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正交频分复用（OFDM）技术由于具有利用频谱的效率高，可采用的调制格式灵活以及信道均衡简单容易实现等优势，在无线通信领域已经成为一项日益成熟的技术。近年来，将该技术应用到光通信领域受到了广泛的重视和深入的研究。光正交频分复用技术由于对光纤传输的色度色散、偏振模色散以及传输非线性效应等具有抵抗性强的优点，成为下一代高速传输光纤通信网络最有前景的技术之一。光正交频分复用系统根据检测方法的不同具体可以分为相干检测光OFDM系统（CO-OFDM）和直接检测光OFDM系统（DDO-OFDM）两种类型。直接检测光OFDM系统由于成本低廉，实现方便，可以灵活地利用电域成熟的数字信号处理技术，成为光正交频分复用系统的研究热点之一。在DDO-OFDM系统众多的信号处理技术中，信道估计作为信号能够正确解调制的前提，是一项较为关键的技术。本文将围绕基于正交频分复用技术的光通信传输系统信道估计进行理论与实验研究，具体工作如下：（1）针对在基于导频辅助的光OFDM信道估计算法中如何更好地插入导频的问题，通过实验定量地研究了直接检测光OFDM系统不同的导频模式导频密度下信道估计的性能。实验结果表明，块状导频在直接检测光OFDM传输系统中的信道估计性能明显优于梳状导频和斜状导频。这一结果从侧面验证了光通信信道所具有的准静态特性。（2）提出了一种基于判决反馈思想的可有效补偿相位噪声的数据辅助相位均衡算法，并通过实验研究了其在使用线宽MHz的分布式反馈激光器的光传输系统中传输20公里后的性能。实验结果显示，对于QPSK和16-QAM两种调制格式，误码率控制在10-3以下所需要的接收光功率分别可以降低5dBm和7dBm。这表明该算法在降低了插入导频数量的同时仍然得到较好的信号传输误码率性能。（3）通过对接收到的OFDM信号星座图进行研究，我们发现如果对星座图按各个子载波进行调整，可以降低星座图的误差矢量幅度（EVM），改善OFDM信号误码率性能而不需要插入很多导频，提高了有效数据传输速率。本文在分析了光纤色散对OFDM信号影响的基础上，提出了一种只需插入两个导频的补偿OFDM信号失真的信道估计算法。数值研究表明，该算法可以有效改善长距离传输光OFDM信号误码率性能。同时，本文还提出并通过实验研究了一种不需要插入导频通过分析和调整星座图幅度和相位的信道估计和均衡算法。在直接检测光OFDM系统中传输20公里标准单模光纤的实验结果表明，该算法可以有效降低星座图的误差向量幅度，改善较短距离传输光OFDM信号的误码率性能。