在下一代无源光网络的发展中,10G-EPON和WDM-PON具有代表性。10G-EPON在1G-EPON基础上进行升级,标准已经制定。WDM-PON则被认为是光接入网发展的最佳形式,但是其上行传输距离和带宽一直受到限制,而且对于MAC层的研究未有进展。因此,选用基于10G-EPON的WDM-PON作为研究课题具有重大意义。论文从以下三个方面进行了具体研究：(1)针对增加基于波长重调制技术的WDM-PON系统覆盖半径的问题,提出了下行信号调制格式采用高能量效率开关键控码的传输方案,比较分析了下行传输采用RZ码、IRZ码、PPM码等不同调制码型对系统性能的影响。对比下行采用NRZ码时系统的传输性能,指出了采用RZ码、IRZ码和PPM码作为调制码型的优势以及对延长通信距离的作用。(2)根据IEEE802.3av-2009标准,指出了10G-EPON较1G-EPON在帧结构上的变化,提出了万兆以太网帧封装和解封过程的设计方案,并在FPGA中实现了发送端的帧封装、SDR到DDR接口速率转换和接收端的帧解封、DDR到SDR接口速率转换等模块以及整个系统的集成。最后讨论了10G-EPON MAC帧对于WDM-PON MAC帧的参考意义。(3)重点研究了10G-EPON物理编码子层在FPGA中的逻辑电路实现过帧解封程。根据IEEE802.3av标准,提出了带宽调整、64b/66b编解码、并行加/解扰码、变速箱、高速同步等模块的设计方案。按照自顶向下的FPGA设计规则,对这些模块进行了集成、时序分析和实时观测,并给出了时序仿真的结果和硬件实现的分析结论。