基于广义惠更斯-菲涅耳原理和交叉谱密度函数，对高斯型非均匀关联的部分相干光束在大气湍流中的传输特性进行了研究.结果表明，部分相干光的相干度的变化和源平面的高斯调制半宽、传输距离等有着密切关系.在传输过程中，初始平面相干度分布存在突变，在传输过程中消失；光束中两点的相干度随着传输距离的增加先增大后减小，并且相干度的分布由非均匀分布变成均匀分布.这种非均匀关联的部分相干光束在激光通信领域具有广阔的应用前景.

可见光大气传输系统面临的主要问题在于由大气湍流引起的光强闪烁和来自日光及其他照明设备的强背景光干扰，为了克服大气湍流造成的信道衰落效应及强背景光带来的噪声干扰问题，对室外可见光通信(VLC)强背景光大气湍流信道进行了建模。在接收端采用分集接收技术，在相同的发射功率下提高系统误码率(BER)性能。构建了在强背景光大气湍流信道模型下基于强度检测脉冲位置调制(PPM)方式的室外长距离可见光分集接收系统模型，在几十微瓦功率背景光噪声下，实现了800 Mb/s PPM 信号的仿真系统传输。基于此系统分别研究对比了最大比合并(MRC)、等增益合并(EGC)、选择性合并(SC)3 种分集合并方式的误码率性能。结果表明，在相同的发射功率下，误码率性能提升最大的是MRC，其次是EGC，SC 最差。以7%前向纠错码(FEC)误码门限作为参考，MRC 能显著降低对LED 发射功率的要求，并且随着分集支路个数的增多，分集效果越好。

为了克服大气湍流所造成的信道衰落效应, 分析了在弱湍流信道模型下基于强度检测脉冲位置调制方式的自由空间光通信空间(FSO)分集接收系统模型, 推导了无分集系统的误时隙率计算公式。然后以此作为参考, 在独立同分布的情况下, 采用数值仿真的方法, 分别对比分析了最大比合并(MRC)、等增益合并(EGC)和选择性合并(SC)的误时隙率性能。结果表明, 3种合并技术中, 误时隙率性能改善最优的是MRC, 其次是EGC, 而SC的改善性能最差, 但是SC实现相对容易。利用分集接收合并技术可以有效改善FSO系统的性能, 并且具有较好的抗大气信道衰落能力, 在无线光通信中将有一定的应用前景。

分析了在弱湍流信道模型下基于开关键控(OOK)、脉冲位置调制(PPM)、差分脉冲位置调制(DPPM)和数字脉冲间隔调制(DPIM)方式的多输入多输出自由空间光 (MIMO-FSO) 通信系统模型。首先推导了各调制方式下单输入单输出(SISO)系统的误时隙率(SER)计算公式, 以此作为参考, 在独立同分布的条件下, 推导出MIMO-FSO系统的平均SER计算公式, 并用数值仿真的方法, 分析了它们的平均SER性能。仿真结果表明, 在弱湍流信道模型下, PPM可获得最好的SER性能, 采用MIMO方法能有效提高FSO系统的平均SER性能。

建立了非稳腔激光束通过大气湍流随机相屏传输至远场焦平面上的光斑强度分布模型，并考虑CCD像素单元对激光能量的离散化积分采样及探测噪声的影响，以峰值斯特雷尔比Rs、环围能量斯特雷尔比Ree和光束质量因子β作为评价远场光斑质量的指标，利用蒙特卡罗法研究了在不同信噪比(SNR)和光斑分布形态情况下，采取四种不同阈值去噪方法对远场光斑质量评价参数计算精度的影响。结果表明，足够的测量信噪比是保证光束质量测量精度的前提，在测量信噪比和光斑分布形态给定的情况下，采取阈值为CCD背景噪声均值，同时保留随机噪声起伏的去噪方法是较为合理的选择。