自由空间光通信技术通信容量大、速率高、保密性好,且能有效缓解日益紧缺的频谱资源,是通信领域中的研究热点。在近地自由空间光通信应用中,由于大气湍流效应的存在,激光在大气中传输时会造成光信号随机起伏、光强闪烁,使得接收信号码间干扰,进而造成较高的通信误码率(Bit Error Rate,BER),严重影响自由空间光通信的通信质量。信道编码技术能够有效缓解和抑制大气湍流带来的影响,是自由空间光通信中必不可少的应用技术。极化码是目前唯一经数学严格证明能达到香农限的前向纠错码,且其编译码复杂度低。作为一种性能良好的新型编码技术,极化码得到了广泛的研究和应用。将极化码应用于自由空间光通信中,可以带来较高的编码增益,进而有效提高自由空间光通信系统性能。本文首先对自由空间光通信大气信道展开了分析研究工作,进而给出了真实模拟大气湍流特性的双伽马分布信道模型,并对自由空间光通信两种常用调制技术进行了研究。之后对极化码常用构造方法及编译码算法进行了分析与研究,在此基础上,开展了将改进后的极化码方案应用到自由空间光通信中的研究,达到了改善自由空间光通信性能的目的。除了基础研究,本文主要研究工作如下。(1)自由空间光通信大气湍流信道中极化码的构造。大气湍流信道的随机性、多变性是其他通信信道所不具有的,而极化码的构造(即极化码信息位的选取)直接影响其纠错性能,因此如何构造出适宜于湍流特性的极化码至关重要。本文提出了一种适宜于大气湍流信道的极化码构造方法,首先基于极化码通用偏序特性,确定好部分不受信道影响的极化子信道可靠度,之后通过蒙特卡洛法对不同湍流强度的双伽马分布信道进行极化子信道仿真分析,再运用极化权重以及扩展理念形成的闭合公式,对剩余子信道在湍流信道的可靠度进行评估。如此,即可在湍流信道中衡量所有极化子信道的“好坏”,进而构造出适用于自由空间光通信的极化纠错码。(2)基于对极化码译码算法的分析与研究,综合考虑译码性能以及译码复杂度,提出了奇偶校验码辅助串行抵消列表(Parity Check Code Aided-SCL,PA-SCL)译码算法,并在高斯信道上将该译码算法与SC及SCL译码算法进行了性能对比,仿真表明,本文所提的译码算法在有效改善误码性能的同时降低了译码计算复杂度。最后将本文所提的极化码方案应用到自由空间光通信中,并基于双伽马分布信道的不同湍流强度进行仿真实验,与自由空间光通信中常用编码LDPC码进行性能对比。仿真表明,本文所提的奇偶校验码级联极化码方案能够有效改善大气湍流造成的性能损失,且在不同湍流强度下比LDPC码方案有0.8~1.5dB的编码增益。