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作为现代通信网设施的主干支撑,高速光纤通信系统正在向着大容量、长距离的方向发展。近年来,正交频分复用(OFDM)因具有高效的电域与光域的频谱利用率,色散不敏感性,以及高效率计算性,成为光纤通信领域关注热点,针对于其各方面特性有着丰富深入的研究与实验。其中相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统在接收端采用相干检测,有着光信噪比(OSNR)灵敏度高的优势,然而由于在接收端增加激光器用以产生本地载波,CO-OFDM系统更容易受到激光器频率偏差和线宽引起的相位噪声的影响,其信号同步误差与单载波系统比较也更为敏感。另外由于OFDM本质为多载波调制,有着非常高的PAPR特性,使得OFDM信号在长距离光纤传输中经受严重的非线性损伤,同时对数／模(D/A)转换器件分辨率要求十分苛刻。针对相位噪声／频偏敏感性和高PAPR特性这两个缺点,如何实现更准确的同步技术并有效降低PAPR便成为CO-OFDM系统中亟待解决的问题。本文的主要工作及创新如下：(1)介绍了OFDM的基本原理,包括OFDM的数学模型,通过IDFT/DFT运算实现OFDM信号的调制／解调等,并详细分析了OFDM的PAPR特性,和频偏／相位噪声敏感性。此外,介绍了相干检测的基本原理与主要器件构成,并给出CO-OFDM系统的整体方案。(2)基于OFDM与相干检测的基本原理,建立20Gb/s,QPSK调制的CO-OFDM仿真系统,并描述发射端与接收端的信号处理流程。(3)深入分析迭代限幅-滤波实现OFDM信号PAPR降低方法,对其进行峰值均功率比(PAPR)、频谱密度(PSD)、信号-限幅噪声比(SCNR)、误比特率(BER)各方面性能的仿真分析,证实迭代限幅-滤波是一种简捷有效的降低PAPR的技术。(4)对CO-OFDM系统时序和频率同步算法进行了改进,改进的时序同步消除了Park提出的时序同步方法中由于时间标尺旁瓣引起的定时模糊性,而改进的频率同步在保持与Schmidl提出的频率同步方法(需要两个训练符号)同等的频偏估计范围与估计精度的同时减少了一个训练符号的开销。改进的同步方案在20Gb/s,QPSK调制的CO-OFDM仿真系统上进行测试,结果表明结果表明通过色散补偿的辅助,改进的同步算法方案实现了精确的定时估计,和节省训练符号且宽范围的频偏估计。此外,色散补偿的辅助提升了子载波恢复的性能,使得误比特率为10-3时系统的光信噪比(OSNR)容忍度提高了3dB,从而证实了改进方案的有效性。