在互联网、大数据、云计算等大流量业务的推动下,光通信系统以其高速、大容量、低损耗等优势,逐渐代替传统的电通信网络成为通信领域的研究热点。极化码(polar code)自2009年被提出以来,便凭借着超低的编码、译码复杂度以及信道容量严格“可达”等优势,成为了编码领域的新星。本文首先实现了 polar code的构造以及编译码算法,然后在非相干光通信系统中对极化码进行仿真分析并实验实现,最后在相干光通信系统中对极化码的性能展开研究,并与LDPC进行对比。论文具体工作总结如下:(1)polar code的信息位选取、编码、译码算法实现与仿真性能分析在对极化码的三种常用的信息位选取方法进行总结与分类后,本文选择了更适合于光信道的高斯近似法作为研究对象,并仿真实现了任意码长的信息位选取。在译码方面,本文分析并实现了经典的串行抵消译码算法,以及改进型的带有循环冗余校验的列表抵消译码算法。最后在高斯白噪声(AWGN)信道下,仿真分析了码长、码率、以及译码算法的搜索宽度L对polar code性能的影响。(2)基于 10GHz 直调激光器(DML)的 28GBaudpolar code 编码的PAM传输实验将低复杂度的polar code应用于低成本的光通信PAM系统中,可显著提升系统的光学链路预算。本文首先搭建了非相干PAM系统的仿真平台,并对PAM调制、PAM信号软解调以及实现polar-PAM8需要用到的凿孔极化码的原理进行了阐述,并仿真实现了码长可变的凿孔极化码。然后仿真分析了使用polar code对PAM2、PAM4、PAM8系统的性能提升情况,结果表明通过使用L=4的polar code对系统的光学链路预算分别提升了 8dB、7.1dB、9.3dB。最后基于10GHz的直调激光器,在28GBaud的速率下,本文首次实验研究了 polar code对PAM4、PAM8系统的提升情况。实验结果表明,通过采用SCL=4的polar code译码算法,PAM4系统在背靠背和10km处的光学链路预算分别为提高到31.8dB和30.9dB,与不使用polar code相比分别提升了 10dB 和 11.7dB。polar code 编码下的 PAM8 克服了 28GBaud的PAM8的10km系统因错误平层而不能传输的问题,使用SCL=4的译码算法,其背靠背和10km光学链路预算分别提升到:25.8dB和23.7dB。(3)m-PSK、m-PPM 以及 m-PPM 混合 QPSK 调制系统的 polar code与LDPC性能研究在时延受限的相干光通信系统应用场景中,对具有低复杂度、短码的polar code与LDPC性能展开研究。本文搭建了相干光通信系统的MATLAB仿真平台,然后在QPSK系统中对短码下的码长为256、512、1024、2048以及译码迭代次数(译码搜索宽度)对polar code和LDPC的影响展开研究,结果表明polar code相对于LDPC在短码和低搜索宽度下具有更好的性能。在QPSK、8PSK、16QAM系统中,通过20%的编码冗余信息,1024码长的polar code编码增益分别优于LDPC:1dB、1.1dB、0.6dB。继而本文将 polar code 与 LDPC 应用于2PPM、4PPM、8PPM系统中,由于高阶调制会对极化码的极化特性造成破坏,本文在调制前使用一个随机交织器对其进行改善。结果表明,三种系统中,polar code的编码增益分别优于LDPC:1.1dB、0.4dB、0.7dB。最后在mPPM-QPSK中对polar code与LDPC的性能进行研究。结果表明,polarcode在mPPM-QPSK系统中的灵敏度依然分别高于LDPC:0.93dB、0.43dB、0.67dB。受限于混合调制格式中的PPM的纠后性能,polar code编码的混合调制系统中,2PPM-QPSK、4PPM-QPSK的灵敏度低于单独的polar-QPSK系统,8PPM-QPSK的灵敏度高于polar-QPSK系统,达到了 1.07dB。