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随着计算机技术的不断发展和社会信息化程度的不断提高,各种宽带业务不断涌现,已经部署的时分复用无源光网络(TDM-PON)将很难满足未来用户对接入服务不断增长的容量需求。波分复用是实现大容量接入的有效手段,因而具有极大容量潜力且易于扩展的密集波分复用无源光网络(DWDM-PON)成为目前接入网技术的研究热点。融合了现有TDM技术的密集波分复用无源光网络(DWDM/TDM-PON)更因其具有接入用户数多、平均用户成本较低等优点,近年受到了国内外众多研究机构与网络运营商的普遍青睐。本论文从降低成本、改善系统性能、优化动态资源调度算法等方面着眼,针对基于密集波分复用的DWDM-PON和DWDM/TDM-PON的部分关键技术展开了研究,所完成的工作分为以下几个方面:1、密集波分复用无源光网络的关键技术研究DWDM-PON的成本问题一直是影响其大规模铺设的主要因素。本论文基于低成本的上行发射机技术提出了两种新型DWDM-PON体系结构,并研究了一种高光纤利用率的互保护机制来提高网络的生存性。为降低上行重调制方案中后向瑞利散射噪声对传输性能的影响,提出了一种基于共享式光源和光纤互联结构的DWDM-PON系统。光线路终端(OLT)通过载波抑制技术(OCS)产生间隔为25 GHz的共享光源,为两个相邻子PON的上下行信号传输提供光源。光网络单元(ONU)采用上行重调制技术。远端节点(RN)中的光纤互联结构将两个子PON连接起来,使馈线光纤中传输的上下行信号分别加载在不同的波长上。该系统具有较好的后向瑞利散射噪声抗性,能以较低的成本升级网络容量。提出了一种基于光频梳和反射式半导体光放大器(RSOA)注入锁定技术的长距离DWDM-PON系统。OLT中的光频梳发生器产生间隔为25 GHz的多波长光信号作为种子光源,分别注入OLT和ONU端部署的RSOA调制下行和上行数据。光频梳信号带宽较窄,能够有效降低RSOA注入锁定的相对强度噪声。该系统结构简单,能够支持多波长80 km的长距离接入。为了提高DWDM-PON的生存性,设计了一种集中式的互保护机制。两个相邻子PON的ONU两两成组,互相为对方提供1:1保护路径。相比于现有的PON网络保护结构,该系统需要的冗余光纤数目极少,具有较高的资源利用率。2、密集波分复用/时分复用无源光网络的关键技术研究DWDM/TDM-PON网络是对现有TDM-PON网络平滑升级的最佳方案之一。通过多波长的TDM共享技术,系统能够接入更多的ONU,从而降低平均用户成本。为了进一步升级网络容量,增加用户数目,本论文从降低波长间隔和提升单波长传输速率两方面对DWDM/TDM-PON技术展开研究。研究了DWDM/TDM-PON系统在不同波长间隔情况下的传输性能。实验结果表明,采用低成本的10 Gb/s非归零码(NRZ)强度调制和直接解调方式,尽管信号质量会受到信道间串扰和非线性效应的影响,系统的波长间隔仍然可以进一步降低到25 GHz。该结果对于保持系统低成本、增加接入波长数目和升级网络容量具有重要的参考意义。为提升单波长传输速率,提出了基于直调激光器的对称100 Gb/s DWDM/TDM系统。系统采用4对波长传输上下行数据,单波长的调制速率为25 Gb/s。OLT和ONU均使用直接调制激光器作为光发射机,在OLT端部署一个光纤延时干涉仪(DI)对上下行光信号进行啁啾管理,抑制了激光器在高速率调制情况下产生的频率啁啾效应对传输性能的影响。该系统具有较充裕的功率预算,能支持大数目的用户接入。3、密集波分复用/时分复用无源光网络的在线资源调度算法研究DWDM/TDM-PON需要在多接入用户之间合理分配波长和带宽资源,高效的资源调度方案是必不可少的。本论文基于在线资源调度算法对动态波长分配型DWDM/TDM-PON系统的性能进行了研究,首次考虑了波长切换延时对上行传输性能的影响,并提出了相应的改进算法。通过仿真,对比了静态波长分配机制和动态波长分配机制的网络性能。仿真结果表明动态波长分配机制具有更好的平均延时和丢包率性能,在网络负载不均的情况下性能优势更加明显。动态波长分配型DWDM/TDM-PON系统需要在ONU中部署可调谐光器件,这将不可避免地带来波长切换延时。本文首次考虑了波长切换延时对网络性能的影响,并对经典的波分复用自适应周期轮询(WDM-IPACT)算法进行了改进和仿真分析。仿真结果表明网络性能会受到波长切换延时的影响而恶化。提出容忍波长切换延时的在线资源调度算法并作出性能分析。提出一种基于在线调度的容忍算法来降低波长切换延时对DWDM/TDM PON性能的影响。OLT根据网络情况为申请上行传输的ONU分配“时间裕量”,使ONU在上行通道空闲前进行波长信道的切换,减小信道的等待时间。仿真结果表明,该方案可以有效降低甚至消除波长切换延时对网络性能的影响。