1、隨著社會(huì)信息化程度的不斷提高，各種新興業(yè)務(wù)，如交互式網(wǎng)絡(luò)電視（IPTV）、高清晰度電視（HDTV）、大文件共享、云存儲(chǔ)/云計(jì)算、社交網(wǎng)絡(luò)、無線數(shù)據(jù)回傳等不斷涌現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)終端用戶對(duì)接入帶寬的需求越來越高，現(xiàn)已部署的接入網(wǎng)系統(tǒng)已不能滿足未來用戶的需求。因此，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)紛紛投入力量來研發(fā)低成本、高容量、長(zhǎng)傳輸距離的下一代接入網(wǎng)系統(tǒng)，其中低成本的無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的解決方案之一。在眾多的下一代PON候選技術(shù)中，基于波長(zhǎng)堆

2、疊的 PON系統(tǒng)因其具有多方面的優(yōu)勢(shì)而得到業(yè)界的廣泛關(guān)注：
　　1）后向兼容性好，可最大限度沿用現(xiàn)有系統(tǒng)的光纖分布式網(wǎng)絡(luò)；
　　2）充分利用現(xiàn)有PON系統(tǒng)中的成熟技術(shù)，可利用成熟的時(shí)分復(fù)用(TDM)、正交頻分復(fù)用（OFDM）和波分復(fù)用(WDM)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，一定程度上降低系統(tǒng)升級(jí)成本；3）易于擴(kuò)展，可簡(jiǎn)單通過增加波長(zhǎng)通道的方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)展；
　　4）易于實(shí)現(xiàn)多粒度業(yè)務(wù)的接入以滿足下一代接入網(wǎng)對(duì)全業(yè)務(wù)接入技術(shù)的要求

3、。本論文針對(duì)波長(zhǎng)堆疊的PON系統(tǒng)，主要研究波長(zhǎng)堆疊的正交頻分復(fù)用PON（SWDM-OFDM-PON）和波長(zhǎng)堆疊的時(shí)分波分復(fù)用PON（即Time and Wavelength Division Multiplexing PON,TWDM-PON）的關(guān)鍵技術(shù)，具體完成了以下幾個(gè)方面的工作：
　　1.波長(zhǎng)堆疊的TDM-PON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)研究
　　作為 NG-PON2標(biāo)準(zhǔn)的 TWDM-PON系統(tǒng)雖然已被廣泛研究，但實(shí)際系統(tǒng)中，

4、TWDM-PON系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展還存在以下挑戰(zhàn)：
　　1）波長(zhǎng)可調(diào)的、低成本高速率發(fā)射機(jī)問題，以及隨著上下行速率、傳輸距離的增加而引入的色散問題；
　　2）長(zhǎng)距離傳輸?shù)南到y(tǒng)功率預(yù)算問題。針對(duì)上述兩個(gè)問題，本論文主要開展了以下兩個(gè)方面的研究工作：
　　1）提出了采用低成本、高調(diào)制速率、波長(zhǎng)可調(diào)諧的分布反饋式（DFB）激光器作為上行無色發(fā)射機(jī)。對(duì)于DFB激光器與色散引起的信號(hào)畸變問題，本論文提出基于光纖延遲干涉儀的譜整形方案

5、，并實(shí)驗(yàn)演示了基于光纖延遲干涉儀同時(shí)管理上行信號(hào)啁啾和解調(diào)下行信號(hào)差分相移鍵控（DPSK）信號(hào)的對(duì)稱40 Gb/s的TWDM-PON傳輸系統(tǒng)。此外，基于光纖延遲干涉儀的譜整形方案，在中興通訊公司的測(cè)試機(jī)上得到了驗(yàn)證，并取得較好的效果；
　　2）提出了基于溫度可調(diào)諧DFB激光器作為雙向發(fā)射機(jī)的對(duì)稱40 Gb/s的TWDM-PON系統(tǒng)技術(shù)方案，并針對(duì)發(fā)射機(jī)啁啾在PON系統(tǒng)傳輸問題進(jìn)行了深入研究，通過在光線路終端部署一個(gè)光纖延遲干涉儀用

6、于同時(shí)處理上下行信號(hào)啁啾與光纖色散相互作用產(chǎn)生的畸變問題。該方案降低了系統(tǒng)成本，提升了系統(tǒng)性能，在實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離傳輸?shù)耐瑫r(shí)獲得了較高的功率預(yù)算。
　　2.波長(zhǎng)堆疊的OFDM-PON的關(guān)鍵算法研究
　　在波長(zhǎng)堆疊的OFDM-PON系統(tǒng)中，信號(hào)同步以及信道估計(jì)算法必不可少。但由于受系統(tǒng)噪聲的影響，這兩類算法往往很難實(shí)現(xiàn)精確的信號(hào)同步和準(zhǔn)確的系統(tǒng)信道估計(jì)。同時(shí)，介質(zhì)訪問控制（MAC）層資源調(diào)度算法也是PON系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵研究點(diǎn)。

