传统相干光接收机可支持高阶调制格式解调和链路损伤补偿,在高速率、长距离光通信中得到广泛应用。新近出现的Kramers-Kronig(KK)光接收机通过数字信号处理(DSP)技术结合单个光探测器即可实现信号光场重建,具有成本低、功耗小的优点,是目前的研究热点之一。本论文围绕KK光接收机实时DSP系统的设计与实现开展了相关工作,主要内容包括:(1)研究了KK光接收机的系统结构和工作原理,设计了相应的DSP系统算法体系,确定了各算法模块的基本构成即光场重建采用KK检测算法、时钟恢复采用Gardner算法、偏振解复用采用恒模算法(CMA)、载波相位恢复采用Viterbi-Viterbi算法,基于VPI Transmission Maker和Matlab验证了该算法体系的可行性。(2)重点探讨了KK检测算法中Hilbert变换(HT)的时域和频域实现方法,提出了一种基于快速傅里叶变换和反变换(FFT-IFFT)的重叠分块HT算法,分析了HT窗口、重叠因子和位宽截断效应对信号质量的影响。结果表明,优化后的该算法可实现高速数据流的实时HT,并能有效抑制边缘效应和截断误差的影响。(3)基于Xilinx公司的现场可编程门阵列(FPGA)开发平台和Vivado开发环境,采用并行流水线方式设计了光场重建硬件模块和相干解调硬件模块。通过优化存储单元、简化旋转因子乘法运算等途径显著提升了光场重建硬件模块的性能。在此基础上,与相干解调模块构成的KK光接收机实时DSP系统,可实现10GBaud正交相移键控(QPSK)信号的光场重建与相干解调,输出信号质量达到预期要求。