全文主要由四部分组成。 第一部分对自由空间实现量子通信的前提条件和依据进行了分析，探讨了现有自由空间量子通信方案的实用性和应用前景。 第二部分基于平流层经典通信技术和平流层平台技术的发展现状及其种种优点，提出了具有良好实用前景的新型平流层量子通信系统模型，并描述了系统结构及系统模块功能。本文在此系统模型的基础上构建了具备良好实用前景的平流层量子通信网络，分析了几种典型的网络拓扑结构，提出任意平流层量子通信网络，并结合基于光纤量子通信网络构建全球量子通信网络模型。 第三部分针对对流层与平流层的大气环境，对平流层量子通信链路的衰减进行了分析和计算。具体包括两个方面：首先，分析了量子信号在真空和大气中的传输光路、大气湍流以及大气衰减对量子信号造成的影响，推导出了计算平流层量子通信信道衰减的表达式；然后，计算了几种大气状况以及真空环境下的量子通信链路衰减，并对计算结果进行了分析。理论分析结果表明，平流层量子通信是完全可行的。本文关于平流层量子通信链路衰减的分析、计算以及结论对其它自由空间量子通信链路衰减分析具有较好的参考价值。 本文最后讨论了平流层量子通信的实现与应用方面的有关问题，主要考虑了平流层量子通信在未来与经典通信结合的情况。