人们在过去的几年对自由空间光（Free Space Optical,FSO）通信做了大量的研究,主要是因为其潜在的巨大传输容量远高于无线射频技术所提供的容量。然而一方面大气湍流引起的衰落（通常称为闪烁）和强路径损耗会限制FSO系统的传输可靠性,而空间分集因其高分集增益、易于实现、能够有效地对抗多径衰落的影响得到了广泛应用。另一方面由于无线信道的开放性,FSO系统面临安全隐患。而数据层算法加密技术容易被破解,混沌光保密通信技术对硬件的要求过高,量子光通信技术的传输速率低下,因此光码分多址技术（Optical Code Division Multiple Access,OCDMA）被认为是一种提高物理层安全性的良好候选方案。因此本文将空间分集技术与OCDMA技术应用于FSO通信系统中,从理论和实验上评估系统的可靠性与物理层安全性。研究工作主要如下:1)基于Gamma-Gamma分布建立了一种新的准同步空间分集FSO/CDMA搭线信道模型。考虑大气湍流、大气衰减、多址干扰、热噪声、散粒噪声、背景光噪声等因素对搭线信道模型的影响,理论分析了该系统的误码率性能,并采用保密容量以及截获概率作为安全性评估指标分析了其物理层安全性能。从信息论的角度出发,推导出搭线信道模型的截获概率的封闭表达式,定量分析了传输距离、传输功率和窃听位置对搭线信道模型可靠性和安全性的影响。对比了空间分集系统与未分集系统的合法用户误码率,还比较了准同步与非准同步搭线信道系统的可靠性以及安全性,从而得出准同步空间分集FSO/CDMA系统可以同时提高系统的可靠性和安全性的结论。此外,本文还利用Optisystem光学仿真软件对该FSO/CDMA搭线信道模型进行模拟。2)建立并验证了10Gb/s的单用户与双用户的空间分集FSO/CDMA搭线信道实验系统,采用基于波长选择开关（Wavelength Selection Switch,WSS）和光纤延时线（Optical Delay Line,ODL）的二维可重构光编解码器来实现实验系统的光编解码。在单用户系统实验中,首先测量了采用空间分集技术与未分集情况下的合法用户误码率,并观察解码眼图,证明了空间分集技术能提高FSO系统的可靠性。其次测量了单用户条件下编码系统与未编码系统的窃听者误码率及其眼图,通过比较得出,经过OCDMA编码后系统的物理层安全性得到了提高。在双用户系统实验中,首先测量了不同空间分集以及不同湍流情况下两个合法用户的误码率,证明了合法用户可以恢复出原始信号,实现了可靠传输,增加了系统的传输容量。观察了编码后波形以及解码眼图,表明双用户情况下窃听者无法直接通过能量检测恢复出原始信号。其次测量了单用户与双用户在相同条件下各自的窃听者眼图与误码率,证明双用户FSO/CDMA搭线信道系统的物理层安全性得到了提高。