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为了适应爆炸式增长的宽带业务需求,未来光网络势必需要大容量、高速率、灵活高效的光纤传输系统。近年来,结合了超宽带信号和光纤通信的光载多带正交分频复用超宽带(MB-OFDMUWBoF)技术由于其具有高传输速率、高频谱效率、低能耗、大容量等特点在学术界得到了广泛的关注。本文对直接检测强度调制光载MB-OFDM UWB系统的信道估计优化方法以及基于光频梳技术的波分复用无源光网络(WDM-PON)系统进行研究,主要研究工作如下:1.提出了一种基于训练序列和导频符号的联合信道估计方法,并在64-QAM调制的光载多带超宽带系统中进行了实验验证。发送端的MB-OFDM UWB信号是基于离线方式产生的,通过在发送端同时插入训练序列和导频符号来辅助接收端实现信道估计。基于训练序列和导频符号的联合信道估计方法综合考虑了时间和频率上的信道变化信息。通过分析选取合适的权重因子L,可以获得更加准确的信道频率响应,从而更准确的对信道传输损耗进行补偿。经过50km标准单模光纤传输,与常用基于训练序列信道估计方法和基于导频符号的信道估计方法相比较,联合信道估计方法可以有效地提高信道估计的准确性,提高64-QAM调制的光载多带超宽带通信系统的接收机灵敏度。2.提出了一种高速率、大容量、灵活的基于多带超宽带信号的WDM-PON通信系统,并进行了实验研究。基于一个马赫增德尔调制器产生5路光频梳,承载15个MB-OFDM UWB子频带成功传输50km标准单模光纤。采用自适应调制技术实现了 128/64/32-QAM调制,不同的子频带上调制不同QAM符号,方便MB-OFDMUWB的子频带灵活地为不同数据速率需求的用户提供服务。基于训练序列和导频符号的联合信道估计方法用于实现接收端的有效数据恢复,优化系统误码率性能。去除7%硬判决前向纠错的开销后,单个子频带的最高有效比特速率为2.078Gb/s,最低有效比特速率为1.484Gb/s。当用户需要更高的接入服务时,可以分配两个或三个子频带,最高传输速率可达5.343Gb/s。结合光频梳和多带超宽带技术,WDM-PON系统的系统容量和灵活性都有很大程度的提升,在未来5G通信应用中具有极大的发展潜力。