为了利用模分复用（MDM）和超奈奎斯特（FTN）传输技术提高无源光网络（PON）的传输容量和频谱效率，同时也为了保证系统具有良好的误码率性能，本文提出了基于矩阵分解预编码和MIMO预均衡器的联合损伤补偿方法，用于消除超奈奎斯特模分复用无源光网络（FTN-MDM-PON）中存在的MDM信道损伤和FTN传输损伤。对于矩阵分解预编码技术，本文采用奇异值分解（SVD）预编码、带功率预分配的奇异值分解（SVD PA）预编码和Cholesky分解（Chol）预编码方式，分别将它们与MIMO预均衡器结合后对比三种联合方案降低FTN-MDM-PON系统误码率的效果。仿真实验结果表明：采用SVD PA预编码、Chol预编码与MIMO预均衡器结合的联合损伤补偿方法时，FTN-MDM-PON系统中的4个线偏振（LP）模式的FTN信号经过5 km少模光纤（FMF）传输后，接收端误码率能够低于7%硬判决-前向纠错（HD-FEC）门限3.8×10^-3。其中，Chol预编码与MIMO预均衡器结合的联合补偿方案降低误码率的效果最优，相比于表现较优的SVD PA预编码结合MIMO预均衡器方案，接收光灵敏度提升了1 dB~3 dB。

研究了典型室内办公场景下，多用户多输入单输出（MISO）可见光通信（VLC）系统的物理层安全问题。针对未知数量的窃听者有可能出现在公共区域内任意位置的场景，提出了一种基于联合干扰的人工噪声生成方案以提高系统的保密安全性能。该方案利用用户所在区域的发光二极管（LED）作为信号源的同时，联合窃听者所在区域的LED一起发送干扰信号。由于窃听者位置随机且未知，故所提方案以最小化最坏情况下窃听者的信干噪比（SINR）为目标，通过干扰形成器的协作优化与设计使得干扰信号在不影响合法用户信号正常接收的前提下，最大程度地扰乱窃听者的接收。仿真结果表明，与传统的人工噪声方案相比，所提的联合干扰策略能明显降低窃听者的信干噪比和提高系统的保密速率，从而使得VLC系统的安全性能得到显著提升。

针对正交频分复用无源光网络(OFDM-PON)中静态密钥产生的风险,提出一种以信道相位信息作为动态密钥的物理层混沌加密方案。通信双方在相干时间内估计上下行信道相位,得到混沌密钥初值;利用一维混沌系统生成的混沌密钥流对下行数据进行异或(XOR)加密和解密。该方案所得到的动态密钥随着时间的改变而不断更新,因此物理层的安全性能得到提升。实验结果表明,速率为3.625 Gb/s的16QAM的光OFDM信号经长度为25 km标准单模光纤(SSMF)传输后,通信双方的密钥具有良好的一致性,密钥空间达到10 15,系统传输的安全性得到有效增强,可成功阻止非法用户对传输数据的窃听。

安全性低和较高的峰均功率比(PAPR)是正交频分复用无源光网络(OFDM-PON)系统所面临的主要挑战,为此提出一种基于二维混沌加密的选择性映射(SLM)方案。该方案利用二维Logistic映射分别产生随机交织器和相位序列对OFDM信号进行加扰,达到系统加密的同时降低PAPR的目的。仿真结果显示,与传统SLM算法和原始光OFDM(O-OFDM)信号相比,所提出的方案可分别获得0.5 dB和3.8 dB的PAPR抑制增益。实验证明,7 Gbit/s 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation) O-OFDM 加密信号可通过25 km标准单模光纤在强度调制/直接检测OFDM-PON系统中安全传输并且系统误码率性能得到改善。

抑制高峰均功率比(PAPR)是强度调制/直接检测(IM/DD)光正交频分复用(O-OFDM)系统面临的一个挑战,选择性映射(SLM)是有效降低PAPR值的经典算法。提出一种改进的SLM方案,该方案利用离散多音调制(DMT),通过一次快速逆傅里叶变换(IFFT)和循环移位相加运算获得多个候选信号,达到降低计算复杂度的目的。仿真和实验结果表明,所提出的SLM方案在保证获得较好的PAPR抑制性能的前提下,显著地降低了计算复杂度,同时提高了系统接收灵敏度。