光纤到楼(FTTB)、光纤到路边(FTTC)和光纤到户(FTTH)是宽带接入的主要解决手段,“光进铜退”是宽带接入网的重要发展趋势。无源光网络(PON)因为低成本、便于运行维护、大容量和广覆盖、支持多业务和便于升级等特点而成为宽带接入网的主流技术之一,并且被认为是实现FTTx的理想解决方案。因此高速大容量PON作为一种重要的宽带接入技术已经成为当前通信领域的研究热点之一。针对现有PON网络面临的如何经济有效地扩大覆盖范围、增强PON网络安全性和运维便捷性等技术挑战,本论文将扩频编码技术引入PON中,对利用扩频编码技术改善接收机灵敏度、增强PON抗干扰能力、局端定位分支光纤故障位置和有效检测恶意攻击光网络单元(ONU)等方面进行了相关研究,并取得了一定创新性研究成果。本文主要创新性工作如下：(1)建立了电码分多址接入(ECDMA)-PON上行链路理论模型,对ECDMA-PON上行链路中接收机灵敏度和抗干扰能力进行了理论分析和仿真。理论分析和仿真结果表明：(a)扩频编码增益可以改善同步ECDMA-PON接收机灵敏度,当使用扩频码长为N时接收机灵敏度比传统时分复用(TDM)-PON改进了√N倍；(b)扩频编码增益对非同步ECDMA-PON接收机灵敏度的改进程度受到多址干扰的影响,推导出接收机灵敏度的改善与扩频码长、接入用户数和系统同步精度之间关系的解析表达式,当扩频码长度和接入ONU数目固定时,系统同步程度越高,多址干扰越小,接收机灵敏度越良好；(c)扩频编码可以增强ECDMA-PON抗直流干扰和宽带干扰的能力,采用扩频码长度为N时与传统TDM-PON上行相比抗直流干扰能力提升了(?)倍,抗宽带干扰能力提升了N倍。(2)为扩大PON网络覆盖范围及增强其抗干扰能力,提出了一种“下行采用10Gb/sTDM传输、上行采用2.5Gchip/s ECDMA多址接入”的TDM-CDMA PON系统方案,并参与设计实现了相应的实验系统。实验结果表明,采用32位扩频码的上行2.5Gchip/s CDMA PON比2.5Gbps TDM-PON上行接收机灵敏度改进了6dB,抗直流干扰能力提高了6dB,抗宽带干扰能力提高了10dB。(3)为解决目前光时域反射计(OTDR)在局端(OLT端)无法定位分支光纤故障的问题,提出了一种基于OCDMA的局端定位PON分支光纤故障位置的方法,该方法可以使PON网络运维便捷有效。仿真结果表明,采用该方法可以有效的在局端定位传输距离20km、分支比为1：16的PON网络中分支光纤故障,事件区分度保持在分米量级。(4)为解决目前在TDM-PON中无法有效检测出恶意攻击ONU的问题,提出了一种基于相关峰值相位信息的恶意攻击ONU检测机制。仿真结果表明该机制能有效的检测出20km、分支比为1：16的TDM-PON网络中存在的恶意攻击ONU。该机制在ODN中采用分路器、延时器和衰减器等无源器件实现,在保持PON ODN无源所带来的可靠性高、运维成本低、升级性好等优势前提下,提高了PON的安全性。