随着高性能激光器和光学器件的出现，无线光通信，又称大气光通信在二十世纪下半叶以后得到了迅猛的发展。无线光通信具有很多独特的优势，例如高输出传输速率，保密性以及不需要频率许可等。但是，在大气中传播的光信号由于受到大气的干扰，如大气湍流和背景光，光信号的信道会发生随机衰落，这严重影响了大气光通信系统的系统稳定性和可靠性，并限制了大气光通信的通信速率的提高。近年来，多输入多输出(MIMO)技术作为一种可以有效的对抗信道随机衰落并提高信道容量的技术被引入无线光通信领域以试图改善大气通信的光信号的质量。本论文在微波MIMO通信技术基础上，结合无线光通信系统的特点，提出了利用MIMO无线光通信改善无线光通信系统中信道衰落的方案。首先介绍了大气对其中传播的光信号的干扰以及在大气中传播的光信号的误码率性能，接下来介绍了MIMO技术的一般原理和特点以及MIMO系统中的关键技术，展示了MIMO技术具有提高无线光通信系统稳定性和数据率的效果。而后结合无线光系统和MIMO技术提出了MIMO无线光通信系统的主要结构，并分析了MIMO无线通信系统中各个部分的基本原理和适用于无线光通信系统的具体的参数特点。最后在前文理论分析仿真的基础上，搭建出了MIMO无线光通信阵列接收的实验系统并采用阵列接收改善接收到光信号的质量以及通过光纤光栅构成的光滤波器进一步优化阵列天线接收的信号，证明了MIMO系统中光学阵列天线可以有效改善无线光通信系统的信噪比，并且利用光纤光栅构成的光滤波器可以进一步优化接收到的光信号的质量。