进入21世纪以来,新型材料技术与移动通信技术高速发展。人工电磁超材料因其独特的物理特性不断受到研究者的关注。目前在数字成像、电磁学、雷达等多个领域已有许多超材料的应用实例。同时也有研究表明,数字可编程超材料通过编码调控能够携带信息,给出了电磁超材料与无线通信之间结合的可能性。本文在此背景下,针对基于可编程超材料的新型无线通信系统设计与实现展开研究,围绕可编程超材料设计了一种新型无线通信系统,利用数字可编程超材料完成无线信号从基带到射频的直接调制并发射,同时给出了单载波和多载波通信下超材料数字驱动信号的产生方法,并通过FPGA的硬件开发和实验证明,基于可编程超材料的无线通信系统可利用FSK、2x2MIMO-QAM等调制方式正常稳定地以传输图片、视频等多媒体信号。这种超材料与无线通信的结合,给构建新型通信系统架构提供了一种崭新的思路和可能。首先,本文在完成对电磁超材料研究及应用现状的调研后,进行利用可编程超材料代替发射机射频前端完成载波调制的研究。通过观察可编程超材料对入射单音载波的响应,对其进行信号模型的搭建,揭示了其能够改变信号幅度和相位的本质。在给出基于可编程超材料完成载波调制的通用无线通信系统模型后,针对单载波和多载波调制方案给出了可编程超材料数字驱动序列的生成步骤,为原型系统的实现奠定了理论基础。接着,本文针对单载波调制方案,以BFSK为例分析了可编程超材料通信系统的传输性能并进行相关测量。在介绍了超材料数字驱动电压由于量化的原因导致产生非理想的FSK信号现象后,对信号进行建模并在高斯信道下推导得出系统采用非相干解调时的误码率性能,此外还针对超材料的阵列特性,简要分析了其阵列增益。同时,通过LabView FPGA硬件编程实现了利用该系统实时传输图片的功能。最后,本文将可编程超材料与MIMO技术相结合,完成了2x2 MIMO-QAM制式下的无线通信系统传输实现及相关测量。分析了利用超材料产生MIMO信号时不同数据流的导频会受到自身本振信号干扰的问题,并据此给出了在谐波上传输信号的方案,即利用数字驱动电压在单个数据传输间隔内的可循环移位来实现精准的谐波相位控制,利用相位的变化幅度来实现谐波的幅度控制,并通过LabView FPGA硬件编程实现了其传输双路视频流的功能。