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光无线通信,包括可见光通信（Visible Light Communication,VLC）,光载波无线通信（Radio Over Fiber,RoF）,是未来关键的用户终端数据接入技术。为了满足终端用户大带宽数字服务需求,先进数字信号处理（Digital Signal Processing,DSP）技术必不可少。当前主要的技术挑战,是为大容量系统设计编码调制方案,即联合优化前向纠错编码（Forward Error Correction,FEC）调制格式为数字信号赋予抗噪声性能和高频谱效率。比特交织编码调制（Bit-Interleaved Coded Modulation,BICM）方案具有高并行性、低延迟、可独立设计FEC和调制格式的优点,因此成为了大部分传输系统的编码调制方案。在当前FEC的发展过程中,极化码是首个经过理论验证可达到香农极限的FEC,它已经被应用到了最新的5G编码标准。另一方面,星座整形技术是确保通信系统达到香农极限的另一种重要DSP技术。概率幅度整形（Probabilistic Amplitude Shaping,PAS）作为一种新型BICM方案,是当前性能十分优异的整形技术。它具有速率调控灵活,复杂度低,有效达到香农极限的优点。本文以两种先进的BICM,比特交织极化编码调制（Bit-Interleaved Polar Coded Modulation,BIPCM）和PAS为研究对象,对它们在两种光无线通信系统,VLC系统以及RoF系统中的应用展开研究。本论文的主要研究内容和创新点如下:第一、提出一种帮助极化码克服频率衰落的编码子载波映射方法,在基于使用128-QAM的正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）的VLC系统中进行实验验证。实验结果表明,采用提出的方法以150MSa/s的采样率发送信号,在经过80cm的自由空间传输后,可以实现了5.77bit/s/Hz的高频谱效率的无差错传输。同时,在175MSa/s的采样率情况下,提出的方法具有9.86dB的Q因子,相比未编码的情况提高了5.12dB。第二、提出了一种基于正交循环矩阵变换（Orthogonal Circulant-matrix Transform,OCT）预编码的BIPCM方案用于OFDM VLC系统。该方案采用蒙特卡洛方法（Monte Carlo,MC）来联合构造级联256-QAM的极化码,克服了映射比特层信道上的衰落。同时,利用OCT预编码可以抑制OFDM子载波的频率衰落,具有高可靠性、低延迟和低复杂度的优点。实验结果表明,通过80cm的自由空间传输,在1×10-3的误码率（Bit Error Rate,BER）下可实现343MB/s的净数据速率传输。提出的方法与使用优化的二次多项式交织器（Quadratic Polynomial Permutation,QPP）BIPCM方案相比,接收端的复数乘法次数减少了33%。第三、针对W波段毫米波RoF系统,提出了一种适用于大数目数据子载波的OFDM的64-QAM PAS方案。采用OCT预编码方法后,仅需一个恒量组成分布匹配器（Constant Composition Distribution Matcher,CCDM）,就可以在240个子载波上实现一个优化的概率分布。通过实验验证,结果表明,信号经过20km的单模光纤（SMF）和0.5 m的自由空间传输后,相比于平均分布的64-QAM方案,提出的PAS方案在误码率为1×10-4时,可以为系统带来最大为1.07 dB的整形增益。同时,它继承了传统单载波PAS方案速率灵活,整形增益大的优点。