随着无线通信容量和传输速率需求的增加,传统微波通信系统面临着很大的技术挑战,高频微波信号传输损耗高,电磁兼容性差等问题日益严重,而微波光子学技术可以有效地解决上述问题。微波光子学作为一个典型的交叉学科产物,具有无线通信和光子技术两方面的优势,被广泛的应用在下一代宽带无线接入网络、雷达、卫星通信系统、传感器网络、电子对抗系统中。而微波光子变频作为其中的一个重要技术,能够在光域上实现超宽带变频,并且具有降低电磁干扰、能够实现远距离传输等优点。本论文从微波光子变频这一重要技术入手,详细地分析和论证了微波光子变频在现代通信、智能交通系统以及微波光纤传输系统中的重要意义,之后通过对微波光纤传输系统的理论分析,优化了微波光子变频系统的变频性能；并结合波分复用技术,设计了微波光子多频变频系统。本论文主要完成了以下工作：首先,对微波光子变频技术应用背景以及技术特点进行了详细地介绍,指出了微波光子变频在现代信息技术领域中良好的应用前景；其次,对微波光子变频系统进行了模拟建模,并分析了系统各个变量对变频性能的影响,在此基础上,对光子变频系统增益、载噪比劣化(小于1dB)、误差矢量幅度(小于17.5%rms)、杂散抑制比(大于50dB)等关键指标进行分析评价；再次,设计了一种采用级联调制的微波光子变频系统,结合系统模型,对系统通信性能进行分析和优化,通过实验验证,优化后系统增益达到-13dB,在满足变频系统指标的情况下,最小输入中频信号为-28dBm,杂散抑制比为65.737dB,实现了对微波光子变频系统的优化；最后,将变频技术与波分复用技术相结合,实现了多频变频系统。实验结果表明,在保证良好的通道一致性的条件下,系统变频增益为-10.5dB。在1Mbps时,输入中频信号动态范围为30dB左右,有着良好的通信性能。对于EVM值,有着相似的结果；为了探究变频方案的实用性,结合中心站与基站之间的信道情况,采用30km光纤进行信号传输,达到了预期效果。论文中的变频方案,有着良好的应用性,为未来的通信业务提供了一种低成本、高稳定性、超大带宽的变频解决方案。