随着高清视频、远程会议、虚拟现实/增强现实等新型宽带业务的快速发展,网络的流量呈现爆发式增长,且业务的服务质量需求越发多样。光接入网作为用户高速接入网络的主要技术之一,是当前及未来通信网络系统的重要构成部分。但是,面向未来高带宽、大容量、可重构、易调度、高能效等的接入需求,现有光接入网尚存在以下四方面不足:一是网络架构封闭,可扩展性差,难以适应多业务融合接入的需求;二是网络资源有效管理与调度困难,资源利用率低;三是网络多样化业务的服务同质化,无法保障差异化的时延需求;四是短距离高速相干光传输系统结构复杂,不利于未来光接入网的发展。针对上述问题,本文创新设计了面向多业务融合的光接入网解决方案,研究突破了若干关键技术。主要研究和创新工作如下:1、针对目前光接入网架构封闭,可扩展性差,无法有效适应多业务融合接入的需求这一问题,本文创新性设计了一种面向多业务融合的环树形软件定义弹性光接入网结构。该结构通过采用软件定义网络技术、网络功能虚拟化、光线路终端资源池化技术、灵活光分配网技术和灵活光收发技术等,实现了全网的集中控制、带宽资源及硬件资源的共享以及网络资源的动态分配与灵活调度。同时,针对网络可靠性和节能需求,分别设计了网络生存性保障机制和网络节能机制。2、针对目前光接入网网络资源有效管理与调度困难,资源利用率低,缺乏适用于未来光接入网的波长、子载波、调制格式和时隙等多维资源动态调度和灵活分配这一问题,本文提出了一种基于软件定义弹性光接入网结构的公平性感知联合多维资源分配算法,实现网络总吞吐量和用户满足率的提升。该算法通过波长重定向、波长间负载均衡以及子载波分配依次进行的方式,将复杂的多维资源动态分配问题简化为三个简单的一维资源分配问题,极大的降低了多维资源分配算法的复杂度。仿真结果表明,在网络流量高峰期,所提算法与动态子载波分配算法相比,在网络吞吐量及用户带宽满意度方面有约30%的提升。同时,所提算法的带宽分配公平性指数也相较其他算法有大约10%的提高。3、针对目前光接入网多样化业务的差异化时延保障需求问题,本文提出了一种基于云边协同计算的高效资源管理方案。该方案综合评估网络资源与业务端到端时延两方面因素,通过给每一个业务创建具有相应网络资源的独立网络切片以满足不同类型业务的时延需求。此外,在边缘计算节点设置触发阈值,在满足业务时延需求的情况下最大程度上利用边缘计算资源,进而降低移动前传网带宽压力、提高网络资源利用率。仿真结果表明,所提方案极大的降低了各业务类型的平均端到端时延,超可靠低延迟通信(ultra Reliable and Low Latency Communications,uRLLC)业务平均端到端时延稳定在2ms,相较于传统的基准方案,最高实现了 15%的网络吞吐量提升。同时,随着边缘计算服务器触发阈值的减小,uRLLC业务端到端时延增加,增强型移动宽带业务、大规模机器类通信业务端到端时延减少。4、针对目前短距离相干光接入网传输系统结构复杂这一问题,本文提出了一种结构简化的基于单偏振强度调制发射和外差相干检测短距离光传输方案。所提方案在收发端分别采用结构简单的强度调制器与3dB耦合器取代高复杂的同相正交调制器与90°混频器。同时,所提方案由于没有相位恢复的需求,降低了接收端数字信号处理技术复杂度。仿真结果表明,50Gbps PAM4理想系统在前向纠错(Forward Error Correction,FEC)门限(3.8e-3)下的接收机灵敏度为-28.1dBm。同时,搭建了离线实验平台以验证所提方案的可行性和有效性。进一步的,本文在上述方案的基础上,与基于单偏振强度调制发射和零差相干检测的短距离光传输方案进行了对比分析。结果表明,在带宽受限系统中,FEC门限下零差相干检测方案与外差相干检测方案的接收机灵敏度分别为-28dBm和-25.8dBm。