相干光正交频分复用(CO-OFDM)技术是一种新型的光复用技术,该技术具有相干检测和OFDM的双重优点,频谱利用率高,对抗色散和非线性效应明显,而且在现有的网络基础设施上能很好的升级,扩容方便,所以在高速率、大容量和长距离传输系统中有广阔的应用前景。本文对CO-OFDM单模光纤系统及其同步算法进行研究,主要包括系统工作原理、不同调制方式下的系统传输性能分析、定时同步算法以及高速率下CO-OFDM的单模光纤通信系统的设计和仿真实现。具体工作内容如下：(1)分析CO-OFDM单模光纤系统的工作原理,在2PSK、4QAM、8QAM、16QAM四种调制方式下,对10.7Gb/sCO-OFDM单模光纤系统的传输性能进行分析和仿真,得出传输容量、传输距离以及系统误码率三者之间是相互矛盾的,增大OSNR能在一定程度上改善系统性能。当系统误码率维持在10-3以内,并采取4QAM调制时,在OSNR为12 dB时,传输距离可达1600 km,当OSNR为增加到19 dB时,系统的最大传输距离为1900公里。(2)针对传统算法对色散敏感,提出一种新的改进算法,该算法的训练符号序列结构是在原有符号的基础上,将第一个已经添加了循环前缀的OFDM符号的尾部复制L长度(即下面结构中的CP2)放在该符号的前面,即利用CP2作为训练序列,L一般大于循环前缀的长度,然后利用伪随机序列将这段复制序列的相位扰乱,具体结构为：[CP2CP OFDM]。在相同仿真条件下,采用Schmidl&Cox算法、Minn&Letaief算法和Park&Cheon算法和改进算法,对1000个定时点对进行仿真比较,改进算法的错误率均值始终保持在12%以下,更适合光纤信道。(3)采用正交带宽复用(OBM)技术和光路结构为2×2 CO-MIMO-OFDM系统模型,从理论上完成传输速率为107Gb/s的CO-OFDM单模光纤系统的设计。对所设计的2×2 CO-MIMO-OFDM单模光纤系统的定时同步进行分析和仿真,表明提出的同步算法在该系统是可行的。