在带宽需求日益增长的背景下,通信链路越来越向高速、高质量的方向发展,人们对空间通信系统的系统容量及性能要求越来越高。空间激光通信具有抗干扰能力强、通信容量大、保密性强等诸多优点,同时相干光通信技术具有信道容量高、灵敏度高的特点,因此高速空间相干光通信系统成为空间通信领域的研究热点之一。数字相干光接收机可以实时处理的最大符号速率受制于DSP和FPGA芯片的处理速度,并行处理算法是高速空间相干光接收机实现的关键所在。此外,在高速相干光通信系统中,往往采用高阶调制以提升系统频谱效率和通信容量,这使编码调制成为高速相干光通信系统的关键技术之一。本文围绕面向高速空间相干光PM-QPSK接收机FPGA实现的并行时钟同步算法和并行相位恢复算法以及PM-64QAM相干光传输系统映射方案设计,主要研究内容如下:1、在10Gbps系统传输速率中,传统的并行时钟同步算法复杂度高对PM-QPSK相干接收机中FPGA芯片的资源量和工作频率形成了较大压力。本文根据空间信道特点和算法FPGA实现要求,设计了低复杂度的并行时钟同步算法。所设计算法通过恰当设置定时误差跟踪信号的个数、并行处理单元路数,优化了资源占用量与工作频率。离线实验验证结果表明,所设计算法可以满足系统设计目标要求,在测试符号长度为68万、-41dBm接收光功率、收发两端时钟偏差40ppm的条件下,系统误码率小于7×10-5。2、针对空间通信链路中继难从而空间无中继通信链路功率预算要求高的设计目标,设计了便于FPGA实现的并行相位恢复算法。本文分析了块长度的大小对系统误码率的影响,最终选定关键参数块长度的大小为40。在块长度为40的基础上对算法的各个模块进行了 8路并行设计,同时对每个模块进行截位,优化了 FPGA芯片资源占用量与工作频率。离线实验验证结果表明,所设计算法可以满足系统设计目标要求,在测试符号长度为68万、-41dBm接收光功率、线宽为100KHz时,基于modelsim对设计的各个模块进行了功能仿真并与matlab离线处理的结果进行对比,相偏计算模块的误差低于10-4、相位补偿值的误差在10-6量级,最终经过相位恢复算法以后的数据误码率小于7 × 10-5。3、针对高阶调制时不等错误保护问题,在相干光通信PM-64QAM BICM并行编码和译码系统中提出了一种两阶段的映射方案。该方案将BICM系统与非规则QC-LDPC码相结合,借助EXIT图分析各个子信道最佳度分布组合。将编码比特按照最佳分布组合分配给各个子信道,解决了高阶调制时引入的不等错误保护问题,从而提升了 OSNR容限。仿真结果表明,相比于传统的连续映射的方式,所设计的两阶段映射方案,瀑布区左移了 0.1dB,在误码率为10-5时,所需OSNR 降低了 0.13dB。