自由空间光通信(Free Space Optical Communication,FSO)是微波通信与光纤通信相结合的产物,具备了光纤通信的高传输速率和微波通信灵活接入等优点,近些年成为通信领域的研究热点。尽管FSO具有很多优势,但是激光在大气中传输时,受到各种大气效应及瞄准误差的影响,降低了系统的性能,限制了通信的传输距离。空间分集技术和协作分集技术都是有效补偿大气衰落的方法。由于全光中继不需要复杂的光电或电光转换过程,性能优于传统中继,本文基于空间分集技术、协作分集技术及全光网的理论,将空间分集技术与全光协作分集技术相结合,构建了一种全光协作FSO系统结构,提出了两种中继协作方案,并对系统的性能进行了分析。论文的主要内容包括:首先,基于激光在大气中的传输理论,分析了大气损耗、大气湍流效应、瞄准误差以及信号在传输过程中的各种噪声的成因,并给出了相应的统计模型。其次,基于空间分集技术的基本原理,仿真分析了在大气损耗和大气湍流效应下的多输入多输出FSO系统的性能,得出空间分集技术可以有效抵抗大气衰落,选择两个发射孔径两个接收孔径更为合适的结论,并且分析了多输入多输出系统的局限性。最后,将空间分集技术与全光放大转发中继传输相结合,提出了一种全光协作FSO系统结构、两种协作方案及相应的功率分配方式,分别理论推导和仿真分析了在大气损耗、大气湍流和瞄准误差的复合信道模型下,各系统参数对单输入单输出系统、采用两种协作方案的FSO系统的影响,结果表明全光中继可以明显改善链路的性能,选择中继方案优于全活跃中继方案。