通信可以分为有线通信和无线通信两大类,目前有线通信作为主流通信手段具有速率快容量高的优点,但在不易敷设有线线路的地区受限。自由空间光通信技术(Free Space Optical,FSO)以其设备安装灵活、保密性强且无需申请高昂的频谱资源的优点,被用作有线通信和微波通信的补充和备份。本文简要地介绍了自由空间光通信技术的背景与研究现状,分析了地-地自由空间光通信技术的基本工作原理以及本身的优缺点。由于大气信道的随机性和复杂性限制了系统的传输性能,可选用合适的调制方式和接收方式抑制大气信道对光信号的影响,从而提高FSO系统性能。(1)首先,本文研究了近地大气层中的固体粒子与气溶胶粒子引起的吸收损耗、大气湍流运动引起的光强闪烁效应、不均匀尺度的湍涡引起的相位漂移效应。除大气信道的影响之外,作为点对点通信的自由空间光通信系统,发射端与接收端不可避免的存在瞄准问题。以大气湍流光强起伏模型Gamma-Gamma概率分布函数为基础,联合大气粒子吸收损耗、瞄准误差以及不均匀湍涡引起的相位漂移效应建立了大气联合信道模型。(2)调制技术是自由空间光通信技术的关键技术之一。从提高信息传输容量的角度分析,正交频分复用调制技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)采用多子载波调制方式,大大提高了系统通信容量。从减少大气对调制方式的影响的角度分析,激光在大气链路中长距离传输时偏振态信息较稳定,偏振调制技术(Polarization shift keying,Polsk)有效降低了系统误码率。本文对基于几种调制的FSO系统原理以及系统性能做了详细分析,并仿真分析了理想信道下和联合信道下几种调制方式的FSO系统平均误码率和平均通信容量。(3)使用Optisystem仿真软件搭建了基于偏振调制的FSO系统,对直接接收、零差相干、外差相干接收三种接收方式进行了比较。仿真分析了大气衰减、通信距离以及本振源光源与信号光之间的相位误差对相干接收系统性能的影响;定量分析了湍流强度、信噪比、归一化阈值、归一化抖动系数和归一化束宽对相干FSO系统误码率和中断概率的影响。本文分析了FSO系统的几种调制方式,在联合信道的基础上仿真对比了几种调制方式。仿真结果表明PSK-OFDM调制有效提高了系统通信容量和平均误码率性能,但系统性能更易受相位漂移的影响;Polsk调制方式更好的抑制了大气对信号的干扰,提高了系统的可靠性。并为偏振调制相干FSO系统的参数给出了建议,优化了系统性能。