空间光通信(Free Space Optical Communication,FSO)综合了通常的无线通信和光纤通信的优点,具有宽带大容量、低成本、安装快捷、机动灵活、保密性能好等优点,因而在很多领域,特别是军事领域具有广阔的应用前景。激光大气传输时易受大气湍流的影响,会引起信号衰落,造成误码率增加。尤其是在强湍流信道下,通信质量会急剧下降,甚至出现通信中断的情况,在这种情况下很难用于“最后一公里”接入网的应用。针对空间光通信技术领域中,激光大气传输和信道补偿技术的需求背景,MIMO (Multiple Input Multiple Output)空间光通信具有实用性强、实现简单、成本低等优点,因而成为近年来空间光通信中信道补偿方面的研究热点,本文主要研究内容包括：在查阅国内外文献的基础上,介绍空间光通信技术的特点及发展状况；介绍了国内外在这方面的研究概况；着重介绍了MIMO空间光通信系统及信道编码及检测技术的研究发展状况。介绍了大气湍流信道下的激光传输问题,及大气湍流信道下激光传输的弱起伏理论和强起伏理论；讨论了大气激光传输中空间时间的相关性；提出了光强起伏满足对数正态分布的似然信道估计,和K分布的矩估计；最后通过仿真与实验分析了空间光通信信道的估计性能。介绍了发射分集与接收分集理论。首先简要介绍接收分集系统的基本性能,给出该系统的最大似然检测、信噪比和误码率。然后讨论了发射分集系统的性能。为了获得满发射分集,必须将一个信息符号的发射能量扩展至不少于发射天线数的时间间隔上。最后主要讨论了应用发射训练分组X1和接收到的训练数据块r1来估计H,并证明H估计是无偏估计,及最优的训练序列X1必须是半酉的矩阵。从理论上分析了空间光通信的发射分集和接收分集,重点建立了多光束收发的MIMO空间光通信系统的信道模型。首先分析了空间光通信发射分集,提出MISO空间光通信无论在弱湍流或强湍流时,都可以选择一个合适尺度变换—对数均方差增益因子G,用一个等效的单光束信道模型来表示MISO大气湍流信道模型,并通过数值仿真计算验证了模型的正确性。MISO链路实质是减少接收光强的对数方差。光束间的相关性越大,对数均方差增益因子G越小,MISO信道性能降低。改善MISO信道性能关键是减小光束间的相关性、有效排列发射孔径及光束对准。还研究了MIMO技术和DPIM调制在空间光通信中的应用,推导了弱湍流信道模型下的差错性能。研究显示发射分集是通过多路径传输平滑接收信号光强起伏；接收分集增加孔径平滑效应,减弱接收光强起伏；在接收能量和背景噪声相同条件下,DPIM调制的不同MIMO系统存在几乎相同的最佳APD增益,因此MIMO空间光通信系统设计需要对APD增益优化；研究M=2,N=2的MIMO通信系统的三种调制方式,DPIM调制的误包率与PPM调制相差不大而大大优于OOK调制,DPIM调制具有接收机设计简单和定时误差对符号误码影响小,综合考虑DPIM是MIMO空间光通信系统中的一个较好的选择。针对空间光通信的特殊性,将传统的移动通信中空时分组码改进后应用于MIMO光通信系统系统中,对改进型空时码的编码和译码算法进行了研究。提出了基于补集的空时编码技术、循环正正交空时编码技术和差分空时编码技术。基于补集的空时编码技术适用于OOK调制系统,不适用于PPM调制系统。PPM调制的循环正交空时编码技术误码性能在以上3种编码技术最优。而差分空时编码技术鲁棒性要强于循环空时编码。研究了多孔径的阵列天线信号检测技术。首先介绍检测系统模型,分析了APD信号模型,并给出阵列接收的电子计数r的概率密度。接着对信号光入射光子数的进行MMSE估计,下面的OOK调制阵列信号及PPM调制阵列信号的检测技术都是以该估计为基础的。然后分别提出对OOK调制阵列信号及PPM调制阵列信号的最大后验准则的最优检测,为解决其算法的非线性,进一步提出基于最大后验准则的次优线性检测算法。最后提出了分布式检测的反馈融合算法。通过仿真对以上检测方法的误码性能进行比较,在信道平坦衰落情况下采用次优线性算法较好,而分布式检测算法鲁棒性强,适宜在信道衰落变化加快或低信噪比情况下采用。