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随着各种数据业务尤其是视频类业务的普及,人们对接入网容量的需求日益增加,40/100Gbps传输速率100km接入距离系统成为下一代无源光网络(PON)重要发展趋势。正交频分复用(OFDM) PON系统具有抗色散能力强、频谱效率高、带宽分配灵活和扩展性强等特点,因此成为下一代PON研究热点之一。相比相干光检测,直接检测OFDM-PON系统具有成本低廉的优势。然而,直接检测OFDM-PON仍存在一些物理层关键问题有待解决。强度调制直接检测OFDM-PON系统性能受限于色散和调制器啁啾共同导致的功率衰落以及子载波与子载波混合拍频干扰(SSII)损伤,线性场调制直接检测OFDM-PON系统性能受限于子载波与子载波拍频干扰(SSBI)损伤,所以寻找合适的方案或算法以抑制功率衰落、SSII和SSBI是当前亟待解决的难题；此外,如何低成本地提高强度调制和线性场调制直接检测OFDM-PON系统的频谱效率,同样是当前亟待解决的问题。围绕上述技术难题,本论文展开了相关研究,主要研究工作和创新点如下：1、针对强度调制直接检测OFDM-PON系统中色散所导致的功率衰落问题,本文分析了功率衰落产生原因,提出一种采用光纤布拉格光栅(FBG)实现残留边带(VSB)的强度调制直接检测OFDM-PON下行传输方案,以抑制功率衰落提高系统传输距离。VSB滤波能够破坏双边带光谱的对称性从而抑制功率衰落、提高系统可用信道带宽,而OFDM信号经过VSB滤波和色散信道后引入的幅度和相位失真通过频域均衡器补偿。16QAM调制、100km离线传输实验结果表明,采用所提方案系统信道带宽从6GHz提升到10GHz。2、虽然强度调制直接检测OFDM-PON系统通过残留边带调制可有效抑制功率衰落,但此时系统性能受限于VSB、色散和平方率检测共同导致的SSII。本文分析了SSII形成原因和其受色散、调制器啁啾、光残留边带滤波器等因素的影响,提出一种VSB-IMDD OFDM系统中基于接收端迭代的SSII损伤抑制算法,以同时抑制色散致功率衰落和SSII。为了进一步降低OFDM-PON下行接收端算法复杂度,进一步提出一种基于发送端符号预畸变的SSII抑制算法。接收端迭代SSII抑制算法对色散和VSB滤波共同导致的SSII进行估计,SSII估计值与接收端含有SSII的信号做差从而抑制SSII。发送端符号预畸变SSII抑制算法通过对色散和VSB滤波共同导致的SSII进行估计,畸变符号映射值从而抑制SSII。符号预畸变算法抑制SSII的同时降低了接收端算法的复杂度,较为适合OFDM-PON下行传输。40Gbps速率、16QAM调制、100km离线传输实验结果表明,接收端迭代SSII抑制算法可使接收机灵敏度改进2.4dB;发送端符号预畸变SSII抑制算法可改进2.2dB。3、为了进一步抑制线性场调制直接检测OFDM系统中SSBI,本文建立了基于Volterra级数的线性场调制直接检测OFDM系统模型,提出一种基于二阶Volterra频域滤波器的SSBI抑制方案,综合对比分析了Volterra滤波器、接收端迭代SSBI损伤抑制算法和发送端符号预畸变SSBI抑制算法的性能。本文通过基于Volterra级数的线性场调制直接检测OFDM系统模型,得到Volterra频域滤波器的抽头系数,采用二阶Volterra前向和后向滤波器抑制SSBI。40Gbps速率、16QAM调制、100km传输仿真结果表明,二阶Volterra前向和后向滤波器分别可使接收机灵敏度改进5.7dB和5.9dB。4、针对数字域产生射频载波(D-RF-tone)辅助虚拟单边带(VSSB) OFDM调制中数模转换器后信噪比较低、高频RF-tone镜像干扰严重和受到SSBI损伤的问题,本文提出一种基于模拟域产生射频载波(A-RF-tone)辅助和符号预畸变SSBI抑制的VSSB直接检测OFDM-PON下行传输方案。该方案通过电耦合器将A-RF-tone与OFDM基带信号耦合从而产生VSSB-OFDM信号,符号预畸变算法有效抑制了系统SSBI损伤。40Gbps速率、16QAM调制、100km离线传输实验结果表明,相比传统D-RF-tone辅助VSSB直接检测OFDM方案,所提方案光I/Q调制器前信噪比提高8dB,高频RF-tone镜像干扰可有效抑制,接收机灵敏度改进2.9dB。