自由空间光通信(FSO)被认为是“最后一公里问题”切实可行的解决方法，因为其传输速率高、可用频带宽、低功率损耗以及保密性好等优点引起了学术界广泛地关注。此外，FSO系统还具有抗干扰能力强、无需频谱许可以及协议透明性等优点。但当FSO系统的光信号在大气信道进行传输时，大气随机波动产生的大气湍流效应，造成光强起伏和相位噪声，严重影响自由空间光通信系统的通信质量，此外由发射端和接收端未瞄准带来的瞄准误差以及由光信号透过大气中的粒子而产生的吸收和散射引起的链路损耗也会影响系统链路的性能。　　利用正交频分复用(OFDM)技术可以产生更高的数据速率，也可以有效地抑制符号间干扰(ISI)，因其抵抗频率选择性衰落和窄带噪声能力强，较高的频带利用率，可以很好的抑制随机衰落效应，开始逐渐出现在自由空间光通信领域。系统采用相干探测方式具有接收灵敏度高、平均信噪比高等优点，但是在实际系统中很难保证信号光和本振光的频率稳定度，真正实现起来比较困难。　　本文结合OFDM和相干探测的优点，提出了一种新的基于虚拟本振的可调谐光相干探测OFDM FSO系统，解决了很难实现信号光与本振光的频率稳定度在较高数量级的问题。重点分析了系统的中断性能和误符号性能。同时，从系统部署和连接方面出发，研究了多跳相干OFDM FSO系统性能。为相干OFDM FSO系统的实际应用提供了理论参考。研究的具体内容如下：　　首先，论述了OFDM FSO系统的基本原理，采用适合描述所有湍流强度的Gamma-Gamma大气湍流信道模型，不仅考虑了光强起伏，也考虑了大气湍流引起的相位误差对该系统性能的影响。给出了基于虚拟本振的可调谐相干OFDM FSO系统的具体模型和实现方案。　　其次，我们较全面地考虑了不同子载波个数下弱、中、强湍流引起的光强闪烁和相位起伏对相干OFDM FSO系统的中断性能和误符号性能的影响。利用系统达到一定误符号率时所需的平均接收光功率，进一步说明与直接探测方式相比，采用相干探测方式可以提高系统的灵敏度。推导出在不同子载波个数下系统中断概率和误符号率的闭合表达式。为相干OFDM FSO系统设计、参数选择提供了依据。　　最后，为了扩大发射端覆盖范围，提高系统设计的灵活性，针对串行译码转发(DF)中继传输方式，提出了多跳相干OFDM自由空间光通信系统模型。在研究大气信道衰落模型中，主要考虑大气湍流引起的光强闪烁以及由发射端和接收端未瞄准偏差和路径损耗三者的共同作用。推导出串行DF中继传输方式下的多跳相干OFDM FSO系统的中断概率和误符号率的MeijerG函数的闭合表达式，分别仿真分析了单跳、两跳、三跳和四跳情况时大气湍流强度、波束宽度和抖动因子等因素对相干OFDM FSO中继系统的通信中断性能和误码性能的影响。