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伴随着高速互联网、4K电视、云计算等宽带应用的不断涌现,用户对光接入带宽需求持续增加。如何提升光接入网的系统容量以及传输距离已成为当前状况下必须解决的关键问题。下一代高速PON技术的研究已经成为当前学术界最为热门的话题。40G TDM-PON在单波长上将下行速率提升到40Gbps,是NG-PON2的重要技术之一。本论文围绕国家863计划课题“光接入网络演进技术研究与示范”中40G相干PON实验系统OLT电路设计与实现而展开研究开发,具体开展的研究开发工作总结如下：1、完成了40G相干PON OLT电路板核心功能的方案设计和实现。主要包括：(1)参与了40G相干PON系统时钟同步方案的设计,完成了OLT电路板时钟方案的设计与实现。(2)完成了OLT电路板电源方案的设计与实现,包括多级电源的分配、电源滤波设计以及电路板的接地设计。(3)完成了使用FPGA实现的OLT配置与监控功能方案设计与实现,包括需求分析、芯片选型、子模块设计,实测结果表明所设计的配置与监控模块可正确完成对OLT板上交换芯片等关键芯片配置和状态监控功能。2、完成了40G相干PON OLT的单板调试和系统联调测试方案的设计,并根据测试方案完成了测试。测试结果表明40G相干PON系统的各项指标均满足设计要求：可达到1：64分支比,40km的覆盖范围；上行线路速率为10.3125Gbps,下行线路速率为44.583Gbps;上行吞吐量为8.4Gbps,下行吞吐量为37.2Gbps;下行接收机灵敏度优于-34.5dBm,上行接收机灵敏度优于-21.4dBm。3、面向“1：16分支比、传输距离20km”的PON应用场景,为降低40G TDM-PON系统实现成本,提出了一种发射端采用基于三电平幅度调制双二进制的CAP-4调制、接收端采用直接检测的调制解调方案。该方案在发射端使用光强度调制、接收端采用直接检测,仅使用电滤波器、EA调制器和光电二极管即可实现；与PM-DQPSK调制、相干接收的调制解调方案对发射激光器、接收本振激光器、光混频器、平衡接收机等器件的高性能要求相比可有效降低成本和实现复杂度。仿真结果表明该调制解调方案在40Gbps线路速率下可达到33kmm的色散限制最大距离,较传统OOK调制-直接检测系统的10kmm色散限制最大距离大幅提高了传输距离；灵敏度可达到-15.2dBm,光链路功率预算为22.2dB。该调制解调方案适用于分支比1：16,传输距离25km的40G TDM-PON系统下行传输。