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光纤无线电（radio over fiber,ROF）系统有机结合了光纤通信的超宽带、抗电磁干扰与无线通信的高度灵活性等优势，是未来超宽带无线通信最具前景的解决方案。目前 ROF技术已经开始被应用于现有的无线通信系统，如：3G和4G移动通信系统、WLAN、WiMAX等。面向未来超宽带通信需求的UWB技术、60GHz毫米波技术等应用于ROF系统的研究也正在兴起。为实现低成本的双向 ROF系统链路，同时为用户提供有线和无线接入，实现多业务集成，ROF-WDM-PON混合业务网络成为研究热点，是未来多系统融合的主要发展方向。随着光通信技术的不断进步，光纤传输系统的传输速率和通信容量不断增加，高速光传输领域急需更先进的调制格式。而以上这些技术与系统的实现都与马赫-曾德尔调制器息息相关。马赫-曾德尔调制器的调制性能对各种ROF系统的实现具有决定性意义。因此，本文对基于马赫-曾德尔调制器的各种ROF系统展开了深入研究，尤其是马赫-曾德尔调制器（Mach-zehnder modulator,MZM）非线性对各种 ROF系统性能的影响。包括基于马赫-曾德尔调制器的毫米波ROF系统，混合调制与传输ROF系统，以及基于马赫-曾德尔调制器的先进调制格式生成。另外，克服 ROF系统的非线性效应是另一个研究的热点。而数字预失真技术（DPD）由于实现简单、线性化能力强、自适应性好等优点备受人们关注。所以，本文还研究了利用数字预失真技术对ROF系统的非线性进行补偿。 1.研究了基于MZM调制器的毫米波ROF系统的非线性。包括：基于有限消光比MZM进行双边带载波抑制（double-sideband with carrier suppression，DSBCS）调制时的残留光载波与各次谐波的大小，对生成的毫米波的影响；该毫米波在光纤中传输时因光纤色散造成的影响；毫米波ROF系统的互调失真和谐波等。建立了基于马赫-曾德尔调制器采用DSBCS调制的光生毫米波的实验平台。理论和仿真结果表明：一个有限消光比的MZM调制器可看作一个理想的MZM调制器和一个相位调制器的组合。随着消光比的减小，毫米波功率抖动明显增大。系统的三阶交调失真比随着调制指数的增大而增大，与调制器偏置相移无关。最后，利用仿真软件建立了一个数字传输毫米波 ROF系统，仿真了系统非线性对不归零码（NRZ）伪随机序列信号传输性能的影响。 2.研究了基于MZM的混合调制与传输ROF技术。提出了两种基于双驱MZM的混合调制传输网络，进一步降低了系统成本，并且不同波段信号之间没有相互干扰，改善了系统性能。第一种是基于双驱MZM同时调制数字基带和毫米波的ROF系统。第二种是基于双驱MZM同时调制与传输3G和毫米波信号的ROF系统。详细推导了系统的调制原理，对系统的传输性能进行了理论分析，尤其是信号之间的相互干扰问题。仿真与实验结果表明：毫米波信号的传输性能不受数字基带或3G信号影响。但如果毫米波信号是非恒包络信号的话，则数字基带或3G信号的传输受到毫米波信号影响；如果毫米波信号是恒定包络信号（如：PSK调制）的话，则毫米波信号的包络只影响了数字基带或3G信号的链路增益，对数字基带或3G信号的性能影响较小，毫米波调制指数越高，则数字基带或3G信号接收功率越低。 3.提出了一种基于两个MZM产生归零/载波抑制归零(return-to-zero/ carrier-suppressed return-to-zero,RZ/CSRZ)差分正交相移键控(differential quadrature phase shift keying,DQPSK)码信号的方法，其中一个MZM实现DQPSK调制，另一个MZM实现波形切割，生成归零码/载波抑制归零码。详细介绍了该调制格式的调制方法和解调原理，并分析了系统的非线性问题。理论推导并仿真了MZM的有线消光比和驱动信号偏压对调制和解调性能的影响。该方法减少了调制器的个数，简化了高速RZ/CSRZ-DQPSK光信号的产生过程。仿真结果表明，CSRZ-DQPSK信号比RZ-DQPSK信号有更紧凑的频谱结构。而当DQPSK调制数据的电压存在偏差时，无论是CSRZ-DQPSK信号，还是RZ-DQPSK信号，星座图迅速弥散，眼图开度迅速减小，系统的性能迅速恶化。随着驱动信号电压偏差的增大，系统误码率迅速增加，传输性能恶化很快。 4.研究了利用数字预失真技术对ROF系统的非线性进行补偿的方法。分别利用基于查找表和记忆多项式的数字预失真器对3G信号进行线性化，以抑制3G信号的带外频谱再生，提高系统的传输性能。实验结果表明：两个数字预失真器都能很好地抑制ROF系统的三阶交调导致的带外频谱再生。对于单载波的WCDMA信号，利用数字预失真器可将其邻信道功率比（ACPR）提高8dB。对于三载波的WCDMA信号，两个数字预失真器线性化后的输出信号频谱几乎重合，这两种预失真器的线性化效果相同，看不出ROF系统存在明显的记忆效应。这可能是因为该ROF系统的底噪太高，掩盖了系统的记忆效应。这项工作还有待改进，首先必须降低该ROF系统的底噪。