光通信与无线通信的融合是未来通信的发展方向。在未来的无线宽带接入以及4G移动通信系统中,OFDM技术已经被确定为核心技术。将OFDM技术引入到光传送网中具有独特的优势：1)通过把高速率的数据流转换成多个低速数据流,使得每个子信道上的数据符号持续时间相对增加,这样既实现了高速的数据传输,又有效减少了由光纤非线性、色散导致的时延所带来的符号间干扰(ISI)。2)由于OFDM各个子载波之间存在正交性,OFDM系统可以最大限度地利用频谱资源。3)由于各个子信道中的正交调制和解调可以通过采用IFFT和FFT来实现,随着DSP技术的发展,运算实现容易,计算复杂度较低。4)OFDM系统可以维持发送符号周期远远大于时延,因而不需要复杂的信道均衡。5)OFDM具有很强的抗干扰能力、很高的频谱利用率以及低的建网与维护成本。6)OFDM适用于高速率宽带通信系统,且不需要反馈信道,只需在接收端进行均衡与同步,简化了数字信号处理。PON当前已成为解决光网络瓶颈的主要方案。TDM-PON当前应用较多,但是它的上行链路的分时传送需要应用动态带宽分配算法(DBA)。 WDM-PON因为具有高传送容量、单一用户高带宽的特点而在近期得到较大发展,但高代价限制了它的应用。下一代光接入网要求同时给多个用户传送多类业务,并要求新的鲁棒性和高效调制技术。OFDMA-PON以动态方式分配各子载波给多个用户,它可以同时对时域和频域资源进行分割。与WDM-PON相比,它只需一个光接收机,而且在上行方向不需要进行WDM复用,同时它可以在各ONU之间动态地分配波长,增减ONU也不需要重新配置硬件。与TDM-PON相比,OFDMA-PON利用了多个波长传送,具有更大容量和更远的传输距离。因此,其优势在于：1)在处理带宽资源共享与隔离时具有独特的灵活性,带宽可以以不同模式在不同的应用中进一步被共享。各ONU可以以不同的数据速率共享同一个子信道；2)带宽效率得到了改进。例如10Gb/s可以通过4bit/s/Hz、16QAM调制和3.5GHz带宽实现；3)可以实现业务透明传送和独立协议。子载波的子集可以以不同的QoS要求同时支持数字和模拟信号。本论文针对光OFDM技术与PON结合的关键问题进行研究。第一章简要叙述了OFDM和光接入网技术的背景与发展。第二章描述了基于DSP的、直接上变频的相干光OFDM系统框图设计,并阐述了光OFDM系统中的信号流程及公式推导。对现有文献中融合OFDM技术的各种PON进行了分析讨论。同时也针对结合极化复用、ONU无光源、最小移位键控(MSK)等技术进行了分析。第三章先介绍了前期光接入网研究中,参与完成的基于异构8B10B编码和WDM的多P2P并联架构FTTH系统设计与实现技术研究,接着介绍了独立设计的基于分光器单向环网的终端节点自动保护机制。第四章研究了光OFDM系统优化设计的思路和子载波数NSC的优化选择。第五章对OFDMA-PON与其它PON技术进行了性能比较,探讨了系统设计方法和网络拓扑研究,并重点设计了基于ONU问单纤桥接对、双纤桥接对、单纤桥接环这3种适用于OFDMA-PON的分支光缆(DF)故障保护机制。论文的主要创新完成了以下创新性工作：1、提出一种基于分光器单向环网的终端节点自动保护机制,设计了保护结构、保护规则和保护切换流程,并分析了不同场景下的生存性。该机制保护了数据完整性,并明显地提高了网络的生存性和连接可用性。相关研究工作并已发表在European Transactions on Telecommunications(ETT)杂志上(SCI已检索)。2、首次就光OFDM系统中子载波数的最优化选取进行了探讨,探讨了保护间隔、数据吞吐量、峰均功率比、运算复杂度、频带效率、抽样可实现性等多个限制条件对子载波数的影响。3、提出并研究了OFDMA-PON中保护问题,设计了基于ONU间单纤桥接对、双纤桥接对、单纤桥接环3种适用于OFDMA-PON的分布光纤(DF)故障保护机制,并以线路保护尤其是DF保护为重点进行了分析。4、设计并实现了一种点到点(P2P)型FTTH系统的设计与开发。光线路终端(OLT)和光网络单元(ONU)使用“语音数据汇聚／分离器”芯片,把语音信号复用成时分复用(TDM)信号E1(2.048Mb/s)后,再通过基于私有协议的8B10B编码汇聚在百兆以太网信号上即成为可进行时钟恢复和数据再生(CDR)的125Mb/s信号。采用了媒质转换器(MC)方式。将有线电视和CDR信号经波分复用(WDM)技术单纤双向传输。1部OLT可接入8路光网络单元(ONU),1个ONU可提供100Mb/s以太网、视频和4个E1接口。集中式网管系统可对全部ONU和OLT的机盘进行查询告警、实时监控和管理,实现了G.985中简单规范而传统光以太网不具备的OAM功能。