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5G的时代刚刚来到,随着许多新型应用场景的出现、海量数据的传输以及大规模的接入等情况的出现,5G前传网络作为接入网面临着巨大的挑战,为了满足未来通信发展的需求,必须选择合适的5G前传网络承载方案。5G DU和AAU之间的前传网络要满足高速率、大传输容量、支持大量AAU接入等要求,而波分复用无源光网络(WDM-PON)恰好可以满足5G前传网络的需求。本文采用WDM-PON作为5G前传网络的承载方案,同时结合高阶调制技术和偏振复用技术,提高了系统的传输性能。首先,论文介绍了5G以及前传网络的发展情况,并结合现状列出了4种前传网络承载方案:光纤直驱方案、有源WDM/OTN方案、无源WDM方案、WDM-PON方案。并对四种方案做了详细的分析,得出WDM-PON前传网络方案最具优势,其容量大,速率高,拓扑结构丰富等特性可以满足需求。然后研究了WDM-PON系统中的ONU无色化技术,详细分析了采用FP-LD激光器的ONU无色化技术、采用宽带光源频谱分割的ONU无色化技术、采用再调制的ONU无色化技术这三种方案的技术原理。从成本、性能、发展前景等多方面评估了它们的优劣,最后选定了采用RSOA使ONU无色化的WDM-PON前传方案。其次,重点研究了基于高阶调制技术的WDM-PON前传网络,对PAM-4信号的调制、解调原理、PAM-4信号时域和频域上的特性、PAM-4信号的噪声及其线性度以及PAM-4信号的产生方式等进行了详细研究,并将PAM-4信号应用在WDM-PON前传网络中。PAM-4信号的优势是频谱效率高,于是提出了基于RSOA的50 Gb/s PAM-4WDM-PON前传系统,该系统的优势是可使用低速率光器件实现高速率信号的传输,并详细描述了该系统的特点、工作原理及工作流程。通过仿真软件Optisystem搭建了不对称架构的WDM-PON仿真系统,下行链路采用单波长50Gb/s PAM-4信号、上行链路采用单波长10Gb/s NRZ信号,该不对称架构的WDM-PON前传系统可以更合理的满足前传网络的需求。并分别从PAM-4信号的时钟恢复、色散对传输信能的影响、传输距离对该系统传输信能的影响,发射功率对传输系统的影响、色散补偿方法等多个方面对该系统进行了测试、分析。最后得出上、下行传输系统均能满足5G前传网络的带宽需求,可认为该基于RSOA的50 Gb/s PAM-4 WDM-PON系统可作为前传网络的承载方案。最后,在第三章的基础上,研究了基于偏振复用技术的WDM-PON前传网络。首先对偏振复用技术,偏振光的特性,偏振复用原理以及偏振复用系统相关器件等进行了介绍。偏振复用器件属于无源器件,可以很好的应用在WDM-PON系统中,并将偏振复用技术与50Gb/s PAM-4信号结合,产生了100Gb/s的PDM-PAM4信号。在搭建的基于偏振复用技术的WDM-PON仿真系统中,选择该100Gb/s的PDM-PAM4光信号作为该系统下行传输信号,选择10Gb/s的NRZ光信号作为该系统上行传输信号。在理论基础上,从色散对传输性能的影响、接受光功率对传输性能的影响、传输距离对传输性能的影响等几个方面对系统的传输性能做了研究分析。最后实验结果表明该100Gb/s PDM-PAM4 WDM-PON系统能为前传网络带来更大的带宽,即提升了前传网络的传输性能。