无线光通信,又称自由空间光通信,凭借其通信速率高、无电磁干扰、保密性强、无需频率许可、组网机动灵活等优点,在深空通信、紫外通信、水下通信、大气激光通信等领域发展迅速。但由于光强闪烁和光量子效应,远距无线光通信存在链路易中断、误码率高、突发错误多等缺点。远距离高可靠性无线光通信传输逐渐成为近年来的研究热点。为实现远距离高可靠性的无线光通信,具有单光子限灵敏度的单光子探测器被研究用于检测接收端光信号。基于上述研究背景,本论文针对无线光通信接收机采用单光子探测器检测光信号,输出信号为离散脉冲序列的特点,研究单光子通信信号的提取方法,搭建单光子无线语音通信系统,并在模拟水下环境中进行通信性能测试。主要完成工作如下:（1）调研了基于光子计数的无线光通信和水下无线光通信的研究现状及发展态势分析,阐述光子计数无线光通信原理。（2）提出了单光子无线语音通信系统总体设计方案,研制了调制单光子源,集成收发模块、模拟水下环境的水槽,并搭建了单光子无线语音通信系统,实现了高质量语音通信功能。（3）针对通信接收端探测器输出离散单光子脉冲信号的特点,提出并利用FPGA实现一种单光子通信信号提取方法。通过单光子脉冲展宽、基于单光子脉冲间隔的信号提取及信号去尾处理三个步骤实现了单光子通信信号快速提取。（4）搭建了水下通信性能测试实验系统。测试分析了单光子源辐射的光强、设置的波特率、提取电路设置的参数对通信性能的影响。测试结果表明,单光子源驱动电压为5 V时,系统比特率为100 Kbps,系统误码率低至10^-4数量级。最后建立系统数据传输物理模型,计算单光子无线语音通信系统理论通信距离。计算结果显示,本系统在I型大洋水中的理论最大通信距离可达约500 m。