随着信息通信技术的飞速发展,军民领域都对海量高速的数据传输提出了更高的需求。无线激光通信技术具有高传输码率、大信道容量、高抗干扰能力、高保密性、无需频谱授权等诸多优势,是满足军用、民用高性能通信方式的重要手段之一。然而无线激光通信容易受到云雾遮挡等天气条件影响导致可靠性降低,而射频通信具有较高可靠性且受云雾天气环境的影响较小的特点,但射频通信却又不能满足军民领域日益增长的对容量需求。所以将无线激光与射频结合使用的概念是构建未来高性能的无线通信网络的有效方案之一。但是多种应用场景限制光电综合通信链路实施的可行性,主要限制包括无信道状态信息反馈、非视距通、远距离、强衰落及湍流、中继节点能量受限等情况。本文主要针对上述限制条件下的光电综合无线通信链路进行建模及分析,推导出整系统中断概率、平均误码率、信道容量、安全中断概率等重要性能指标的解析表达式,从而为未来的工程实践提供了理论依据。首先,本论文针对传统采用硬切换方式的混合光电无线通信链路需要及时准确信道状态信息反馈,以及实际使用场景中存在的对准误差严重影响通信链路性能的问题,采用了选择合并的方法,建立了考虑衰落、湍流以及对准误差影响下基于选择合并方式的并联混合光电无线通信链路模型。借助特殊函数等数学工具推导出了链路中断及误码率性能的函数闭式解析表达式。该结果便于直接用于实际计算,从而避免了用计算机数值模拟仿真计算需要消耗大量计算时间的问题,也为进一步揭示混合链路的潜力提供了理论参考。第二,本论文针对混合光电通信链路受到无线电窃听及同频干扰的问题,采用建模分析的方法,建立了基于通用Malaga分布的非合作目标场景下的混合光电通信链路的模型。分析了包含射频天线数量、湍流强度、对准误差、干扰信噪比等多个模型参数对混合链路中断概率及误码率的影响规律;以及窃听信噪比对混合链路安全性能的影响。推导出了混合链路端到端中断概率,平均误比特率,以及安全中断容量的下界的闭式解析表达式。进一步分析了混合链路在高信噪比时的渐近性能,得出了系统分集增益决定因素。以上推论及仿真分析结果可以为分析此场景下混合链路性能的限制因素提供理论参考。第三,本论文针对传统采用近红外波长的混合通信链路不能跨越障碍物进行非视距通信的问题,提出了采用并联混合紫外光/射频通信链路的解决方案。采用数学建模的方法,建立了考虑链路损耗、湍流影响下单刃峰遮挡模型下混合紫外光/射频通信链路的模型。一方面分析了路径损耗随基线距离、障碍物高度及位置的变化关系,为系统实际工程中最优的部署方式提供理论参考。另一方面在论文的输入限制性条件下推导出了混合紫外光/射频通信链路在弱、中、强湍流情况下中断概率及误码率的闭式解析表达式,为今后工程实践提供一定的理论基础。第四,对于长距离的无线通信链路,通常采用中继方式。而能量受限的中继节点往往成为整链路性能限制因素。本文采用减少中继节点的软硬件复杂度,分摊复杂度至源节点以及目的节点的思路,通过对中继节点使用单天线放大转发,源节点及目的节点采用多天线的方式,达到相对单天线中继链路提高整体传输性能的目的,建立了能量受限的中继节点下级联电光无线通信链路的模型,分析并讨论在上述模型下混合链路性能指标,推导出上述模型下链路端至端的中断概率、误码率、信道容量的闭式解析表达式。本文提出的模型在没有增加中继节点复杂度的前提下,拥有更大的信道容量、更强的鲁棒性,并可以削弱湍流对链路性能的退化的影响。最后,本论文针对单天线方式难以抵抗强衰落及湍流的问题,采用多天线技术的方法,对考虑捕获、跟踪、对准（Acquisition Tracking Pointing,ATP）系统工况下的通用全多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）的级联混合电光中继无线通信链路进行建模,借助特殊函数等数学方法推导出混合链路中断概率、平均误码率以及信道容量的闭式解析表达式,分析了多种模型参量对链路性能的影响趋势。在此基础上,论文进一步推导出了混合链路在高信噪比时的渐近性能表达式,讨论了系统的分集–复用折中。给出了在不同天线配置及信道条件下决定整系统分集/复用增益的变量。上述研究为今后实际的工程实践提供了一定的理论基础。基于上述的研究内容,本文针对多种实际场景限制条件下的混合光电链路进行了数学建模,并对其主要性能进行了理论推导及分析,推导出中断概率、平均误码率、信道容量等主要性能指标的闭式解析表达式,通过仿真分析证明了模型建立及理论分析的正确性,为未来高性能的无线通信设计提供了理论参考,对于构建高速骨干网的设计提供了一定的理论基础。