随着互联网+、物联网等国家新兴战略产业的兴起,以及个人通信业务需求的增长,有限的频谱资源同不断增长的通信需求间的矛盾日益凸显。而现有利用波长、幅度、相位和偏振态等传统物理维度来调制信息的通信系统已经很难满足需求,为此亟需寻找一种新的通信技术或物理维度来满足当前的通信发展需求。在此背景下,携带有轨道角动量的电磁涡旋成为了学术界的研究热点之一。轨道角动量是一种区别于传统物理维度的新维度,其具有无限的状态,并且不同轨道角动量态的电磁涡旋在同轴传播情况下相互正交。基于此,将轨道角动量作为复用手段或者调制手段,有潜力提升通信系统的容量和频谱效率。本文在分析电磁涡旋理论的基础上,结合光载无线技术、圆环天线阵列技术和直接检测光正交频分复用技术(Direct detect optical orthogonal frequency division multiplexing,DDO-OFDM),以研究轨道角动量通信系统信息传输的可靠性和可行性为目标,研究了基于光载无线技术的电磁涡旋生成和检测技术以及融合通信系统性能等内容。所做的工作主要包括如下几个方面:1.针对传统电磁涡旋产生方法效率低、复杂度高等问题,提出了基于光载无线技术的电磁涡旋的产生方法。该方法采用光载无线技术在光域对微波源进行倍频生成W波段光学毫米波,并通过集成光调制器对光学毫米波的相位和幅度进行调控。通过合理调控圆环天线阵列的辐射毫米波相移,实现涡旋毫米波的生成。并探究了传输距离、圆环天线阵列半径等因素对涡旋毫米波生成的影响。2.分析了常用的轨道角动量检测方法,并提出了基于圆环天线阵列的电磁涡旋的检测与解调方法。3.设计了基于光载无线技术的毫米波轨道角动量融合通信系统以及64阶轨道角动量、幅度和相位的三维联合调制格式,通过模拟仿真,实现了背靠背(Back to back,BTB)和20km单模光纤传输情况下的75Gbps联合调制信号的调制/解调。4.为进一步提升频谱利用率,在融合通信系统的基础上融入了 DDO-OFDM技术,实现了 BTB情况下联合调制信号的调制/解调。通过以上工作,表明基于上述方法和技术设计实现的毫米波轨道角动量融合通信系统在工程中是可行的,在技术上是可以实现的。