光正交频分复用（O-OFDM）技术具有高频率效率、极强的色度色散（CD）和偏振模色散（PMD）容忍性、卓越的高阶调制扩展能力等优势。基于O-OFDM技术的正交频分复用无源光网络（OFDM-PON）由于良好的继承了 O-OFDM技术的优点,同时可以灵活地为用户提供各种的业务且实现成本较低,已成为了下一代光接入网高速率（40或100Gb/s）研究阶段NG-PON2的重要备选方案。本文主要分析和研究了 OFDM-PON系统中的相干检测技术以及可重构波长转换技术面临的问题,提出了相应的设计和解决方案,并进行了详细的理论分析,计算机仿真模拟和硬件平台实验验证。主要创新工作内容概括如下:1.提出了一种使用下变频结构和导频辅助联合盲相位搜寻（PA-PBS）算法抑制相位噪声的外差相干检测方案。该方案使用两根邻近梳状谱,经过相同的光纤信道作为相干检测的本振光和信号光,利用外差检测后的射频载波相关信息,来实现射频信号下变频,同时补偿相位噪声,并放大基带OFDM信号。同时,提出了一种PA-BPS算法,进一步消除剩余噪声。实验验证了方案的可行性并表明:该方案可以使10Gb/s的16QAM-OFDM信号接收灵敏度达到-27dBm;通过与相同光纤信道下的直接检测方案对比,本方案可以为系统提升18dB的功率预算。2.提出一种基于反射式半导体光放大器（RSOA）的相位噪声消除（PNC）零差检测方案。为了保证OFDM-PON的光网络单元（ONU）无色化,采用价格较低的（RSOA）进行光环回调制被公认为无色光源的一个较佳解决方案。RSOA是将用户信号进行强度调制,因此,经过RSOA的光信号相位并不携带用户信息。基于此,本文提出一种低算法复杂度的PNC零差相干检测方案。实验表明,10Gb/s的16QAM-OFDM通过相同的光纤信道,相对于不使用PNC的相干检测方案和直接检测方案,PNC零差相干检测方案分别可以将功率预算提升4dB和 15dB。3.由于商用RSOA调制带宽往往较窄,本文研究分析了 OFDM-PON中基于RSOA的ONU上行容量,以确保实际用户需求。此部分的创新点在于:提出了 RSOA动态电光调制特性的显式,表明了 RSOA的频率响应具有低通特性,其3dB截止频率随注入光功率和偏置电流的加大而上升,并通过实验进行了验证;采用光带通滤波器与RSOA级联,实验证明可将RSOA带宽从约1.2GHz扩展到约1.8GHz;实验探索了自适应比特加载对基于RSOA的OFDM-PON上行容量改进的效果,证明了每个ONU的上行容量可以达到4Gb/s。4.提出了一种基于DD-MZM的可重构、高透明度波长转换方案。该方案可以将OFDM-PON光源中心频率进行动态转换分配。本方案另一个重要的创新点,通过数学模型搭建和计算机仿真分析,给出了该波长转换方案的最优驱动条件以确保该转换器有最优性能,即:转换光波有最高的转换效率,寄生波数量最少以及系统最优的BER性能。实验验证了该方案的可行性,并得到:此波长转换器对入射光可以实现波形几乎无损转换、此波长转换过程是线性的进而可以通过SDN进行中心化控制、MZM消光比对转换性能几乎无影响等优点。5.在DD-MZM波长转换的基础上,进一步提出了基于DP-MZM的波长转换方案。该方案继承了 DD-MZM波长转换的高透明度、SDN中心控制的可重构性等优点,更重要的是,该方案在寄生波抑制的能力上比DD-MZM转换器更好。通过理论和仿真分析,给出了该波长转换方案的最优驱动条件,同时实验验证了该方案的可行性、实用性和鲁棒性。