近年来,随着人们对超高带宽,经济安全和高速无线数据传输需求的日益增长,自由空间光（free-space optical,FSO）通信以传输速率高、可用频带宽、低功率损耗以及保密性好等优点表现出越来越高的科研和商业潜力。然而,在自由空间中传播的光信号遭受大气湍流、雾、路径损耗和瞄准误差等多种破坏性效应的影响,从而导致信号衰减和通信系统性能下降。为了缓解FSO链路性能的恶化,使用中继技术可以有效保证系统通信的可靠性。因此,本文将中继技术和具有高接收灵敏度、抗偏振膜色散能力强、频谱效率好的相干光正交频分复用（CO-OFDM）技术相结合,对FSO通系统做出如下几方面研究:首先,基于M分布大气湍流信道提出了一种译码转发（DF）多跳CO-OFDM FSO系统理论模型,推导出多跳CO-OFDM FSO系统联合衰减信道增益的概率密度函数（PDF）,并在此基础上推导出系统中断概率和误符号率的闭合解析表达式。分析了中继链路长度、中继节点数以及子载波个数等关键因素对系统中断和误符号性能的影响。仿真结果表明,当归一化门限值大于-8 d B时,多跳系统发生中断的概率达到百分之百。当误符号率为10-5时,中湍流下多跳系统在中继间链路长度为1000 m时的平均信噪比相较于2000 m和3000 m分别降低了约为14 d B和19 d B。此外,系统性能随着中继跳数、子载波数量、大气湍流强度以及中继链路长度的增加而降低,可通过适当地减小归一化门限值和增加平均信噪比来提升系统性能。其次,基于M分布大气湍流信道提出了一种新的译码转发串并行组合中继CO-OFDM FSO系统理论模型,利用Meijer G函数的积分性质分别推导出在联合衰减信道条件下系统中断概率和误符号率精确的数学表达式,研究了不同天气条件、组合结构参数、映射阶数等关键因素与CO-OFDM FSO系统中断和误符号率性能之间的变化关系。在一定条件下,相较于串行或并行中继,串并行组合中继在进一步扩大通信覆盖范围的同时,可以为CO-OFDM FSO系统带来更大的性能优势。并且得出晴朗、小雨、烟霾、薄雾四种天气现象对系统中断和误符号性能的影响依次增大的结论,特别是在雾天,系统维持正常通信所需信噪比高达98 d B以上。最后,从降低系统结构的复杂性和节约成本的角度出发,设计出了一种自由空间光通信放大转发（AF）串并行组合中继装置,给出了具体的实现方案。此装置极大地拓展了通信覆盖范围,提高了系统抗大气湍流能力以及增加了系统信道容量。综上所述,本文深入研究了一些关键性参数对CO-OFDM FSO多跳和串并行组合中继系统中断和误符号率性能的影响,为中继技术在自由空间光通信的实际应用奠定了理论基础。