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随着信息社会的不断发展,数据业务的种类日益丰富,端到端诸如IPTV、视频点播、高清电视等多媒体数据业务的流行,使得IP数据流量快速增长,网络带宽亟需提高。接入网作为通向用户的“最后一公里”,对整个网络的性能起着至关重要的作用,而现阶段不断增长的用户数据流量也必然对接入网带宽,容量提出了更高的要求,因此有必要对下一代大容量高速率的接入网进行研究。波分复用无源光网络(WDM PON)以其超大容量、广覆盖、支持透明传输、兼容性好等优势被认为是下一代宽带接入网的最优解决方案之一,近年来受到了广泛的关注与深入的研究。单波长40Gb/s WDM PON系统是当前的研究重点之一。本论文主要对40Gb/s/λ WDM PON系统中的高频谱效率调制方案、无色ONU技术及并行接收技术展开了研究,主要研究内容如下:1.分析比较了 40Gb/s WDM PON系统上下行传输方案,针对上下行传输的不同特点,从性能、复杂度及成本等方面对相干PM-DQPSK,4PAM,三电平幅度调制双二进制,DQPSK等调制格式进行了对比,提出了基于可调谐激光器的DQPSK上行传输方案与OLT下发上行光载波三电平幅度调制双二进制的上行传输方案,并进行了仿真分析。分析与仿真结果表明,相干接收较非相干接收具有明显接收机灵敏度优势,幅度调制较相位调制格式眼图恶化明显,而相位调制格式如PM-DQPSK电域均衡算法成熟,可较好补偿光纤信道损伤。对于中长距离PON,采用下行PM-DQPSK相干接收,上行DQPSK调制的传输方案较为符合系统性能与成本上的要求。2.对可调谐激光器的自适应波长调谐方法进行了研究,提出了一种基于上行光反射的自适应波长调谐方法,并基于可调谐激光器对波长偏移通道重用WDMPON系统进行了设计,提高了系统的传输容量。通过搭建实验平台,对基于上行光反射的自适应波长调谐方法进行了验证,并对采用该调谐方法的波长偏移通道重用WDM PON系统上下行传输性能进行了实验测试。实验结果验证了该自适应波长调谐方法的有效性,系统灵敏度测试结果表明通过上下行波长偏移,能.较好的消除系统所受上行光反射噪声与后向瑞利散射的影响。3.为实现40Gb/s WDM PON系统的时钟同步,本文对接收机时钟同步算法进行了研究,分析发现通过对Gardner算法进行改进可实现适用于多调制格式的时钟同步,课题利用该算法对三电平幅度调制双二进制时钟同步进行了仿真验证。为降低接收机电子器件成本,对并行时钟同步算法进行了研究,通过串并转换降低了接收机对电子器件处理速率要求,从而降低了系统成本。