7、本論文理論分析了波長(zhǎng)堆疊的OFDM-PON系統(tǒng)的噪聲性能，并以此為基礎(chǔ)提出以下幾種新穎的算法：
　　1）基于相關(guān)原理的符號(hào)定時(shí)同步算法：利用特別設(shè)計(jì)的訓(xùn)練序列及其IFFT運(yùn)算后強(qiáng)的序列相關(guān)特性，通過同步峰值來精確定位符號(hào)的初始位置。該算法易于實(shí)現(xiàn)，且能夠較好地克服OFDM系統(tǒng)中普通同步算法的定位模糊的缺點(diǎn)。
　　2）基于M序列的符號(hào)定時(shí)同步算法：針對(duì)波長(zhǎng)堆疊的OFDM-PON系統(tǒng)噪聲對(duì)符號(hào)定時(shí)同步的影響，提出利用M序列的強(qiáng)自

8、相關(guān)特性及其對(duì)系統(tǒng)高斯噪聲魯棒性的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了精確的符號(hào)定時(shí)同步。與現(xiàn)有的光OFDM系統(tǒng)的符號(hào)定時(shí)同步算法相比，該算法具有較高的定時(shí)精度，適用于基于OFDM的PON系統(tǒng)。
　　3）抗噪聲的信道估計(jì)算法：針對(duì)OFDM-PON系統(tǒng)中信道估計(jì)算法的性能受制于高斯噪聲的問題，提出了一種基于最小二乘法改進(jìn)的信道估計(jì)算法。該算法采用平均操作的方式可以有效消除系統(tǒng)高斯噪聲的影響，較好的估計(jì)出系統(tǒng)信道特性，從而補(bǔ)償系統(tǒng)信號(hào)的畸變。此外，該算法實(shí)現(xiàn)

9、簡(jiǎn)單，易于操作，性能優(yōu)越。
　　4）基于OFDM的PON的MAC層資源分配：提出應(yīng)用于OFDM-PON系統(tǒng)的聯(lián)合子載波和時(shí)隙的資源分配方法。構(gòu)建了OFDM-PON系統(tǒng)的資源調(diào)度數(shù)學(xué)模型，并針對(duì)該模型提出了兩種有效的資源分配算法。通過仿真驗(yàn)證，本論文提出的算法在取得較好性能的同時(shí)有效地降低了計(jì)算復(fù)雜度。
　　3.波長(zhǎng)堆疊的OFDM-PON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)研究
　　與其他PON技術(shù)一樣，要獲得波長(zhǎng)堆疊的OFDM-PON的

10、實(shí)用化，如何在維持系統(tǒng)高性能的同時(shí)獲得成本收益最大化是該P(yáng)ON系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，波長(zhǎng)堆疊的OFDM-PON還在高的功率預(yù)算、長(zhǎng)的傳輸距離以及多速率傳輸?shù)确矫婷媾R著挑戰(zhàn)。本論文針對(duì)這幾大挑戰(zhàn)，在以下幾個(gè)方面開展了研究工作：
　　1）提出并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了傳輸距離為100km的、對(duì)稱40 Gb/s的波長(zhǎng)堆疊的OFDM-PON系統(tǒng)方案。該方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于擴(kuò)展，后向兼容性好，可以充分利用現(xiàn)有接入網(wǎng)光分布式網(wǎng)絡(luò)，具有較

11、高的可行性。同時(shí)，該方案充分利用 OFDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，可采用低帶寬的光電器件實(shí)現(xiàn)高速率的系統(tǒng)傳輸，一定程度上節(jié)約了成本。
　　2）在波長(zhǎng)堆疊的OFDM-PON的基礎(chǔ)上，利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)處理OFDM信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)，提出了多速率共存、速率自適應(yīng)的下行系統(tǒng)傳輸方案。該方案在不改變?cè)邢到y(tǒng)的硬件配置的基礎(chǔ)上，通過改變OFDM信號(hào)的數(shù)據(jù)子載波數(shù)量或者傅里葉逆變換運(yùn)算點(diǎn)數(shù)，可實(shí)現(xiàn)速率自適應(yīng)的調(diào)節(jié)；此外，基于該方案中的多波長(zhǎng)堆疊技術(shù)，可在不同波

12、長(zhǎng)上調(diào)制不同速率，從而實(shí)現(xiàn)多速率共存；該方案，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。
　　3）提出并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于交錯(cuò)正交幅度調(diào)制的(OQAM)的OFDM的波長(zhǎng)堆疊的OFDM-PON下行系統(tǒng)傳輸方案。該方案充分利用OQAM-OFDM較強(qiáng)的抗符號(hào)間以及載波間干擾的能力，降低了對(duì)PON系統(tǒng)光電器件線性度的要求，從而節(jié)約接入網(wǎng)成本。此外，相比傳統(tǒng)的OFDM和離散傅里葉變換擴(kuò)展的正交頻分復(fù)用（DFT-SOFDM）信號(hào)，該方案可以不用添加保護(hù)間隔，實(shí)現(xiàn)零開支