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随着移动通信、大数据、云服务等的快速发展和应用,无线网络的数据量和服务的多样化需求激增,未来第五代移动通信(5G)系统将为移动用户提供高达Gbps量级的传输带宽,载波频率也向着更高的微波频段发展。光载射频(RoF)以其独特的技术优势,成为解决未来5G移动通信系统中,高频载波低损耗长距离传输和低成本蜂窝密集覆盖的关键技术。由于FTTx的发展和广泛应用,将RoF技术与FTTx结合,既可大幅度提高RoF系统的性能、为移动用户提供高效覆盖,又能充分利用FTTx网络中的光纤资源、大幅度降低系统的施工和运维成本,更符合未来多样化网络的发展趋势,对未来5G系统、尤其是向更高频段通信的推进,具有重要的科学意义和实用价值。本论文在充分调研国内外研究现状的基础上,对RoF系统的未来应用、特别是在未来5G系统应用中的若干关键科学和技术问题,进行了深入地理论、技术和实验研究,具体完成的创新性工作如下。(1)在高频RoF系统实验中发现,受温度等周围环境因素的影响,系统接收信号的眼图存在“张开一变小一闭合一再张开”的循环现象,导致系统无法正常工作;从理论上分析了高频RF信号在光纤中传输时存在这种相位漂移特性的原因;提出了一种基于载波恢复技术克服相位漂移现象的系统实现方案,通过实验验证了系统的有效性。(2)提出了一种CS-SCS-BS的RoF系统结构及WDM-RoF全双工通信实现技术;搭建了载波频率为10GHz的全双工RoF实验系统,验证了系统的功能。该结构与技术具有抗色散和抗相位漂移特性,提高了 RoF系统的性能,解决了 RoF系统与FTTx网络的兼容问题;采用中心站集中配发上行光载波的方式,基站无需本地光源,节省了基站成本、降低了实现复杂性,从而大幅度降低了未来5G网络建设的成本。(3)提出了一种基于CS-SCS-BS的TWDM-RoF技术方案,搭建了载波频率为26-GHz的TWDM-RoF实验系统,以1.25Gbps数据速率和40km标准单模光纤传输系统为例,验证了技术方案的有效性。该方案可降低基站内上行光载波和下行数据的分离成本,提高单波长的频谱效率;通过次级中心站内加入光交叉单元,实现对上、下行载波资源的灵活配置,从而提高了系统效率、降低了能耗。(4)设计研制了一种可用于5G承载网的多速率自适应光收发机和实时误码性能监测模块。光收发机自适应速率工作范围:100Mbps～10.709Gbps,体积小、成本低、功耗低;误码监测模块,可实现1 Mbps～11.3Gbps之间任意速率数据的误码测试,与现有昂贵的误码仪设备(安立MP1800A)测试结果对比发现,具有较好的一致性,该模块亦可置入光网元如OLT、ONU和OADM等设备中,实现误码性能的实时在线监测,具有广阔的应用前景。