如今通信行业发展迅速,与其相关的高清直播、智能家居、工业自动化、导航定位、无人机等技术为人们带来极大便利。与此同时,通信技术对传输速度和容量的要求越来越高,频谱竞争也愈发激烈,可利用的频谱资源所剩无几。于是人们开始重视能够应用在近程无线通信系统中的超宽带技术。超宽带是由美国联邦通信委员会（Federal Communications Commission,FCC）定义的一种短程高吞吐量的无线通信技术,它具有无载波、低干扰、抗多径传播、高速率、低功率谱密度等优势,其中的低功率谱密度是解决频谱竞争问题的关键。而开发超宽带无线系统面临着各种挑战,包括设计超宽带收发器、超宽带系统与其他窄带无线系统的共存和互通、延长超宽带传输距离等。由于超宽带的低功率谱密度,它的无线传输距离通常仅有几米或几十米。因而光载超宽带技术应运而生,它结合了光纤分布技术和超宽带技术,能够利用光纤低损耗传输的优势,极大地延长超宽带的传输距离,而且还能够提供跨越不同网络的无中断服务。为了以最佳性能在光纤上传输超宽带信号,研究者们倾向于在光域中产生超宽带信号。这样不仅可以避免额外的电光转换,而且可以更加容易地对超宽带信号的频谱进行整形,以满足FCC规定的功率谱密度限制。但是光载超宽带技术仍存在成本较高、系统结构较为复杂等问题,而且其性能还有待提高。本文主要研究基于微波光子学的光载超宽带系统,研究内容包括:用微波光子技术产生超宽带信号的方法;提高超宽带信号频谱功率效率、减弱信号失真、提升系统灵活性和稳定性的方法;通过编码解码、调制解调、色散补偿等技术提升传输性能的方法。设计的系统实现了高频谱功率效率、大带宽、高速率的超宽带信号的收发,实现了低失真、低损耗、低误码率的长距离传输,为光载超宽带技术的广泛应用提供了多种解决方案。本文的主要工作和创新点如下:1.提出了基于外部调制技术和延迟线滤波技术的厘米波超宽带信号产生方法。使用双驱动马赫曾德尔调制器、可调光延迟线、平衡光电探测器等器件构成二阶厘米波超宽带信号发生器。通过改变可调光延迟线的延时,可以在需要的频率处引入陷波,以避免超宽带信号和窄带信号的相互干扰。然后使用双偏振-正交相移键控调制器和平衡光电探测器构成四阶厘米波超宽带信号发生器,产生的厘米波超宽带信号的波形与四阶高斯脉冲相似,其频谱具有高功率效率和高FCC掩模贴合度。通过简单地控制系统输入的脉冲序列,可以在系统中实现开关键控调制和脉冲位置调制。设计的厘米波超宽带信号发生器性能表现良好,具有在光载超宽带通信系统中做信号源的能力。2.提出了基于受激布里渊散射（stimulated Brillouin scattering,SBS）效应的毫米波超宽带信号发生器。利用SBS效应实现了单边带调制,克服了色散引起的功率衰落,令毫米波超宽带信号能够在光纤中进行长距离传输。首先使用双驱动马赫曾德尔调制器构成微分器,产生了一阶厘米波超宽带光信号。将其光电转换后调制到光载波上,再和本地振荡调制光信号耦合,在双平行马赫曾德尔调制器的输出端得到超宽带调制-双边带光信号。利用SBS效应对光边带进行处理,得到超宽带调制-单边带光信号。最后经过光电探测器的拍频可以生成一阶毫米波超宽带信号。然后为了简化结构、降低成本、提高频谱功率效率,将双平行马赫曾德尔调制器替换为马赫曾德尔调制器,去掉了一个光电转换过程,又引入了平衡光电探测器,实现了一阶和二阶毫米波超宽带信号的产生。设计的毫米波超宽带发生器能够实现脉冲位置调制、脉冲幅度调制、开关键控调制。3.提出基于二次SBS效应的毫米波超宽带信号发生器。通过双平行马赫曾德尔调制器得到超宽带调制信号和一系列光边带,将其输入到由两个光环形器、一个单模光纤构成的光环路中发生二次SBS效应。在利用SBS增益谱放大负二阶边带的同时,又利用SBS损耗谱抑制了光载波,从而获得了抑制载波的超宽带调制-单边带光信号。进行光电转换后,将基带超宽带信号上变频至毫米波频段。得到的毫米波超宽带信号频谱对FCC掩模的贴合度高。系统结构简单、成本较低、稳定性和可重复性高。该发生器具有在微波光子超宽带雷达系统中做信号源的潜力。4.提出基于单边带上变频技术的厘米波/毫米波超宽带信号发生器,能够任意产生厘米波和毫米波超宽带信号,系统具有灵活性和稳定性。利用双平行马赫曾德尔调制器产生抑制载波的基带超宽带调制光信号,将其与单边带调制光信号耦合。耦合信号在光电探测器中拍频,生成厘米波或毫米波超宽带信号。通过差分探测和光支路的功率调整来抑制频谱中的低频分量,通过调整调制器的调制系数来抑制多余的本地振荡分量。生成的厘米波和毫米波超宽带信号满足FCC要求,具有高频谱功率效率。5.研究了光载超宽带系统传输性能优化的方法。首先研究了适用于光载超宽带系统的多脉冲调制技术、相干接收技术、信道编码解码技术。以提出的厘米波/毫米波超宽带信号发生器作为信号源,将直接序列-二进制相移键控调制技术和卷积编码技术应用于光载超宽带通信系统的发送端,利用啁啾布拉格光栅和掺铒光纤放大器对光纤传输带来的色散和衰减进行补偿,利用相干接收技术进行解调,采用维特比解码技术进行信道解码。对设计的光载超宽带系统进行了误码率测试和比较,证明了提出的超宽带信号发生器适用于长距离传输,而且与适当的编码解码、调制解调、色散补偿技术结合能有效地降低误码率、提升传输性能。