轨道角动量态可载荷信息，且单个轨道角动量态容量无穷、不同轨道角动量态间相互正交，这些特性使得轨道角动量态及轨道角动量复用的通信方案成为目前光通信和量子光学领域的研究热点。然而，轨道角动量态是一种空间分布，它在自由空间传输时会不可避免地受到大气湍流的影响。论文首先提出一种基于发射空间分集的抑制大气湍流影响的OAM态自由光通信方案。大气湍流使得接收端不同OAM态间相互弥散，很难恢复出发送端的各自OAM态。论文分析了不同方位模式数m的单个OAM态在大气湍流下的功率转移，讨论了有无发射空间分集时通信系统的性能。数值仿真结果表明使用发射空间分集的OAM态自由光通信方案性能要优于不使用发射空间分集的方案的性能；且当方位模式m的值更大时，使用发射空间分集的OAM态自由光通信方案性能更优。然后，论文针对OAM态复用自由光通信面临的接收端每个OAM态检测都需要一个独立检测支路而导致的检测效率低的问题，提出了一种基于高效分离方法的OAM态复用自由光通信方案。由于高效OAM态分离方法的特点，新方案可从OAM叠加态中同时解调出复用系统中不同轨道角动量态的载荷信息，有效节省了复用系统接收端的解调设备，降低了OAM态复用系统的实现成本。数值仿真结果表明，当系统信噪比大于23dB时，系统误码率可以低于104，该方案是一可行的OAM态复用方案。最后，论文给出一种基于线性纠错编码抑制大气湍流影响的OAM态复用自由光通信方案。以（7,4）线性分组码为例，分析了在不同湍流强度条件下加编码和未加编码的OAM态复用自由光通信方案的误码率的对比曲线。数值仿真结果表明（7,4）线性分组码可以有效地抑制大气湍流噪声对OAM复用通信方案可靠性的影响，在弱、中强度湍流(Cn2<2×10-14m-2/3)情况下，系统误码率可以降低1到2个数量级。