为了实现远距离水下无线光通信,超高灵敏度的单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode,SPAD)被研究作为光信号检测器件。由于单光子探测器输出离散的单光子脉冲信号,传统无线光通信系统的信号解调技术并不能应用在光子计数无线光通信系统中。此外,水下信道多变性、光量子效应和光子探测的随机过程会对远距离光子计数系统的通信链路和性能产生影响。因此,本文针对水下光子计数无线光通信系统远距离通信的需求,围绕光子计数无线光通信调制解调技术和可靠数据传输展开研究,主要研究内容及成果如下:1.提出了一种直接从SPAD输出的离散随机脉冲序列中恢复时钟和数据的方法。在此基础上,建立了一种新的通信模型,该模型不仅考虑了时隙中光子通量的波动和光子检测的量子效率,还考虑了由此引起的恢复时钟的相位差。通过实验验证了不同系统参数对平均误码率(Bit Error Rate,BER)的影响。实验结果表明,在一个时隙内平均只有10个光子的情况下,可以实现误码率为3.51×10-4、波特率为1Mbps、最大理论通信距离为362m的水下光子计数通信。2.考虑到时隙内光子数量的变化对系统性能的影响,提出并验证了一种利用反馈信道来调整系统波特率的自适应调制技术。实验结果显示,根据时隙内光子数的变化来改变系统波特率能够有效地降低系统误码率。当时隙内光子数小于8时,链路自适应调制技术能够自动将波特率从250Kbps降低到125Kbps,系统误码率从大于1.44×10-2降低到小于5.02×10-4。3.针对水下视频传输的需求和水下信道影响系统性能的问题,提出并验证了一种适用于高误码率环境的视频传输链路协议。在发送端,视频帧的每个像素都有一个表示其位置的序列号,序列号信息和像素信息被封装到独立的数据帧中。接收端根据标志位将序列号帧与像素帧进行区分后,将像素与序列号一一对应地放入存储单元。实验结果表明,当误码率大于0.6时,仍然可以恢复视频帧的轮廓,有效地解决了由于误码引起的视频帧像素错位问题。