用户多业务高带宽的通信需求以及接入网技术融合发展的趋势,是光载无线网络不断发展的两大助力。一方面,高清视频、可视电话及互动游戏等不断涌现,智能手机和手提电脑日趋普及,以数据、图像、视频等多媒体业务为主的用户通信量骤然增加,呈现多业务、高带宽的通信需求。在用户需求的刺激下,接入网向着宽带化、移动化、泛在化、低功耗的方向发展。另一方面,传统无线接入技术,虽支持用户移动性,但速率远达不到未来高速通信的需求,亦面临诸如多径干扰、不稳定信道等一系列问题；以光纤为传输媒质的有线接入技术,虽具有大容量、宽频段等特点,却缺乏无线灵活且无所不在的接入优势,难以满足用户移动化的接入需求。鉴于此,融合光纤和无线通信优势的接入网技术成为发展趋势。正是在上述用户需求与技术发展趋势的促使下,光载无线(Radio-over-Fiber, RoF)网络应运而生,其通过在光纤中传输射频信号,既利用光纤庞大带宽资源,又发挥无线灵活接入优势,受到国内外研究人员的广泛关注。本论文主要针对未来宽带泛在、高速和低功耗接入的需求,依托国家973计划和863计划等多个国家级项目,分别对三个典型应用场景的分布式RoF网络进行了深入研究,重点开展光载无线网络架构设计及媒体接入控制(Medium Access Control, MAC)层关键技术的研究,主要工作如下：1)基于IEEE802.llg的RoF网络MAC层协议研究鉴于目前基于IEEE802.llg标准的无线局域网技术的广泛使用,本论文对插入光纤引入额外时延对其MAC层协议的影响进行了深入研究。提出了基于IEEE802.llg的RoF网络的MAC层协议架构及理论分析模型,分别考虑DSSS-OFDM(直接序列扩频调制-正交频分复用)物理层和ERP-OFDM(扩展速率-正交频分复用)物理层,以及基本访问模式、RTS/CTS保护模式和CTS-to-self保护模式的具体参量,量化分析了不同插入光纤长度值和不同负载值对该网络性能的影响,阐明了光纤引入额外时延对其MAC层协议的影响机理,并实验验证了该理论分析模型的正确性。量化结果为网络部署者在给定参数情况下准确预测网络吞吐量和时延,以及选取合适的物理层架构和保护模式类型提供了依据。2)高速移动环境RoF网络架构设计及MAC层关键技术研究鉴于高速铁路是未来铁路交通的重要发展方向,及考虑火车用户可靠性、高带宽的接入需求,本论文开展了高速移动环境RoF网络架构设计及MAC层关键技术的研究。创新性的提出面向火车高速移动应用,为火车用户提供宽带无缝接入的动态可重构RoF网络架构及智能MAC协议。所提出的动态可重构RoF网络架构,支持中心控制单元和远端天线单元的动态可重构。所提出的基于FDM/TDMA的MAC协议,可支持故障检测/恢复、远端天线单元波长资源的动态分配及终端平滑切换。结果表明基于上述RoF网络架构及MAC协议,由WDM激光器处于非工作状态而引起的网络故障检测及其恢复可在中心控制单元完成,波长资源的动态分配可增加波长资源利用率,实现了在保障重叠区域完成至少一次数据交互过程前提下的终端平滑切换。3)低功耗RoF网络架构设计及MAC层关键技术研究鉴于全球能源危机频现,低功耗是未来RoF网络的发展方向和现实需求,本论文开展低功耗RoF网络架构设计及MAC层关键技术的研究。提出了IF/RF-over-Fiber网络的能耗模型及CSA-MAC(Centralized Control Sleep Awake-MAC)协议。在此基础上分析了联合处理单元数量、远端天线单元数量和子天线数量对RoF网络能耗的影响,量化结果为网络部署者在给定能耗限制值时,折衷选取具有不同数量的联合处理单元、远端天线单元和子天线的RoF网络架构提供了依据。所提出的CSA-MAC协议,通过天线控制域信息及前导码四次／两次握手过程的联合,实现了对子天线工作／非工作状态的集中管控,降低了能耗；提出了基于定位信息辅助的子天线控制机制,通过建立适用于RoF网络的基于子空间划分的室内无线信号传输模型,在此基础上实现了基于接收信号强度值(RSS)的终端定位,据此定位信息可动态调整子天线覆盖范围,实现了子天线发射功率的充分利用。