随着终端用户量和数据传输业务急剧增加,不仅对主干网提出了更高的要求,接入网技术也面临着高速率数据访问、大容量传输和信息安全等多方面的挑战。无线光通信具有Gbps量级的超高数据传输速率、架设灵活快捷、成本低廉等优势,作为一种全新的接入网技术受到了广泛关注。然而,大气衰减、湍流、瞄准误差等因素的存在会严重影响无线光通信系统的可靠性。光多输入多输出技术可以在不增加频谱资源和发射功率的前提下提高通信系统的信道容量和抗衰落能力,有效地缓解了无线光通信面临的上述问题。但光多输入多输出技术中存在的信道间干扰、空间相关性和天线同步等问题限制了其在实际中的广泛应用。光空间调制作为一种新型的光多输入多输出技术,通过激活激光器的索引号和数字调制符号共同携带信息来提高系统的传输速率。由于其每符号周期仅激活一个激光器,克服了光多输入多输出技术中的信道间干扰和空间相关性等问题,但会导致系统传输速率提升受限。为此,光广义空间调制以每符号周期同时激活少量的激光器组合来传输信息,这在一定程度上提升了传输速率,但以误码性能的损失为代价。因此,本文以提高无线光通信系统的传输速率和误码性能为目标,根据大气衰减、湍流、瞄准误差等因素对光信号传输的影响,重点研究了光多输入多输出技术的信道模型及系统性能、光空间调制技术、光广义空间调制技术以及信号检测等内容。主要工作与创新如下:1.针对大气衰减、湍流、瞄准误差以及空间相关性同时存在的联合效应,建立了联合效应下信道相关时光多输入多输出系统的信道模型。以此为基础,分别采用脉冲位置调制和多脉冲位置调制方式,详细推导了系统平均信道容量和误码率表达式。进一步,将表达式中信道衰落系数的累加和近似为另一变量,同时计算出该变量的概率密度函数来对表达式进行化简,给出了只需一次积分的简洁性能界,讨论了各因素对光多输入多输出系统性能的影响。结果表明,联合效应会严重影响光多输入多输出系统的性能。在信道弱相关时,瞄准误差是影响系统性能的主要因素;而在信道强相关时,强相关性比瞄准误差对系统性能的影响更严重。因此,该研究结果为实际无线光通信链路中参数设计提供了理论依据,并为后续研究光空间调制和光广义空间调制系统的误码性能奠定了基础。2.为了提升光空间调制系统的误码性能,将线性弥散码与光空移键控相结合,提出了光空时键控调制方案。在该方案中,将激活激光器索引映射为正交空时弥散矩阵,并充分利用信道状态信息和激光器选择算法来选出信道状态最优的信道发送信号,以此提升光空时键控调制系统的误码性能。同时,利用联合界技术推导了最大似然序列检测时光空时键控系统的平均误码率表达式。通过蒙特卡罗仿真和搭建硬件实验模型验证了光空时键控的实现。最后,针对发送信号具有稀疏性的特点,引入压缩感知理论,提出了近似最优接收的低复杂度译码算法——基于阈值的改进正交匹配追踪算法。该算法的计算复杂度比最大似然序列检测降低了70%以上。3.为了进一步提升光空时键控系统的传输速率,在光空时键控的基础上加入信号域映射,提出了光空时脉冲位置调制方案。在该方案中,空间域映射与光空时键控相同,信号域映射是在正交空时弥散矩阵中每列激活的激光器上映射不同的脉冲位置调制符号来共同传输信息。由于脉冲位置调制对时隙的扩展,使得发送信号的稀疏性更强,同样在接收端采用基于阈值的改进正交匹配追踪算法来降低译码复杂度。最后,利用联合界技术推导了采用基于阈值的改进正交匹配追踪算法时光空时脉冲位置调制系统的平均误码率表达式,并通过蒙特卡罗仿真证明了理论推导的正确性以及所提方案在传输速率和误码性能方面的优势。4.为了提高光广义空间调制的传输速率,利用激活激光器数目可变的思想,提出了增强型光空间调制方案。在该方案中,将激光器映射分为三类:仅激活一个激光器、同时激活两个激光器和重复激活两个激光器;并利用脉冲位置调制的正交性和分组映射的特点对三类映射进行区分,以此来增大空间域映射比特数。进一步,通过比特重复映射的方法将空间域映射的比特再次重复映射到信号域调制中来提升系统的误码性能。结果表明,增强型光空间调制系统在具有高传输速率的同时,实现了计算复杂度、误码性能、频谱效率的有效折中。5.为了提高光广义空间调制的误码性能,提出了光广义空时脉冲位置调制方案。在该方案中,通过两次空间域映射,将激活激光器的索引映射为广义空时弥散矩阵,提高了空间资源利用率。同时,在信号域映射时,不同符号周期上映射的脉冲位置调制符号满足正交性,提高了接收端脉冲位置的判决准确度,从而提升了系统的误码性能。另外,在接收端采用球形译码算法,该算法在降低译码复杂度的同时也保证了译码性能较优。