激光通信是近年深空探测领域的研究热点之一。深空激光通信采用脉冲位置调制（PPM）提升通信能量效率，并使用单光子探测器以高效地接收信号。其中，超导纳米线单光子探测器（SNSPD）被广泛认可是最优选择之一。本文分析了SNSPD的死时间和抖动特性，以及高速脉冲信号的拖尾现象，对基于PPM-SNSPD调制探测方式的深空激光通信产生的影响，并计算了SNSPD在该体系下的光子计数特性。基于分析，提出一种偏移补偿保护时隙PPM符号同步算法。相较普通的保护时隙同步算法，所提算法能有效减少PPM-SNSPD体系下的同步误差，提升系统误码率。

脉冲位置调制具有高能效比的特点，对于抵抗自由空间信道干扰具有良好效果，而基于脉冲编码调制的联合检测量子增强接收机能够突破标准量子极限，进一步降低其误码率并逼近Helstrom极限。研究了影响单脉冲位置调制联合检测量子增强接收机的实际因素，分析了干涉度、暗计数和探测效率对单脉冲位置调制联合检测量子增强接收机误码率的影响，为实际量子增强接收机的参数选择提供了理论参考。仿真结果表明：随着平均光子数的增加，非理想的干涉度会使误码率先减后增，其极小值点大小与干涉度呈正相关；暗计数的存在会使误码率最终收敛于一个定值，该定值是暗计数的单调减函数；非理想的探测效率使得误码率呈指数级递减，且递减速率随探测效率的提升而增大。

针对应用于可见光通信的多脉冲位置调制(MPPM)方式的性能优化问题, 提出了一种基于自编码器模型的MPPM传输设计方案。该方案分别利用全连接网络(DNN)和卷积神经网络(CNN)搭建自编码器模型, 编码器端通过采用多阶段训练策略和自定义损失函数调控, 实现了MPPM信源符号的生成; 解码器端通过全连接层或一维卷积层构建的网络完成信道和MPPM信号特征学习等功能。仿真结果表明: 基于自编码器的MPPM传输系统的误码性能可以达到且略优于传统最大似然序列检测性能。

现有光空间调制存在传输速率低、发射器利用率低和误码性能不理想等问题，利用分层空间结构，并结合脉冲位置调制（PPM），提出了一种标记型多层光空间PPM（MMLOSPPM）。它利用额外扩展的每个PPM符号内的时隙进行层标记，提高了首先检出层及其调制符号的正确性。此外，推导出了Gamma-Gamma湍流模型下系统理论误比特率的表达式，并用蒙特卡罗方法对其进行了验证。结果表明：当频谱效率为3/2 bit·s^-1·Hz^-1时，（5×4-2-2）MMLOSPPM系统的传输速率相较（4×4-2）空间PPM（SPPM）和（3×4-2）广义SPPM（GSPPM）改善了3 bpcu（bit per channel use）；在传输速率相同的条件下，（5×4-2-2）MMLOSPPM系统所需要的激光器数目分别比（7×4-4）GSPPM和（16×4-4）SPPM节约了2个和11个，并且在大信噪比（SNR）区域（SNR大于28 dB）中MMLOSPPM系统获得了最好的误码性能。

针对室外可见光通信受到大气湍流因素影响的问题，采用广义超几何法，综合分析Gamma-Gamma信道下大气湍流及不同天气条件对可见光通信系统平均误时隙率(SER)的影响。仿真分析表明：16进制差分脉冲位置调制(16DPPM)可有效改善湍流效应影响；采用等增益合并(EGC)接收技术，系统平均SER明显降低；湍流信道下，晴朗、雾霾、薄雾和中雾天气时，与16DPPM单入单出系统相比，采用接收天线为3根或4根的16DPPM单入多出系统的平均SER得到明显改善。

针对垂直链路下空间脉冲位置调制(SPPM)误码性能较差的问题，采用级联信道编码改善系统误码性能，对比分析了低密度奇偶校验(LDPC)码和极化(Polar)码在不同码长、不同码率下的误码性能。仿真结果表明：在码率为0.5、误比特率为10-4时，Polar码具有优于LDPC码2 dB左右的性能；在码率为0.8时，二者的误码性能几乎相同，且在码率增大时，性能差距逐渐缩小；在SPPM系统中级联信道编码能够有效改善系统误码性能。

为提高测量设备无关量子密钥分配协议的性能,研究了基于多晶体指示源和脉冲位置调制的测量设备无关量子密钥分配协议。在多晶体指示源下,比较了有脉冲位置调制和无脉冲位置调制下测量设备无关量子密钥分配协议性能的优劣。仿真结果表明,引入脉冲位置调制可以提高该协议的密钥生成率并增大安全传输距离。并且,随着时隙的增加,密钥生成率逐渐提高,安全传输距离也逐渐增大。随后,进一步地分析了探测器在不同探测效率下,安全传输距离与密钥生成率之间的关系。结果表明,探测器探测效率越高,密钥生成率越高,安全传输距离越长。