为满足人们日益增长的宽带业务需求,光正交频分复用（Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OOFDM）已被视为应用于未来高速光网络中最有前景的关键技术之一。近几年来,OOFDM技术在学术界得到了大量而深入的研究,为该技术未来的应用奠定了深厚的理论基础。然而,大部分相关的研究成果均是基于离线数字信号处理（Digital Signal Processing,DSP）方式获得的,没有考虑基带OFDM收发机中基于硬件实现过程中诸如算法实现形式与复杂度、数据计算精度、系统工作频率以及片上资源开销等一系列问题。与此同时,传统的成熟OFDM通信系统由于其传输速率相比高速光纤通信系统较低,可以采用串行结构予以实现,因此直接将相关DSP算法移植到光纤通信系统中是不可行的。本论文基于直接检测光OFDM系统（Direct Detection Optical OFDM,DDO-OFDM）中多种损伤的理论分析,研究适合于硬件高效实现的关键DSP算法,设计与实现了基带OFDM收发机,并对实时DDO-OFDM系统的传输性能进行了相关研究,以推动光纤OFDM技术的规范化与实用化进程。本论文主要研究内容及取得的相关成果如下:第一、提出一种简化了的基于单个训练序列的符号定时同步与信道估计算法以降低硬件实现的复杂度与系统开销,并在实时DDO-OFDM系统中进行了性能验证。通过计算接收数据与本地训练序列符号位的互相关性实现了符号定时同步。该方法不需要任何乘法运算,仅通过简单的逻辑运算与比特求和便可得到定时度量,经过门限判决方法确定接收训练序列的起始位置。相比使用传统基于训练序列的互相关性的符号定时同步算法,该方法具备较低的计算复杂度,有利于硬件的高效实现。经时频变换后得到该训练序列上频域数据,采用最小二乘法获得奇数子载波上信道估计,然后使用线性插值得到偶数子载波上信道估计,这种估计方法可以有效地避免子载波间的互拍干扰,提高估计的准确度。除此之外,通过合理设计OFDM帧结构,则因使用该训练序列给系统带来的开销可以忽略不计。第二、研究了一种基于导频的采样时钟频率偏差估计与补偿算法,以及基于该算法提出了一种采样时钟频率同步方案来解决大范围采样时钟频率偏差恶化接收机性能的问题。当采样时钟频率偏差较小时,仅使用该估计与补偿算法便可有效补偿信道均衡后由采样频率偏差引入的残留相位;当采样时钟频率较大时,使用所提出的采样时钟频率同步方案以避免严重的子载波间干扰。与此同时,该方案可以结合采样时钟频率偏差估计与补偿算法,从而降低采样时钟频率同步精度的要求。通过理论与实验证明了本文所采用的方法可以在较低硬件实现复杂度的前提下提高DDO-OFDM系统的传输性能,降低对采用压控振荡器实现采样时钟频率同步的精度与稳定性要求,从而可节约系统的实现成本。第三、为提高无源光网络（Passive Optical Network,PON）中单波长的传输速率,基于现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）芯片以及高速数模与模数转换器实现了高阶QAM调制的基带OFDM收发机,并研究与优化了其在基于直接检测方式的光纤传输系统中的性能。采用自适应调制技术分别在1.1GHz与2.15GHz带宽内成功实现了256/64/16QAM调制、有效传输速率分别为6.3Gb/s OFDM收发机与10.4Gb/s OFDM-PON接收机。为进一步提升系统的频谱利用率,通过在接收端使用过采样方式并结合数字低通滤波方法成功设计与实现了频谱效率高达8.88bit/s/Hz 1024QAM调制的OFDM收发机。通过实时监测系统的误码率,动态优化了马赫曾德尔调制器直流偏置电压与实时光OFDM信号的入纤光功率。数值仿真分析了不同DAC/ADC转换精度下最佳限幅率,在平衡限幅噪声与量化噪声的前提下优化了接收机灵敏度。实验结果表明所有高阶QAM调制的实时OFDM信号经20km单模光纤传输后的误码率均小于采用7%开销的硬判决前向纠错技术要求的误码率门限值(3.8?10^-3)。第四、使用Xilinx吉比特收发器接口设计了基于OFDM调制与解调技术的高清视频光纤单向传输系统,以进一步验证所设计的基带OFDM收发机的可行性以及搭建的实时DDO-OFDM传输系统的可靠性。该系统可分别将1.485Gb/s的720p与2.97Gb/s的1080p高清视频信号经实时光OFDM发射机调制得到的双边带光OFDM信号成功传输20km标准单模光纤,经基带接收机实时处理后输出至显示器。实验结果表明,接收机恢复出来的视频信号可以几乎无失真的在显示器上予以再现。