无线光通信(WOC Wireless Optical Communication ),也称为自由空间光通信(Free Space Optical Communication-FSO),是一种通过激光在无需光纤的情况下实现双向通信系统。它具有带宽宽、保密性好、抗干扰性强、无需频率申请、体积小、功耗低等特点。在宽带接入、广域网和城域网扩展、局域网互连、深空通信等领域有着广泛的应用前景,是当前光通信领域研究的热点之一。论文详细论述了FSO基本概念、优缺点、应用领域及国内外发展概况。主要研究了湍流大气中光束的传输理论,介绍了基于Rytov近似的弱起伏理论和基于Markov近似的强起伏理论,在此基础上,对FSO系统的若干关键技术进行了研究。研究工作的创新点总结如下:(1)建立了多光束收发的MIMO-FSO系统的数学模型。论文将MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put)技术应用于自由空间激光通信,建立MIMO-FSO系统的数学模型,并对模型进行了仿真分析和研究,仿真结果证明了多光束收发技术可以有效减弱大气湍流引起的光强起伏,提高FSO系统的性能,降低通信系统的误码率。(2)提出了一种新的适用于大气湍流信道下的空时编码分集方案。论文分析了在IM/DD(intensity modulation with direct detection)的大气激光通信中运用空时编码的可行性。以多光束发射接收技术为基础,将传统的移动通信中的空时分组码STBC (space-time block code)改进后应用于自由空间激光通信系统,给出了该方案的编码、译码的方法,并对该方案进行了仿真分析和研究,仿真结果表明,在误码率等于10-3时,采用改进型的空时编码,可以获得大约4dB的信道增益。(3)提出一种新的调制方法—双头脉冲间隔调制(DH-PIM dual header-pulse interval modulation)。在IM/DD的大气激光通信中,常用的调制方式主要有:OOK (On-off Keying)、PPM (Pulse Position Modulation)、DPPM(Differential Pulse Position Modulation)、PIM (pulse interval modulation)等,论文对这些调制方式进行了分析,在此基础上提出一种新的调制方法—双头脉冲间隔调制(DH-PIM)。研究了采用该调制方法的无线激光通信系统在加性高斯白噪声情况下的性能,对DH-PIM的符号结构、带宽、功率谱和误码率特性等方面进行了分析,并与OOK、PPM和DPPM等调制方式做了比较,结果表明,DH-PIM具有较好的带宽和功率综合特性,可以应用于高速率的实时通信系统。(4)提出了一种复合轴ATP (Acquisition, Tracking, and Pointing)系统。ATP子系统是无线光通信系统的重要组成部分,它包括瞄准、捕获和跟踪过程。安装平台的振动是影响FSO系统对准性能的一个很重要的因素,论文详细分析了安装平台振动对FSO系统性能的影响,并进行了仿真分析。在此基础上,介绍了ATP系统的基本概念及工作原理,提出一种复合轴控制系统,可以较大的提高控制精度,最后对衡量ATP系统性能的基本参数进行了介绍,利用MATLAB工具对ATP系统进行了仿真分析,结果证明,复合轴控制系统捕获时间短,超调量小,具有较好的瞄准、捕获和跟踪的性能。本课题科技部科技型中小企业技术创新基金项目,其目的是研发具有知识产权的无线光通信设备。论文对FSO系统中的若干关键技术进行了研究,在此基础上完成了实验样机的开发,进行了相应的实验和测试,给出了测试指标。本文的理论研究成果对新产品的开发和研究具有较好的应用价值和指导意义。