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近年,随着视频点播等多媒体业务以及光接入用户数量的迅速增长,光接入网络的带宽需求急剧提升,标准化组织及运营商等目前正在积极推进下一代大容量长距离光接入网的研究和应用。长距离WDM-TDM PON支持大容量长距离高分支比传输,是下一代光接入网的理想解决方案。它通过归并已部署TDM PON的局端节点提升网络聚合度,并采用波分复用的方式,使得网络容量大幅提升。长距离WDM-TDM PON在系统容量、覆盖范围和支持用户数量上的大幅提升,使得网络故障带来的影响和损失将更加显著,因此保护倒换机制的研究具有重要意义。同时,长距离高分支比的传输导致系统线路损耗增加,采用光放大技术能够有效解决这一问题,而有源的光放大技术将破坏PON的无源特征,这一问题亟待解决。另一方面,采用波分复用机制的系统中,无色ONU技术的应用能够实现ONU的批量生产并且降低系统运行和管理成本,使其成为近年的研究热点。本文对长距离WDM-TDM PON系统保护倒换机制、远端泵浦放大技术和无色ONU实现进行了研究和设计,主要研究内容如下：1.提出了一种基于两级远端节点和双波长路由的长距离WDM-TDM PON弹性保护倒换机制,对OLT至二级远端节点之间ODN故障下高优先级业务实施保护。该保护倒换机制具有良好的鲁棒性,实施该机制的系统可靠性可达到电信级标准,并有效降低ONU单位带宽成本。在波长颗粒度下的仿真结果表明该机制切实可行。2.设计了一种应用于长距离WDM-TDM PON的远端泵浦双向光线路放大方案,对泵浦光源选择等关键点进行了研究分析,开展了35kM远端泵浦放大系统实验验证,实验结果表明所设计远端泵浦放大方案在维持PON无源特征的同时,能够有效实施光线路双向放大。3.对WDM-TDM PON波分复用机制开展了研究分析,依据无色ONU技术实现的不同,对主流WDM-PON系统方案进行了调研和总结并参考FSAN建议,设计了16×10Gbps WDM-PON实验系统方案,对其中无色ONU技术、波长划分及功率预算问题进行了分析。同时对所设计系统进行了仿真研究,仿真结果表明该系统能够满足设计需求,支持大容量长距离的传输,具备可实现性。