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近年来,光接入网领域的无源光网络(Passive Optical Network,PON)技术得到广泛的应用。PON网络中任何一条光链路故障都会导致大量数据信息的丢失,用户满意度降低,也给网络运营商带来经济损失。传统的光时域反射计(Optical Time Domain Reflectometer,OTDR)被广泛的应用在点对点链路的远程检测中,在点对多点的PON系统中,OTDR技术却有较大限制:所有的分布光纤支路的反向信号在位于远端节点的光分路器处相互叠加,很难区分某一个反向信号来自哪条分布光纤支路。为了弥补基于OTDR的PON链路监测系统的不足,人们已逐步开展了基于光编码的PON链路监测技术的研究。本文针对二维光编码技术在PON中的应用及特性展开了研究。首先,提出了一种基于光预编码的轮询式PON链路监测系统方案,设计了探测脉冲预编码模块、光解码器模块、链路故障识别模块,该方案利用预编码的探测脉冲信号,采用轮询方式,提高监测系统判决的准确性;给出了系统特性研究的内容,主要包括:信噪比及信干比分析、最优判决概率及判决门限分析、二维码字构造及码字特性分析、用户地理分布及码字分配机制分析。其次,建立了二维光编码PON链路监测系统数学模型,分析了码字部分相干概率,推导出系统性能参数信噪比SNR和信干比SIR的表达式,研究了网络规模及用户数量、用户分离距离、探测脉冲信号不同的参数对系统性能的影响;建立了链路故障最优判决性能理论模型,可以通过选择最优的系统参数,来提高监测系统的监测效率和准确度,选择合适的器件来降低监测系统的成本。接着,提出了一种基于多码长多波长光正交码(Multiple Length Multiple Wavelength Optical Orthogonal Codes,MLMW-OOCs)的 PON 链路监测方案,给出了双码长MLMW-OOCs码字构造方法,通过设计不同码字长度的二维光正交码字,提出一种码字分配算法,将码字相干性较弱的长码字分配给链路长度差异较大的分布光纤链路,反之将码字相干性较强的短码字分配给链路长度相近的光纤链路。同现有的等长二维光编码方案比较,可以获得更短的码字长度和更小的相干距离,提高了系统抗干扰的能力。最后,开发了基于二维光编码的PON链路故障监测性能仿真平台,该平台以完全可视化的用户操作界面,集监测系统参数、系统性能分析和最佳判决性能分析为一体,可以快捷高效的对监测性能进行仿真,通过该仿真平台可以得到优化的系统参数,为监测系统实际应用提供理论依据。