随着高宽带业务尤其是视频类业务的高速发展,目前商用的以太网无源光网络(EPON)和吉比特无源光网络(GPON)已经难以满足用户对接入网大容量和广覆盖的需求。而以正交频分复用(OFDM)为核心的OFDM PON因其频谱利用率高、抗色散性能好以及子载波可以自由灵活分配等特点成为了下一代PON(NGPON)可选的重要方案之一。与相干检测相比,采用强度调制(IM)、直接检测(DD)的OFDM PON减小了器件及算法的复杂度,满足了接入网对低成本的要求,成为当前研究热点之一。然而近年来关于直接检测OFDM PON的研究大量集中在下行方向。事实上随着网络直播、视频监控等业务的发展,用户对接入网上行传输性能的要求不断提高,研究大容量广覆盖OFDM PON上行传输技术十分必要。本文针对直接检测OFDM PON上行传输中提升系统容量、兼容已有TDMAPON、抑制功率峰均比(PAPR)等关键问题进行研究,主要研究设计工作如下。1.针对上行多址接入中信噪比不同的ONU信道传输相同调制格式的信号会造成系统容量浪费的问题,本文设计了一种基于分层调制实现系统容量提升的上行方案。阐述了分层调制的基本原理,在上行IMDD OFDM PON场景下对分层信号的发送、传输、接收进行建模分析,讨论了分层功率比、激光器线宽致相位噪声对分层调制信号的影响,并在接收端使用基于导频辅助、判决反馈的迭代检测进行损伤抑制。分层8QAM调制的15Gbps IMDD OFDM PON上行系统仿真结果表明,在相同子载波上传输两个信噪比差为6dB的ONU的信息,当分层功率比为2时,系统容量相比传统的OFDMA PON提升了约15.3%。2.针对OFDM系统中过高PAPR导致功放利用率低、对数模/模数转换器(DAC/ADC)线性度要求高、激发光纤非线性效应等问题,本文采用了非对称限幅法来降低基于分层调制的上行IMDD OFDM PON系统中的PAPR,并通过频域滤波抑制限幅噪声带来的带外频谱弥散,经过多次限幅后可以有效降低系统的PAPR,提升系统的传输性能。基于分层调制的上行IMDD OFDM PON系统仿真结果表明,分层功率比为2、子载波数选取128时,采用2次非对称限幅法可以将系统PAPR降低约2.8dB。3.针对强度调制直接检测OFDM PON系统中色散导致的功率衰落,本文设计了一种基于Volterra滤波器抑制非线性损伤和低成本DML的大容量、高分支比IMDD OFDMPON系统方案。通过建模分析了色散致功率衰落的成因和增大发端光功率激发光纤SPM效应使功率衰落谷点向高频处移动的原理,采用了时域Volterra滤波器抑制因平方律检测、调制器啁啾等引起的拍频干扰以及光纤非线性损伤。20Gbps速率、16QAM调制、60Km离线传输实验结果表明,通过EDFA作功放增大发射光功率后,接收端5G Baud OFDM信号的频谱在5GHz处功率衰落趋势减轻了 3dB,采用时域Volterra滤波器均衡系统多种非线性损伤后,系统接收机灵敏度可达-7.2dBm。