当前,现代社会已全面进入信息时代,信息通信已经成为与“衣、食、住、行”同样重要的人们生活的日常需要之一。通信是数据传输和信息交换的重要方式,在推动社会进步和促进文明发展上起到了重要的作用。近年来日益增长的通讯需求使得光纤通讯技术飞速发展,光纤通讯技术已经成为了现代通信技术中最重要的组成部分之一,在现代通信网络中起着举足轻重的作用。由于云计算、数据中心等业务需求增加,数据通信需求呈爆炸式增长,为解决日益增长的需求和现有技术不足的矛盾,光网络单信道传输速率需要提升到100-Gb/s甚至T比特级。光网络传输须要用到大量的光放射、接受器件,所以光网络要求能做到低功耗、低成本。另一方面,直接检测技术由于具有系统结构简单,所需光器件较少的优点而被广泛应用。目前,支持基于直接检测系统实现了“百G百公里”的单模光纤(Standard Single Mode Fiber,SSMF)传输。所以,低功耗、低成本的中短距离光网络更加适合使用直接检测技术。离散多频调制(Discrete Multi-Tone,DMT)是一种多载波传输调制方式,它基于离散傅立叶变化调制信号,其性能在理论上可以接近香农容量。目前的研究热点主要在调制方式上,目的在于提高城域网的速率。DMT调制是当前的研究热点,它的子载波可以采用多进制正交幅度调制,具有频谱效率高的优点,且可根据子信道性能,动态地调节比特分布情况、调制格式和功率分配,能大幅提高信道容量,从而使以低速率器件实现高速传输。本文主要将直接检测的离散多频调制系统应用于光城域网络中,重点研究了星座成形技术、小波变换、离散余弦变换等技术,对离散多频调制系统提出了改进,给出了系统方案设计和仿真,并分析了其传输特性。本文的主要工作及创新点如下:(1)在研究离散多频调制技术的基础上,提出了基于光城域网的高频谱效率低复杂度的直接检测自适应离散多频调制系统方案,包括光域上离散多载波调制系统的搭建,自适应算法的分析实现。该方法通过离散多频调制系统中的自适应比特分配算法,根据子信道质量调整基带调制格式,以此完成多载波调制的自适应过程使其能获得高速率的数据传输。并建立在光信道上的仿真模型,考虑光纤色散等影响。研究结果表明本方法实现了简单高效的信号传输。(2)提出了一种新的概率成形(Probabilistic Shaping,PS)方法,与传统编码调制方案对比,采用了信号整形技术后的通信系统在传输容量和性能上具有一定的优势。并结合概率成形技术和离散小波变换(Discrete Wavelet Transform,DWT)提出 了一种信号调制解调方案。研究结果表明利用概率成形技术,代替传统的星座成形技术,获得更好的成形增益,并且使信号的平均功率降低,节省发射功率。利用小波分析,能够很好地抑制符号间干扰和子载波间干扰,能够减少相邻信号间干扰,更好的提高了系统的频谱利用率。(3)在研究离散余弦变换(Discrete cosinew ansform,DCT)技术的基础上,提出了基于离散余弦变换的脉冲幅度调制离散多频(pulse amplitude modulated discrete cosinew multitone,PAM-DCMT)信号调制系统。该方案使用离散余弦逆变换代替离散傅里叶变换的DMT调制系统,这样可以使调制信号获得更高的频谱压缩性能从而降低了信号间干扰。研究结果表明,与使用复杂运算的离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)相比,DCT 只在实域进行计算,因此可以使信号处理更加简单有效,并且能减少相位失衡。与DMT自适应性相结合,具有高信噪比的子载波比低信噪比的子载波将能够传输更多的比特,提高信号传输速率。