1. 研究目的与意义
| 1.1 1.1 研究背景及意义 5G，在2019年11月正式上线并商用，它相比4G具有更高的传输效率以及更大的网络容量，同时它还具有更高的覆盖性以及高移动性。它是时代进步的产物，是人类步入更美好社会的象征。5G和4G、3G一样，是数字蜂窝网络，供应商提供的服务区域被分为一个一个的小地区，其中的小地区都被称为“蜂窝”，在这些小地区中，手机中的图像，文字等被数字化并被作为比特流传输，其中数字化到比特流是需要转换器转换的，每一个小地区中都有一个本地天线阵和低功率收发机，用来接受和发送比特流，每一个小地区都通过高宽带光纤与互联网相互连接。如果用户离开了一个小地区进入到另一个小地区，他们的设备也会进入到另一个小地区并且与新的小地区的天线相连接，这就是为什么坐火车的时候，联网的设备会顿卡，因为设备正在自动切换并连接到当前小地区的天线。 5G的核心目的就是提升数据速率、降低网络延迟、节约能源、减少成本、提高系统的传输容量和支持设备的大规模连接等。由此也衍生出了5G的三大应用场景，包括：低延时高可靠通信、低功耗大连接、增强型移动宽带。为了适应网络的发展，产生了5GRAN网络，5GRAN结构由BBU（基带处理单元）、RRU（射频拉远单元）单元的部分功能通过分割、组合、升级为集中单元（CU）、分布单元（DU）以及有源天线单元（AAU）三级结构。从结构上看，前传网络成了整个5G通信网络的“瓶颈”前传网络承载方案的设计和部署面领着诸多挑战。现有4G前传网络基本都是光纤直连，面临着拓展困难和难以管理等问题，在5G时代，数据流量和AAU数量必将大幅增长，这就加剧了光纤资源的消耗，因此要想设法节省光纤资源，还需要通过先进的技术提升前传网络的传输容量，实现5G网络低成本部署。而解决这个问题首先需要思考的就是前传网络的承载方案。在此基础上再利用先进的调制技术、传输技术等提升网络容量和性能，而WDM-PON方案因为其大带宽、低时延以及高安全性等优势，成为研究热点。
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| 1.2 WDM-PON研究现状
DM-PON这项技术早在上世纪九十年代就被提出，但是由于过去的光器件不成熟，没有统一的标准等原因没有商用，但是WDM-PON的优势一直吸引着学者不断研究。WDM-PON技术能使多路不同波长的光信号复用在一根光纤中传输，从而提高了系统的传输容量，同时还支持较高的网络传输速率。WDM-PON的技术特点能满足5GRAN的需求。在WDM-PON系统中，每一个ONU都能独自占用一个波长，所以每个ONU所使用的带宽也很大；WDM-PON属于无源光网络，与许多环网网络相比延时低；同时WDM-PON系统中的光器件损耗小，所以信号的传输距离也更远；为了提升 WDM-PON前传网络的传输性能，可将先进的调制技术、复用技术、传输技术应用在其中，可以最大限度的发挥WDM-PON的优势。世界各国对于WDM-PON技术的研究主要集中在调制技术、传输技术、光器件以及网络架构等方面。 2013年，黄野等人研究了WDM-PON下行系统的研究，他们通过Optisystem仿真设计了一个8通道下行传输方案，通过对眼图的分析，验证了该系统的可靠性。最后得出结论：8通道的 WDM—PON 可使接入网的下行速率提升到80GB/S。 2014年，张占强等人研究了基于光正交频分复用的WDM-PON研究，他们利用MATLAB搭建了基于OFDM的WDM-PON系统，并利用LS的MMSE算法来改善系统的传输性能，最终使得下行速率为20GB/S,上行速率为5GB/S。 2020年，张晨希等人研究设计了一个基于RSOA的50GB/S PAM4 WDM-PON系统，他们通过采用下行速率为50 Gb/s的四脉冲幅度调制(PAM4)信号和上行速率10 Gb/s的非归零(NRZ)信号，构成不对称传输架构的双向通信系统。采用了PAM4外部调制得到了50GB/S的传输速率。总得来说，WDM-PON以其独有的特点成为了最具优势的前传承载方案，世界各国的研究员都在积极研究WDN-PON系统内可能涉及的新技术、新器件。但是WDM-PON承载5G前传网络还没有标准体系,许多方案处于理论研究和测试阶段，但是随着技术不断成熟和光器件成本不断下降,WDM-PON的国际化标准终将形成，WDM-PON技术一定会在未来宽带接入网和移动接入网中发挥重大作用。
1.3 研究目的
（1） 了解什么是5G前传并学习什么是WDM和WDM-PON，按照结构图做一个简单的仿真，并测试他们的传输性能。之后了解和学习现在WDM-PON的关键技术 （2）仿真并测试WDN-PON发送端调制对结果的影响，通过实验结论及下行信号的眼图证实实验的有效性和合理性（3）将使用基于NRZ调制的WDM-PON系统来对外调整进行研究，同样也是使用Optisysem系统进行仿真，研究外调制比如：传输距离、色散、发射光功率以及光源线宽对系统的影响。
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2. 研究内容与预期目标
主要研究内容：
(1）通过图书馆及网上查阅学习并掌握WDM-PON器件相关资料。
（2）学习并掌握Opti System仿真软件的使用。
3. 研究方法与步骤
3.1研究方法：
（1）文献调查：查找学院图书馆资料、核心期刊,以及其他网上的WDM—PON资料，对所研究的课题进行深入的了解。（2）实验操作： 实验研究WDM-PON的相关器件，测试相关参数，经验总结，对比分析。
（3）数据收集：总结并整理实验数据，进行优化实验。
4. 参考文献
[1] 刁玉邦. 基于光纤传送网的5G移动通信前传关键技术[J]. 通讯世界, 2017(8).
[2] 邓卫全. 通讯工程施工质量的控制措施[J]. 通讯世界, 2017(8).
[3] 何源. 波分复用光网络支持云计算路由技术研究[D]. 南京邮电大学.
5. 工作计划
1）2022.1.10-2022.3.01文献调研，图书馆查阅资料，完成开题报告，完成外文资料的翻译；
（2）2022.3.01-2022.4.15实验系统研究基于 Optisystem 的 WDM—PON下行方案的仿真研究
（3）2022.4.16-2022.4.30总结并整理实验数据，进行优化实验；
