1.1?OFDM
1.1.1?OFDM背景
OFDM(正交頻分復用)的概念於20世紀50～60年代提出，1970年OFDM的專利被發表，其基本思想通過采用允許子信道頻譜重疊，但相互間又不影響的頻分復用（FDM）方法來並行傳送數據。該技術由於其頻譜利用率高、抗多徑幹擾等特點，在國際上受到了廣泛的關註。1971年Weinstein和Ebert提出了使用離散傅立葉變換實現OFDM系統中的全部調制和解調功能的建議，簡化了系統的調制解調，為實現OFDM的全數字化方案作了理論上的準備。80年代以後，OFDM的調制技術再壹次成為研究熱點。如在有線信道的研究中，Hirosaki於1981年用離散傅裏葉變換（DFT）完成的OFDM調制技術，試驗成功了16QAM多路並行傳送19.2kbit/s的電話線MODEM。
隨著技術的成熟和成本的下降，OFDM已被廣泛的應於地面數字音視頻廣播（DAB、DVB-T）、非對稱的數據用戶環路(asymmetric?DSL)、而且已經成為無線局域網標準(如IEEE802.11a/g?/n,WiFi)和3G標準（WiMAX)的壹部分並且很多專家都預計在4G標準中OFDM將是核心技術。
近年來，隨著光通信系統向長距離大容量方向發展，很多科研機構和大學開始把目光轉向相幹光通信系統。由於相幹光探測技術有著很高的探測靈敏度，系統有很長的傳輸距離。而且相幹光通信系統在理論上可以對很多線性失真都可以完全補償。加上OFDM技術自有的高頻譜效率和抗色散特性，於是有人提出了把正交頻分復用技術應用於相幹探測的光通信系統。國際上有許多研究機構和大學紛紛展開了對光OFDM技術的研究。光正交頻分復用在國際上已成為光通信的研究熱點。國外的主要研究小組有美國的University?of?Arizona、英國的Bangor?University、朗訊－貝爾實驗室、日本的KDDI實驗室、澳大利亞的University?of?Monas等，這些研究組對OOFDM系統進行了探索研究，包括OOFDM中的非線性問題、性能評價、頻譜效率等方面。國內有電子科技大學、吉林大學等單位對多模光纖下OOFDM的實現進行了仿真研究。
1.1.2?OFDM的基本思想
正交頻分復用(OFDM)技術實際上是壹種特殊的多載波傳輸技術，它既可以看作壹種調制技術，也可以看作壹種復用技術。OFDM與傳統的頻分復用（FDM）基本原理類似，即把高速的數據流通過串並變換分配到速率相對較低的若幹個頻率子信道中進行傳輸。不同的是，OFDM技術更好地利用了控制方法，使得頻譜利用率有所提高。OFDM技術的最大特點是各副載波相互正交。
OFDM載波的正交性
OFDM的這種結構並不完全同於以前說的頻分復用，頻分復用是用不同頻率來傳輸信號，各個被調制的子載波的頻譜不能重合，各個子載波間要加入保護間隔，這樣在接收端才能正確解調。
而OFDM技術中，利用了各個子載波間的正交性，各個已調制的子載波的頻譜重疊在壹起，當然中間沒有加入保護頻帶。利用這種正交性，盡管頻譜重疊，但仍能在接收端解調出原信號。子載波間的正交性可以通過時域和頻域兩方面進行討論。從時域來看，每個子載波在壹個OFDM符號周期內都包含整數倍個周期，而且各個相鄰的子載波之間相差壹個周期。從頻域來看，就是在OFDM信號中各子載波的頻譜圖中，在每個子載波頻率的最大值處，所有其他子信道的頻譜值恰好為0。因為在對OFDM符號進行解調的過程中，需要計算這些點上所對應的每個子載波頻率的最大值，所以可以從多個相互重疊的子信道符號中提取每個子信道的符號，而不會受到其他子信道的幹擾。
1.1.3?OFDM系統的優缺點分析
OFDM的優點
（1）?將高速數據流串並轉換使子載波的數據符號持續長度相對增加，從而有效的減小符號間幹擾，進而減小均衡的復雜度；
（2）?由於各子載波之間相互正交，允許子信道的頻譜相互重疊，因而相對常規的頻分復用系統有非常高的頻譜利用率；
（3）?各子信道的正交調制和解調可以分別用IDFT和DFT來實現，在子載波數很多的系統中，可以用IFFT和FFT來實現；
（4）?通過使用不同數量的子信道來實現上行和下行鏈路中不同的傳輸速率，從而實現業務的非對稱性傳輸；
（5）?易於和其他多種接入方法結合使用。?
