直接检测光通信系统因成本低、复杂度低等优势成为短距离传输的首选光互联系统,在城域数据中心内部通信以及近距离的数据中心之间的通信起到了很大的作用。本论文主要从单偏振系统和双偏振系统对直接检测光互联系统进行研究。Kramers-Kronig(KK)接收机是直接检测系统中恢复信号场最常用的方案,它避免了信号拍频干扰,无需载波和信号间的频率间隔。本文在单偏振直接检测系统中的研究围绕KK接收机的算法以及系统方案的选择开展如下工作:(1)针对KK算法需要上采样的问题,提出了一种无需上采样的改进KK算法,分析了改进算法的误差,并且和已有算法进行了理论对比,我们的算法更加接近传统KK算法的性能。在单边带直接检测系统中实验验证了改进的KK算法,测试了不同发射功率和不同传输距离下的传统KK算法和展开到一、二、三阶的改进算法的性能。发现传输距离大于640km时,展开到二阶的算法已经可以和传统KK算法媲美。(2)针对使用KK接收机的直接检测系统色散方案选择问题,用实验和仿真比较了色散发送端和接收端补偿方案的性能。结果显示色散发送端补偿方案在不同载波信噪比下对色散有高鲁棒性,而色散接收端补偿方案性能更好。为进一步增大直接检测系统的系统容量,双偏振直接检测系统成为当下研究热点。本文在双偏振系统部分的研究主要围绕Stokes接收机系统展开:针对色散会影响解偏振问题提出了色散训练序列方案,在解偏振滤波器的训练序列中加入色散影响,并通过理论推导和仿真验证了可行性。在两种不同的信号调制格式下的双偏振系统中仿真对比了色散前补方案、色散训练序列方案和API方法解偏振方案三种系统。结果显示API方案无需训练序列,同样情况下误码率最低并且所需载波信号功率比最低。色散训练方案性能次之。