近几年随着互联网的高速发展，数据业务对传输速率及带宽的要求大幅度提高，建立具有超高速、超大容量的传输网络成为必然选择。相干光正交频分复用（Coherent Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing，CO-OFDM）技术因具有灵敏度高、信道容量大、色散容忍度高和频谱利用率高的特点引起广泛关注，并迅速成为未来光网络传输技术的研究热点。　　定时同步是一切通信系统的技术支撑，CO-OFDM系统由于自身的特点导致其对频率偏差的容忍度极低，所以该系统还需进行频率同步。光纤信道损伤对高速信号的影响不容忽视，所以在上述的同步过程之后必须进行信道估计。同步及信道估计过程对CO-OFDM系统的实现起着决定性的作用，因此本文对上述关键处理过程涉及的时频同步算法和信道估计算法展开研究。　　本文对CO-OFDM系统的相关原理及关键技术进行了研究，包括正交频分复用（OFDM）的调制解调原理和上下变频技术等，基于上述原理及技术建立了CO-OFDM仿真平台。对同步误差和光纤信道损伤进行了理论与仿真上的研究，通过仿真结果对同步误差及信道损伤的对信号造成影响进行了分析。　　本文对经典的定时频率同步算法展开了研究与仿真，从原理和性能两方面分析了经典算法存在的问题，研究了一种基于Zadoff-Chu（ZC）序列的改进时频同步算法。改进ZC算法很好的解决了上述经典算法在定时同步过程中存在的一些问题。本文提出利用无线通信中的周期图法进行整数部分的频率同步过程，改进ZC算法获得了良好的准确性、大范围的估计能力和较低的复杂度。仅需使用单个训练符号（Train Symbol，TS）完成同步过程，改进ZC算法实现了系统开销的降低，在CO-OFDM系统中具有良好的适用性。　　本文通过对现有的信道估计算法进行研究及分析，发现准确性、系统开销和复杂度三者之间存在着相互制约的关系。为了更好地平衡优化这三者的制约关系，本文提出了一种基于离散导频的改进算法。通过仿真性能对比，对改进算法进行了全面的验证。与传统离散导频算法相比，改进算法实现了准确性的提高。与频域平均算法（Intra-Symbol Frequency-Domain Averaging，ISFA）算法相比，改进算法牺牲小部分准确性换取了系统开销的降低，实现了通信效率的提升。在复杂度方面改进算法也相对适中，适用于局域网的传输。