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正交频分复用(OFDM)技术可以有效的解决无线环境中的多径效应引入的频率选择性衰落问题并且具有高效的频谱利用率等优点，已被广泛应用于传统通信系统中。随着互联网技术的不断发展，使得短距离通信系统（如接入网与数据中心）的数据传输速率急剧增加。采用传统二进制通断调制方式，由于其频谱利用率低以及色散抵抗能力差，往往需要采用波分复用技术与复杂的色散补偿方法才能增加系统的传输容量，且单波长的传输速率并未得到提升。光OFDM技术可以有效抵抗光纤色散且具有高频谱效率等优势，已被视为未来实现高速光通信系统的关键技术之一。本论文针对直接检测的直流偏置光OFDM(DCO-OFDM)系统，使用数值仿真与实验方法对关键数字信号处理(DSP)算法与传输性能优化算法进行了研究，主要研究内容有: 1.针对不同点数FFT的DCO-OFDM系统，采用数值仿真结合实验的方法研究了基于训练序列的低复杂度定时同步算法。基于训练序列的互相关性与最大值搜索方法的定时同步方法可以获得准确的定时同步，但实现过程中需要使用大量的乘法运算，复杂度非常高。基于训练序列符号位仍然具有很好的互相关性，结合门限判决的方法，在很大程度上降低了定时同步算法的实现复杂度。数值仿真结果表明，基于大点数FFT的训练序列可以很好地抵抗噪声与采样相位偏差的影响，具有更好的同步性能。 2.研究了基于最小二乘法(LS)结合符号内频域平均(ISFA)技术的信道估计算法，确定了在不同接收光功率下最佳的ISFA抽头数。基于LS信道估计方法实现简单，但信道估计准确度容易受到系统噪声的影响，结合ISFA技术选择最佳ISFA抽头数可以抑制噪声的干扰提供准确的信道估计。实验研究结果表明，随着接收光功率不断降低，ISFA的最佳抽头数逐渐增加，且基于大点数FFT的DCO-OFDM系统具有更好的误差矢量幅度(EVM)性能。 3.采用一种正交循环矩阵变换(OCT)预编码结合数字限幅算法优化DCO-OFDM系统性能，并进行了实验验证。光/电器件不平坦的频率响应导致OFDM信号在不同子载波上信噪比(SNR)差异较大，SNR较低的数据子载波上的BER较高，影响系统的整体性能。OCT预编码技术可以有效平均各子载波上的SNR，从而改善系统的BER性能，但OCT预编码后的信号具有较高的峰值平均功率比(PAPR)，为抑制信号PAPR采用了简单的数字限幅方法。实验结果表明该联合算法可以进一步改善系统的BER性能。