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基于毫米波技术和光纤传输技术的超高速毫米波无线传感通信系统是无线传感器网络发展的最新模式之一。相比现有的无线传感网络,它能提供更加全面和直观的传感信息,尤其在对系统结构安全监控方面有着重要的应用前景。论文在国家自然基金项目“毫米波光纤无线系统理论与技术”(No.60736003)的资助下,研究了超高速毫米波无线传感通信系统的特性及其实现的具体方式。论文的主要创新性研究工作体现在：(1)基于毫米波Radio over Fiber (RoF)技术,提出了针对超高速信息采集和传递的新型毫米波无线传感通信系统的方案,以达到无缝传输超高吞吐量传感数据的目的。对网络中毫米波传感器节点(Sensor Mote, SM)、簇头(Relay Master, RM)、远端天线单元(Remote Antenna Unit, RAU)、光线路终端(Optical Line Terminal, OLT)、和数据中央控制(Data Central Controller, DCC)等不同类型单元各自的功能进行了详细地研究。特别地,对关键的SM和RM等节点提出了具体的单板设计模型。对各个网络单元之间的混合型通信接口和互联方式进行了重点讨论和分析。对于无线传感网络关键的能量管理问题,在系统设计时引入了Energy Harvesting Mechanism (EHM),并根据这一点提出了毫米波无线节点内部能量流动和管理模型,从而实现优化无线节点能量效率的目的。(2)建立了非竞争接入机制下的SM和RM的能量消耗数学模型。分别设计了基于TDMA、FDMA/OFDMA和FD-TDMA的毫米波子网多址接入方式,利用仿真分析了所提出的三种多址接入方式的能量消耗情况,验证了FD-TDMA方式是现阶段能同时兼顾成本和能量效率的超高速毫米波无线传感通信系统多址接入技术的最佳选择。在60GHz附近的8.64GHz的频带范围内(ECMA387标准中划分的频带资源),分别针对1:32(RM:SM),1：64和1：128的不同网络拓扑,提出了一种具有高能量效率的FD-TDMA毫米波多址接入的具体实现方法,并且利用所提出的能量消耗模型对SM和RM节点的能量消耗、电池寿命情况进行了评估和分析,验证了所提出方案的系统能量效率。(3)分别提出了基于TDMA、FDMA/OFDMA和FD-TDMA多址方式的毫米波子网MAC协议,重点设计了在FD-TDMA多址方式下的一种具有高能量效率的MAC超帧(Superframe)结构以及SM与RM不同工作状态之间转换情况。特别地,在1:4(RM:SM)的情况下,利用系统仿真计算出了SM和RM在三种MAC协议中的能量消耗状况,证明了FD-TDMA在提高系统能量效率和降低实现复杂性等方面的所具有的优势。(4)针对超高速毫米波无线传感通信系统的上、下行传输,分别提出了一种具体的方案并且通过实验进行了可行性验证：在上行传输中,将来自多个SM的高速无线数据利用FDM汇集至RM,经过中继之后到达RAU,再经过光纤传输至OLT,最终到达DCC；在下行传输中,将来自DCC的命令和消息利用60GHz RoF技术传送至每一个光网络和毫米波无线节点。(5)提出了两种低成本的60 GHz RoF系统改进方案并进行了实验验证：①将实施成本较低的塑料光纤做为60GHz RoF信号的传输媒质,同时利用OFDM的多载波方式克服光RoF信号在塑料光纤中的多模色散,实验证明,该方案在不降低信号传输质量的同时减少系统成本；②将两个Free-running连续波只需用Optical Coupler直接合并之后实现简化的毫米波全光上变频,同时在电下变频时采用Reflective Self-mixing方法,省略了Local Oscillator (LO)和Optical Phase Lock Loop (OPLL)等器件,实验证明,该方案能有效减少毫米波系统成本和开销。(6)根据60GHz毫米波的短距离Line of Sight (LOS)传输特性,提出了一种减少OFDM毫米波信号由于插入导频和训练序列而引起传输冗余的方法,并且利用6OGHz OFDM-RoF实验传输平台对比了所提出的其他三种不同的方式,分析了在60GHz频段附近的无线信道的频率选择性衰落曲线。实验证明,在传输同样长度数据时,信号的相位偏移量在60GHz频段附近的积累并不严重。插入的多余导频反而会由于受到随机噪声的干扰,在进行频域均衡补偿时引入更多的失真。(7)提出了两种利用纠错编码增益降低超高速毫米波无线传感通信系统的功率消耗的方案并进行了实验分析：①经过卷积码预编码的16QAM-OFDM数据,在由60GHz RoF实验平台传输同等长度的距离后,毫米波无线信号达到同样BER所需的发射功率更小,这对减少SM和RM无线节点的发射功率,延长节点工作寿命有着十分重要的意义。②利用LDPC码对高速的数据流进行预编码,在经过采用QPSK偏振复用的100G超高速光传输实验平台传输之后,实验评估并分析了LDPC码对降低光发射功率的改善情况。该方案对提高整个超高速毫米波无线传感通信系统的能量效率有着非常现实的意义。