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人们正处在一个信息剧增的时代，每天有大量的信息需要传递、处理。在这样的背景下，通信技术成了现代社会不可或缺的基础结构之一。无线光通信以其体积小、重量轻、频带宽、容量大、高保密及强抗干扰的技术优势成为许多国家和研究机构关注的重点。它以光波为载体在空间直接进行语音、数据、图像信息等双向传送。光波作为信息载体具有频率高、带宽大的优点，另外它还拥有颜色、偏振和空间并行等特性。传统的光纤通信都只利用光的高频特性来加载信息，当发展遇到电子瓶颈时，才考虑利用光的颜色特性和偏振特性来扩充信息容量，这分别是波分复用和偏振复用通信。在无线光通信中，由于其收发天线口径相对于光波波长十分巨大，因此它除了拥有光纤通信的优势外，还具有庞大的空间频带资源。目前国内外还未见有关利用光的空间特性进行通信的报道，鉴于此本文围绕利用无线光通信系统的空间维自由度进行通信展开了初步研究，主要工作如下：
1.建立了无线光通信的多维高斯信道模型，分析了信道容量，结果表明无线光通信系统存在庞大的空间带宽资源，利用它可显著提高通信容量，改善通信性能；提出了一种利用光在空间的光强分布变化来加载信息的通信方案，它充分利用了无线光通信系统的空间频带资源提高了通信速率；提出了两种收发信号图案的光学系统设计方案，导出了系统设计所需满足的基本约束方程，分析了系统参数对信息量的影响，为系统优化设计提供了有力参考；进行了30m距离的点阵图传输实验，通过分析验证了系统设计约束方程的可靠性。
2.阐述了二进制一维时间信号到M进制二维空间信号的转换及调制方法；推导了二维信号图案的判决规则和流程，它在理论上可使判决出错概率最小；在该判决规则下，推导了信号接收的误码率公式；根据信号判决流程，设计了信号接收装置框架图，并给出了一种多通道光学并行相关器，为解决信号处理中的电子瓶颈问题提供了一个思路；完成了30m距离的信号发射、接收和判决演示实验，验证了该通信方案的可行性；最后对空间调制信号的空间同步问题作了简要讨论。
3.通过建立点对点无线光通信的时空光强信道模型，构造了用于二维光强信号设计的信号空间框架，为空间信号分析和设计提供了基础；定义了三个信号性能指标，为比较各种信号设计方案提供了标准；具体设计了三种信号调制方案，并对各调制方案的性能进行了分析；对这三种调制方案从带宽效率和功率效率两性能上进行了比较，指出了各自适用的场所。
4.提出了一种时间/空间扩频混合OCDMA编码方案，分析了相关性能，结果表明，该编码方案同时利用时间和空间扩频编码，增加了地址码容量，降低了系统对器件性能的要求，改善了多址干扰误码性能，并为地址码的设计带来了更多的自由度；给出了一个可实现时空混合扩频的全光编解码器构造方案；最后根据所设计的时空扩频编码方案构成了一个室内无线光码分多址通信系统。