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正交频分复用技术可以将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,并且可以有效减少码间干扰和符号间干扰,已经成为新一代接入网的核心技术。与传统的TDM-PON或者WDM-PON相比,OFDM-PON最大的特点就是将原本在光学领域处理的信号转换成在电子学领域来处理,可以在电子领域对动态带宽分配、传输损耗补偿和多服务接入进行处理。由于使用了DSP处理技术,因此可以在OFDM-PON中使用成熟稳定的低速率光学器件,从而降低了光通信系统的复杂度和器件成本。本论文在国家“十一五”“863”计划项目基础上,围绕基于OFDM的无源光网络关键技术进行了深入的分析研究和技术创新。论文主要内容如下：(1)综合分析比较了下一代无源光网络结构和关键技术,并指出无源光网络技术的发展趋势。介绍了光OFDM技术在国内外的研究状况及发展趋势。(2)介绍了OFDM技术的理论基础,总结并分析了光OFDM系统中的几个关键问题。详细介绍了光通信中OFDM系统的信号处理技术,研究了OFDM系统的前向纠错技术,并重点分析了LDPC编码的原理,为研究OFDM-PON奠定了理论基础。(3)对光OFDM系统中的调制格式进行了理论研究,并对DQPSK和QAM进行了详细的探讨,通过仿真分析了信号的波形图。研究了OFDM-PON中比较常用的几种光调制器,包括马赫泽德光调制器、基于SOA的光调制器和电吸收调制器。(4)在分析比较了现有WDM-PON架构和光源方案的基础上,提出了一种下行速率为10 Gb/s、上行速率为2.5G b/s的OFDM-WDM-PON结构,并分析了该系统在不同参数下的性能。提出了一种基于OFDM的长距离WDM-PON网络架构,对上下行速率为4 Gb/s的LR-PON系统进行了仿真分析,仿真结果表明OFDM信号非常适合在长距离的WDM-PON中传输。对EAM/RSOA/FP-LD三种无色ONU方案进行仿真分析,其中RSOA和FP-LD可以较好的抑制下行OFDM信号。(5)研究了相干光OFDM系统的基本原理和信道模型,深入研究了发射机设计中的一些关键问题。仿真研究了相干光OFDM-PON系统光发射机偏置,分析结果表明当偏置点设置在零点时,OFDM发射机有最少的Q值代价和最小的附加调制插入损耗。将无线OFDM系统所使用的载波频偏和相位噪声补偿算法引入到CO-OFDM系统中,仿真结果表明上述算法能有效的补偿由激光器所引入的载波频偏和相位噪声问题,可以有效改善系统性能。