近年来，水下无线光通信(UWOC)技术因其高速数据传输能力而成为了研究热点，但水波的吸收和散射等因素使得UWOC信道变得十分复杂。对复杂的信道做出准确的信道估计(CE)和信号检测(SD)是目前高速UWOC面临的主要问题之一。针对这一问题，提出了一种在光正交频分复用系统中利用深度学习以端对端的方式对UWOC信道进行估计并直接检测的方案。首先根据在不同水域类型的UWOC信道下模拟生成的数据离线训练深度神经网络(DNN)，然后使用DNN直接对信号进行补偿，该方案可以隐式地估计出信道状态信息并直接恢复传输数据。仿真结果表明，提出的信道估计和信号检测方案在复杂的UWOC信道环境中具有优越的性能，特别是在导频数量较少以及去除循环前缀时，深度学习方案比传统方案鲁棒性更好。

针对海洋悬浮粒子引起水下激光传输信道的复杂性问题, 采用等效球形粒子米氏散射理论和蒙特卡罗数值模拟方法,研究海洋悬浮粒子对水下光通信链路的影响。分析了悬浮粒子特性及入射光波长与光学系数的关系, 研究了粒子尺寸和复折射率对接收归一化能量、接收光强、信道传输长度、信道时延的影响。理论分析和仿真结果表明：粒子的光学系数会随着粒子尺寸增大而增大, 使相同信道长度的接收归一化能量减小, 接收光强减弱, 信道时延增大；粒子复折射率虚部越小, 接收的归一化能量越强, 接收光强峰值越大, 但复折射率虚部相同而实部不同时, 接收光强峰值的大小取决于反照率, 反照率越大, 接收光强越大。

在空间调制(SM)无线光多输入多输出(MIMO)通信(SM-OMIMO)系统中, 为了在调制方法固定的条件下使系统的传输容量最大化, 提出了一种新型自适应功率分配算法(PAA)。新算法采用蒙特卡罗模拟过程选择与具体信噪比(SNR)相对应的最优化功率分配系数。建立了室内通信环境模型, 推导了SM-OMIMO系统的离散输入连续输出无记忆信道(DCMC)容量表达式; 分析了新算法的分配原则及过程, 并仿真研究了其系统性能, 比较了不同发射接收阵组合条件下, 各分配算法对系统DCMC容量增益的影响。仿真结果表明, 低SNR条件下采用自适应PAA的系统DCMC容量明显高于传统的固定因子分配算法和均匀分配算法, 在高SNR条件下更易达到DCMC容量饱和值, 该结果可清晰表明信道的分集特征。因此, 采用自适应PAA是提高SM-OMIMO系统传输速率的有效途径。

针对海洋激光通信信道复杂多变的问题, 利用理论分析和蒙特卡洛模拟方法详细研究了水下光通信链路的信道特性。采用波长为532 nm的蓝绿激光, 分析了典型海水中的信道脉冲响应, 研究了接收光强与海水类型、衰减长度、发散角、波束宽度、接收视角及孔径等重要参数的关系, 并通过蒙特卡洛仿真实验进行验证。理论分析与仿真结果表明: 清澈海域中, 传输距离<40 m时, 可认为无码间干扰信道, 接收端不需要复杂的信号处理算法; 但在海港浑浊海域, 时延扩展随着接收视角和发散角的增大而增大, 从而降低信道的传输效率。当衰减长度小于等于漫射长度时, 接收光强随接收孔径的增大而减小; 但当衰减长度大于漫射长度时, 接收光强随着接收视角的增大呈现先增后恒的趋势。因此, 研究结果将对建立准确的水下无线光通信信道模型具有重要的参考价值。

在无线光通信中,为了提高系统的性能,提出了一种新的定长双幅度数字脉冲间隔调制码分多址方式(FDAPIM-CDMA)。分析了采用光正交码时,它在多用户同步和理想异步干扰下的误码率(BER)特性,并给出了误码率上限和下限的数学表达式。研究了码长、码重、用户总数以及接收门限对系统性能的影响,并在相同情况下与开关键控码分多址(OOK-CDMA)系统的性能进行了比较。理论分析与仿真结果表明,FDAPIM-CDMA系统的误码率性能随码长的增大、用户数量的减少而提高。对于过长的码重,可通过增加接收门限值来降低误码率。当符号比特数大于等于6且门限值等于码重时,FDAPIM-CDMA的误码率上限和下限均比OOK-CDMA小,具有较强的抗多用户干扰能力。因此FDAPIM-CDMA可作为OOK-CDMA的一个有效的替代方式。

在无线光通信中,为解决脉冲位置调制（PPM）需要符号同步和数字脉冲间隔调制（DPIM）符号长度不固定造成调制器等待或缓冲器溢出的问题,提出了一种新的调制方式——定长双幅度脉冲间隔调制（FDAPIM）,分析了它的符号结构、发射功率、带宽需求以及在高斯白噪声下的差错性能,并和开关键控（OOK）、脉冲位置调制（PPM）、数字脉冲间隔调制（DPIM）、定长数字脉冲间隔调制（FDPIM）等调制方式进行了比较。理论分析与仿真结果表明,FDAPIM的误包率劣于PPM和DPIM,接近于FDPIM,但明显优于OOK。虽然FDAPIM的带宽要求较高,但其带宽效率和功率效率都优于FDPIM,且不需要符号同步,相对于PPM系统,实现的复杂性大大简化;相对于DPIM,其符号长度固定,不会引起调制器等待或缓冲器溢出。因此FDAPIM应用于无线光通信系统具有一定优势。

针对无线光通信系统中L级脉冲位置调制(PPM)技术带宽效率较低的问题,结合L级脉冲位置调制技术和L级脉冲宽度调制(PWM)技术,提出了L级脉冲位置宽度调制(PPWM)技术。该调制技术通过适当降低功率效率提高了带宽效率,分析了PPWM技术的功率效率和带宽效率,在弱湍流信道模型下分析了PPWM调制技术的误包率,并与其他调制技术进行了比较。结果表明L级脉冲位置宽度调制技术具有低误码率、高功率效率、高带宽效率和较低误包率等优点。