OFDM的缺點
（1）?易受頻率偏差的影響；
（2）?較高的峰值平均功率比。
1.1.4?OFDM系統的關鍵技術
（1）?時域同步和頻域同步
OFDM系統對定時和頻率偏移敏感，特別是在實際應用中與FDMA、TDMA和CDMA等多址方式結合使用時，時域和頻率同步顯得尤為重要。
（2）?信道估計
在OFDM系統中，信道估計器的設計主要有兩個問題：壹是導頻信息的選擇，二是復雜度較低的和導頻跟蹤能力較好的信道估計器的設計。在實際設計中，導頻信息的選擇和最佳估計器的設計通常又是相互關聯的，因為估計器的性能與導頻信息的傳輸方式有關。
（3）?信道編碼與交織
為了提高數字通信系統的性能，信道編碼和交織是普遍采用的方法。對於衰落信道中的隨機錯誤，可以采用信道編碼；對於衰落信道中的突發錯誤，可以采用交織技術。實際應用中，通常同時采用信道編碼和交織，進壹步改善整個系統的性能。
（4）?降低峰值平均功率比
由於OFDM信號在時域上表現為N個正交子載波信號的疊加，當這N個信號恰好均以峰值出現時，OFDM信號也將產生最大峰值，該峰值功率是平均功率的N倍。盡管峰值功率出現的概率較低，但是為了不失真的傳輸這些高PAPR的OFDM信號，發送端對高功率放大器的線性要求也很高，從而導致了發送效率極低，接收端對前端放大器以及A/D變換器的線性度要求也很高。因此，高的PAPR使得OFDM系統的性能大大下降甚至直接影響實際應用。為了解決這壹問題，人們提出了基於信號畸變技術、信號擾碼技術和基於信號空間擴展等降低OFDM系統的PAPR的方法。
（5）?均衡
在壹般的衰落環境下，OFDM系統中均衡不是有效改善系統性能的方法，因為均衡的實質是補償多徑信道引起的碼間幹擾，而OFDM技術本身已經利用了多徑信道的分集特性，所以就沒有必要再做均衡了。在高度散射的信道中，信道記憶長度很長，循環前綴CP的長度必須很長，才能使ISI盡量不出現。但是，CP長度過長必然導致能量的大量損失，尤其對子載波個數不是很大的系統。這時，可以考慮加均衡器以使CP的長度適當減小，即通過增加系統的復雜性來換取系統頻帶利用率的提高。
1.2．OOFDM
1.2.1?OOFDM的基本思想
光正交頻分復用（Optical?Orthogonal?Frequency?Division?Multiplexing，OOFDM）技術的主要思想就是在頻域內將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用壹個子載波進行調制，各子載波並行傳輸。由於色散容限的平方與光纖帶寬成反比，信道帶寬越小，色散容限就越大，能夠容忍色散的能力就強，OOFDM技術將光纖頻帶分成許多相互正交的子頻帶，這些子頻帶作為傳輸信息的子信道，從而使色散容限變高。應用OOFDM技術可以做到無色散補償的高速光纖傳輸，同時對光放大器的要求又有所降低，既可以大量節省器件費用又能保證傳輸品質。
在OOFDM系統中，接收側可以采用相幹檢測或直接檢測，直接檢測相對相幹檢測，實現簡單，較容易實現色散補償，其簡單的結構更易使得OOFDM系統升級到100Gb/s。所以基於直接檢測的OOFDM系統（DD-OOFDM（Direct-Detection?OOFDM））具有壹定的發展潛力。
1.2.2?OOFDM的基本原理
OOFDM的基本原理和OFDM相似，唯壹的區別就是將信號由電域的無線信道傳輸變為光域上的光纖信道傳輸，原理圖如下：
用戶數據首先通過串並轉換變成N路，N為OFDM系統中子載波的個數。這些數據對各自的子載波進行調制，調制方式可以相同或不同。然後，多路信號通過IFFT實現OFDM調制，OFDM調制後的多路信號再通過壹個並串轉換和壹個數字模擬轉換，變成直接調制（內調制）激光器的調制電流信號。在接收端，經過光纖信道傳輸的光OFDM信號，首先經過光電轉換成電信號，模擬數字轉換以後經串並轉換進入FFT完成OFDM解調，恢復出每個子載波的調制信號，之後再經過相應的解調恢復出發送的數據。最後通過壹個並串轉換後恢復發端傳來的數據流。
二.PON
2.1?PON簡介
根據OLT（光線路終端）到各ONU（光網絡單元）之間是否存在有源設備可以將光接入網分為PON（無源光網絡）和AON（有源光網絡）。PON(無源光網絡)是指ODN(光配線網)中不含有任何電子器件，ODN全部由光分路器(Splitter)等無源器件組成，不需要貴重的有源電子設備。?
PON網絡的突出優點是消除了戶外的有源設備，所有的信號處理功能均在交換機和用戶宅內設備完成。而且這種接入方式的前期投資小，大部分資金可以等到用戶真正接入時才投入。它的傳輸距離比有源光纖接入系統的短，覆蓋的範圍較小，但它造價低，無需另設機房，維護容易。因此這種結構可以經濟地為居家用戶服務。?
PON的復雜性在於信號處理技術。在下行方向上，交換機發出的信號是按廣播式發給所有的用戶。在上行方向上，各ONU必須采用某種多址接入協議，如TDMA(Time?Division?Multiple?Access)協議，才能完成***享傳輸通道信息訪問
PON的基本組成包括OLT（光線路終端）、ODN（光分配網絡）、ONU（光網絡單元），其中OLT具有與交換機接口的功能，完成下行電到光、上行光到電的轉換，以及分配和控制各信道的連接，對各個光電接口實施監控、提供操作、維護及管理功能；ODN的功能是在OLT和ONU之間建立光傳輸通道，完成光信號功率分配、波長復用等，完全由光纖無源器件組成；ONU提供與ODN之間的光接口，實現用戶側的接口功能。PON的基本結構圖如下：
PON的網絡結構示意圖