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无载波幅度相位（Carrierless Amplitude And Phase，CAP）调制是一种具有高频谱利用率、低成本、低复杂度等优点的先进调制技术，将CAP调制以及多频带CAP调制应用到大气激光通信系统中能提高系统的传输容量，降低系统的成本等。本论文中主要工作如下： 1、研究了大气信道对光束传播的大气衰减以及湍流效应，对Gamma-Gamma概率分布信道模型进行了分析。 2、在CAP调制系统中，分析了CAP调制以及QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制）信号的功率谱特性，在Gamma-Gamma信道模型条件下，研究了滚降系数α、滤波器抽头数ι/、接收端采样时钟偏移k对系统误码率、信号星座图以及眼图的影响，探讨了信号星座图、眼图经MMA（Multi-Modulus Algorithm）均衡前后的变化，并且对大气激光通信实验结果进行了分析。 3、在多频带CAP调制系统中，研究了各子路调制滤波器的时域特性，分析了不同频带CAP调制信号的频谱特性，在Gamma-Gamma湍流模型条件下，探讨了不同的光强起伏方差值σ2R以及信噪比大小对多频带CAP调制系统性能的影响，并且对4频带CAP调制的大气激光传输实验结果进行了分析。 仿真结果表明：在CAP调制系统中，滚降系数α以及滤波器抽头数ι的取值会影响系统的传输性能，所以应根据具体要求进行合理选择；偏移k越大，信号的相位畸变越严重，经MMA均衡后，相位偏移得到了很好的补偿。在多频带CAP调制系统中，频带数越大，系统误码率越低；当方差σ2R较小时，系统误码率主要随着信噪比的增大而减小，当σ2R较大时，系统误码率主要随着σ2R的减小而减小。实验结果表明：接收端信号都存在一定的相位畸变，经MMA算法均衡后，相位畸变得到补偿，系统传输性能较好。