正交频分复用无源光网络（OFDM-PON）是下一代光接入网（NG-PON）中非常热门的研究领域，它具有高频谱效率、灵活带宽分配、色散容忍度高等特点，能满足NG-PON的大容量、长距离和高分光比的要求。然而，由于OFDM-PON需要大量高速的模数/数模转换器（ADC/DAC）和数字信号处理（DSP）芯片，因此它的能耗比其他光接入网要高，而能耗也正是NG-PON中非常重要的衡量因素。本论文研究了OFDM-PON的若干节能技术方案，提出并设计了新颖的节能OFDM-PON系统结构，主要进行了如下几方面的研究：　　1．基于共享收发机的节能WDM-OFDM-PON系统　　因为OFDM-PON高频谱效率和灵活带宽分配的特性，它在近些年来被世界各地的学者广泛研究。结合波分复用（WDM）技术，OFDM-PON能为接入网用户提供更高的容量。但从能源利用率的角度来看，结合WDM技术的OFDM-PON浪费了许多能耗。因为对于每个ONU用户来说，都需要一个OFDM收发机来为其持续服务。然而大部分时候，终端用户是不需要OFDM收发机满载运行的，因为它所需的流量比较少。针对这一点，我们提出了基于共享收发机的节能WDM-OFDM-PON方案。在光线路终端（OLT），我们用一个 N×M的光开关来控制光路，使得当网络流量较低时，多个ONU能共享一个OFDM收发机，来进行信号的调制解调，从而关闭其他的收发机，达到节能的目的。经实验和仿真计算，我们提出的共享收发机方案能减少OFDM-PON系统OLT端约23.6％的能耗。　　2．基于分层调制码型的节能OFDM-PON技术方案　　在OFDM-PON系统中，由于距离、分光比和接收机灵敏度等因素，每个网络用户单元端（ONU）接收到的信号信噪比（SNR）是不同的。在以往的传输系统中，常常针对每个ONU，为其分配合适阶数的正交幅度调制（QAM）信号，来提升整个系统的容量。在该论文中，我们从无线通信中引入分层调制（Hierarchical Modulation）技术，将不同ONU的数据放在分层调制信号的不同层，从而提高单个OFDM收发机的容量。本论文利用分层调制技术，针对节能OFDM-PON做了以下两方面的工作：　　1）基于分层调制码型的大容量 OFDM-PON系统：在长距离 OFDM-PON中，原来不同距离的ONU会采用不同阶数的QAM码型，而本论文利用分层16QAM信号，将短距离ONU端的数据置于分层16QAM的第二层，长距离ONU端的数据置于分层16QAM的第一层，适当调节两层信号之间的参数，使得两层中的数据都满足它们的误码率（BER）要求。我们在实验中演示了75-km的长距离OFDM-PON，利用分层16QAM调制技术，使OFDM收发机的容量从7.5 Gb/s提高到10 Gb/s。　　2）基于分层调制码型的节能 WDM-OFDM-PON系统：利用分层16QAM调制码型，将传输距离不同的ONU端数据置于其中的第一二层，并通过OLT端的N× M开关控制光路，根据当时网络流量的需求，使多个ONU共享单个OFDM收发机，从而关闭其他的OFDM收发机，达到节能的目的。经实验验证和仿真计算，基于分层16QAM调制码型的WDM-OFDM-PON系统能节省OLT端约43.7%的能耗。　　3．基于时域/频域交织OFDM技术的节能OFDM-PON系统　　1）在OFDM-PON系统中，每个 ONU用户根据自己实时的流量需求占据一部分的OFDM子载波。在解调过程中，每个ONU需要将下行OFDM信号采样，并进行 FFT运算，得到所有 ONU用户的信息，然后从中选出自己所需的数据。这样，每个ONU端ADC芯片的采样率和DSP芯片的计算量都非常大，因此其能耗也比较多。本论文提出一种时域交织（TI）OFDM的技术，在OLT端，将所有发往 ONU的数据分为多个组，分别进行IFFT运算，得到的多个子OFDM信号在时域上交织，生成TI-OFDM信号。在ONU用户端，只需采样并解调用户所在的那个子OFDM信号，就可以得到自己所需的数据。因此，采用TI-OFDM技术，每个ONU端都能够成倍降低其ADC芯片的采样率和DSP芯片的运算量，从而降低ONU端的功耗。我们实验演示了将所有ONU数据分为2组和4组的TI-OFDM信号的产生、传输和解调。经仿真计算，基于TI-OFDM技术的OFDM-PON系统能减少ONU端25%左右的功耗。　　2）在OFDM-PON系统中，随着一天时间的变化，ONU端用户的网络流量也随之变化。许多时候ONU端用户的流量需求非常低，如果这时OFDM收发机仍以满功率的运行，就会影响OFDM-PON系统的能源利用效率。本文提出一种频域交织的OFDM技术，当网络流量降低时，在OFDM子载波上间隔加载数据，而在ONU接收端，就可以取时域数据的前1/m，并进行 FFT运算，即可获得所需数据。利用频域交织OFDM技术，能根据网络流量变化，有效地降低ONU端DSP芯片的运算量，从而减少ONU端的功耗。经实验验证和仿真计算，我们提出的频域交织OFDM技术能节省OFDM-PON中ONU端约14.6%的能耗。　　4．基于距离自适应带宽分配技术的长距离大容量OFDM-PON　　为了节省成本，强度调制和直接检测（IM-DD）对于长距离OFDM-PON来说是十分需要的。近些年来，利用直接调制激光器（DML）或电吸收调制激光器（EML）来作为调制OFDM信号的发射机，被众多研究小组关注。然而，由这些调制激光器产生的信号是双边带信号，在光纤传输中不可避免地会受到色散和啁啾带来的影响。据报道，基于EML的100 km的OFDM系统的可利用带宽才不到4 GHz。　　在本章中，我们提出一种距离自适应带宽分配的方案来提升长距离OFDM-PON系统的容量，从而降低每比特消耗的功耗，提升系统能源利用率。在该方案中，我们先将不同距离用户的信道频率响应测出，由于传输带来的色散影响，各个用户的信道频率响应会不一样。我们将整个信道带宽分为多个频段，通过给用户分配不同频段，使得对某些用户不可用的频段而被另外的用户使用，从而大大提高了系统的带宽利用率和能源利用率。