相针对基于相位增量的M次方载波同步算法存在的相位模糊问题，分析了相位模糊与系统调制参数之间的关系，并通过对帧同步过程进行改进，实现了载波同步相位模糊的消除。分别基于OptiSystem和集成相干光通信收发机搭建了空间相干光通信仿真系统和实验系统，并利用所提的消相位模糊载波同步算法对接收信号进行了处理。仿真和实验结果表明，所提出的消相位模糊载波同步算法频偏补偿和相差补偿范围不受系统调制速率、调制阶数的约束，具有更好的应用前景。

为了降低紫外光通信中多径色散效应对系统性能的影响，提高传输信道抗干扰能力，选用分离双脉冲位置调制(SDPPM)方案完成紫外光通信系统的设计。该调制方式脉冲相互分离，具有较强的抗干扰能力，可有效解决码间串扰问题。通过对SDPPM符号结构的分析，基于现场可编程门阵列对SDPPM调制解调系统进行设计，特别对解调系统的帧同步做了详细说明。使用甚高速集成电路硬件描述语言在ISE 14.7软件上完成代码编写，并用Modelsim 10.1a进行了时序仿真，进一步验证了调制方案的可行性。

为解决可见光隐式成像通信中收发两端不同步的问题, 分析了显示屏与相机链路间的特性, 将收发端不同步问题总结为丢帧和混合帧问题。针对丢帧和混合帧问题, 建立了合理的接收帧数学模型。从该模型出发, 分析差异帧绝对值的空间均值特性, 提出丢帧检测算法; 分析差异帧绝对值的行均值特性和差异帧行方差特性, 提出混合帧模糊区域检测算法。仿真和实验结果表明, 提出的帧同步补偿算法能够有效解决丢帧和混合帧问题, 达到了良好的帧同步效果, 改善了系统误码性能, 实现隐式信息的可靠传输。

设计并实现了一种并行循环移位比较的帧同步方式, 将其应用于传输速率为2.5 Gbit·s-1的大气激光通信脉冲位置调制(PPM)系统中, 论述了该帧同步的工作原理, 并分析了其同步性能。采用特定帧头同步序列提高了系统对大气信道帧同步的容错能力, 在信道状态变差时通过适当减小检测阈值可保持较高的同步概率。理论及仿真结果表明, 该同步方案可在高速PPM光通信中实现帧同步, 对应于大气信道3种不同的情形, 检测阈值分别取14、7~9、10~13时可使系统保持较好的工作性能。

针对大气激光通信中的帧同步问题, 分别基于信道特征和中心极限定理, 提出了两种帧同步识别算法。首先分析了大气激光通信的信道特征并建立了相应的信道模型; 随后利用此模型, 对输出电平矩阵每一列的数据分布情况进行了讨论, 提出了基于信道特征的帧同步算法; 最后, 针对输出电平矩阵帧数较少的情况, 从输出电平矩阵和值的概率分布情况出发, 提出了基于中心极限定理的帧同步算法。仿真结果表明, 基于信道特征的帧同步算法在帧数较多的情况下性能较好, 当信道比达到6 dB时帧同步识别率可达到100%, 但是, 随着帧数的减少, 其帧同步识别率迅速下降; 而基于中心极限定理的帧同步算法性能受帧数影响较小, 在信噪比大于7 dB时, 即使帧数下降到20, 其帧同步识别率仍可达到100%, 具有良好的帧同步性能。

为了解决星间激光通信不同步导致的信息质量差与解调难度大等问题, 针对滑动互相关算法帧同步易受载波频偏影响的不足, 采用计算仿真的方法分析了星间多普勒效应引起的载波频偏程度, 提出差分相关算法以实现帧同步与载波频偏估计, 并给出硬件实现方案, 分析了差分相关算法的帧同步与载波频偏估计性能。结果表明, 差分相关算法能够实现大载波频偏影响下的帧同步, 且具有较强的频偏估计性能, 采用差分相关算法后系统的误码性能提升近3dB。此结果说明, 差分相关算法是解决星间激光链路同步问题的有效方法。

在高速连续变量量子密钥分发系统中，位帧同步技术是确保准确获取量子信号所携带有效信息的核心技术之一。结合平衡零差探测器测量相干态的正则分量数据，提出了一种简单高效的位帧同步理论方案。基于此理论方案，在重复频率为25MHz的高斯调制相干态连续变量量子密钥分发系统上进行了实验测试和性能分析。结果表明，所提出的位帧同步方案能有效克服量子信号在密钥分发中受到的环境因素影响，有效实现通信双方同步。

对光OFDM系统中的三种同步算法进行了理论分析, 基于仿真实验, 针对定时度量、定时偏差、丢帧率三个性能参数进行了对比分析。仿真分析表明T.Schmidl & D.Cox算法由于循环前缀(Cyclic Prefix, CP)缘故使得其定位精确性欠佳, 偏差较大, 无法进行精确定位, 但算法稳定性及丢帧率方面具有很好的性能。而H.Minn和Lixun Huang & Lijun Sun两种同步算法定位精确性相对较好, 偏差较小, 但在稳定性及丢帧率方面, 后者优于前者。因而在这三种同步算法中, Lixun Huang & Lijun Sun算法性能较好, 适应性较强, 更具实际应用价值。

巴克码是最常用的帧同步码组。为了实现巴克码组的有效检出, 利用DSP Builder设计了一种新的13位巴克码识别器电路。在Matlab/Simulink中对设计的电路进行了纯数字仿真, 然后将设计的系统载入到FPGA芯片中, 运用硬件在回路仿真技术进行半实物仿真。结果表明, 基于DSP Builder设计的巴克码检出电路简单易行、稳定可靠, 达到了预期的要求。

为了解决激光通信中符号同步传输效率低问题,采用了超帧同步取代符号同步方法。在分析多脉冲位置调制码型和帧长的特点基础上,详细分析了不同的组合巴克码做多脉冲位置调制超帧同步码的方法,计算了不同长度帧的同步码长度。仿真结果表明,这种方法能实现二进制数据的正确解调。该研究结果对提高激光通信同步性能具有一定的理论参考价值。