高性能、低成本的多频带信号共传链路是新一代通信系统的核心需求,而构建支持多频带并具有可重构能力的通信网络基础设施面临着结构复杂、灵活性不足和成本高等挑战。本论文采用相位调制-相干接收光载无线系统来解决上述问题,同时将数字信号处理技术和直接带通采样技术运用在该系统中以增加系统的灵活性并降低成本。论文首先研究了采用独立本振结构的单通道相位调制-相干接收光载无线链路及其传输特性。利用直接带通采样技术解决了传统数字相干接收机对射频前端硬件依赖程度高和信号处理所需采样率高的问题。同时,针对独立本振结构造成的频偏问题,给出了带通采样条件下的防混叠采样率计算公式。仿真结果表明在8位采样分辨率和100 kHz激光器线宽条件下,所提出的传输链路结构可以保证良好的系统性能。实验将2.4 GHz载波上40 Mbps的正交相位键控信号传输了 50.6 km,在接收光功率为-10 dBm、信号采样速率为1 GSa/s时,得到了超过15 dB的链路预算,有效保证了信息传输的稳定性和可靠性。分析了相位调制-相干接收光载无线系统中多频段信号的混合传输问题。将多频带信号协同处理和带通采样技术相结合,给出了适用于多频带系统的防混叠采样率取值区间的计算方法。实验实现了两路正交相位键控信号的混合传输和直接下变频,使系统摆脱了对高频模拟滤波器和射频本振源的依赖。同时,所提方案对所传数据及其格式透明,可通过修改信号采样率和数字信号处理程序实现多频段业务重构。提出了一种利用低速电采样脉冲序列完成光域信号带通采样的相干接收方案,解决了现有商用光电探测器和模数转换器模拟带宽不足的问题。实验用模拟带宽为800 MHz的光电平衡探测器完成了对15.2 GHz载波上20 MHz带宽正交相位键控信号的解调,得到了其变频增益和误码率曲线。