“千人计划”专家。长期从事高速光传输技术的研究。发表学术论文500余篇，获得60余项美国专利授权。博士论文被评为“全国优秀博士学位论文”；是教育部“长江学者奖励计划”特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者和美国光学学会会士。