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近年来随着移动通信技术和互联网技术的高速发展,各种高清视频、云服务、智能应用等多媒体业务不断涌现,急剧增长的业务流量给接入网带来极为严峻的挑战,低频段频谱资源的日益匮乏和对高速宽带接入的迫切需求让人们将目光转向了频谱资源更加充裕的高频毫米波频段。然而,受电子瓶颈的制约,传统的电域毫米波产生方法难度较大且成本极高;同时,高频信号的大气信道衰减特性也极大地限制了毫米波信号的无线传输距离。基于RoF的毫米波产生和传输技术不仅可以更加简单灵活地产生高频载波,更可以利用光纤媒介实现毫米波信号的长距离低损耗传输,在未来的无线接入网中拥有极为广泛的应用前景。本论文围绕RoF系统的实现,对矢量毫米波信号产生、矢量信号的光载射频传输及色散预补偿处理等方面的关键问题进行了深入的研究,主要的研究工作和创新点包括:1.系统地研究了光载射频系统功能结构及关键技术,包括低成本、低相噪的毫米波产生和传输技术、平滑过度的光纤无线融合接入技术以及面向5G和未来移动通信的前传技术。凝练概括了光载射频系统的抽象功能模块,推导分析了机理过程,仿真验证了其物理实现。理论研究了多频率分量的光载射频信号在光纤链路中的传输特性,着重对色散引起的码元走离、码型畸变、脉冲缩窄以及功率衰落进行了分析,推导了射频信号载频、码元持续时间与光纤链路长度之间的关系;2.针对未来无线接入网中业务种类与信号载频频段不断增加的发展趋势,提出了一种低成本的多频率矢量毫米波信号灵活产生方案。对于恒幅的移相键控(phaseshift keying,PSK)信号,提出了均衡和非均衡的两种相位预编码方案;对于调幅调相信号,提出了幅度映射预编码算法,最终实现了在不改变接收端结构和算法的情况下完成矢量毫米波信号的接收。仿真实现了 2倍频到6倍频正交移相键控(quadraturephase shift keying,QPSK)信号的产生,仿真结果表明,在接收功率为-10dBm的情况下,即使是信号劣化最严重的6倍频、60GHz信号,在经过100公里的光纤传输后仍能保持在误差矢量幅度(error vector magnitude,EVM)不超出 0.3 的范围内;3.针对传统的倍频方案中预编码算法造成矢量信号相位收缩、星座点集聚的问题,提出了改善星座分布的矢量毫米波产生方案,通过对两路中的一路射频信号进行反相处理,使产生的矢量毫米波信号相位信息不发生倍数的改变,在星座点均衡分布的情况下实现最小欧式距离的最大化,从而更有利于高倍频信号的产生和传输。仿真实现了正交幅度调制(quadrature amplitude modulation,QAM)信号 3 倍频、5倍频和7倍频信号的产生,仿真结果表明,即使在接收功率为-15dBm的情况下,产生的16QAM信号经过100公里的光纤传输,依然可以保持在EVM小于0.3的范围内。即使是受色散影响劣化最为严重的140GHz 16QAM信号,经过100公里的光纤传输后,信号EVM相比背靠背传输时也只是增加了 0.18;4.针对目前无线领域广泛使用的QPSK调制格式,提出了 QPSK信号的毫米波产生方案,利用QPSK信号的相位特殊性,仿真实现了无需预编码的QPSK信号的5倍频和9倍频的产生。仿真结果表明,在光信号接收功率为-15dBm的情况下,50GHz和90GHz的信号经过100公里传输后的EVM分别为0.25和0.35,相比背靠背传输时分别增加了 0.18 和 0.28;5.针对双边带信号在光纤链路中传输时发生周期性功率衰落的问题,提出了基于双驱马赫增德尔调制器小信号调制的光载射频传输方案,通过控制进入调制器下臂的矢量射频信号的相移,以规避接收端信号功率过低的问题,最终实现在不考虑衰减的情况下,接收的双边带信号幅度始终保持在70%以上。仿真结果表明,在接收光功率为-10dBm的情况下,经过100公里的光纤传输后,信号EVM依旧能保持在0.15的范围以内,且相比背靠背传输EVM也是增加了 0.12。