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随着世界各国对海洋权益的日益重视,与海洋相关的军事、经济利益活动日益增多,水下无线通信技术已成为世界各国竞相角逐的核心技术之一。同时基于半导体光源器件,大气可见光通信(Visible Light Communication,VLC)等关键技术研究的不断突破,以及海水对蓝绿光具有“透光窗口”特性等优势,水下可见光通信(Underwater Visible Light Communication,UVLC)的研究与应用,将为水下数据信息的高速无线交换提供一种新的技术手段。由于水下光信道环境复杂多变,干扰光信号传输的因素具有多样性,因此水下光信道还没有有效的普适性理论模型。本文主要研究了水下可见光通信信道建模,高速传输技术,最后基于发光二极管(Light Emitting Diodes,LEDs)设计并实现了UVLC传输试验系统。主要研究内容如下:1.针对现有的水下光信道模型的局限性,采用蒙特卡洛(Monte Carlo)方法模拟光子在水下传输过程,并建立了相应水质条件下的光信道模型。针对水下光信道的特点,对传统的Monte Carlo流程进行了一定的改进,最后采用双伽玛函数(Double Gamma Function,DGF)拟合Monte Carlo数值仿真结果,得出了拟合信道模型。通过对比水下光信号的实际接收效果,拟合得到的信道模型在复杂水域比简单的比尔定律适应性更好。2.针对传统的单载波调制在水下光通信效果不佳的问题,提出将正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术应用于水下可见光通信研究。相比传统的单载波OOK信号,将光信号采用OFDM技术进行传输,可以有效对抗水下高速通信时海水的散射造成的码间干扰(Inter Symbol Interference,ISI),并降低了接收误码率;在水下长距离衰减环境下,对水下光OFDM技术采用单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche diode,SPAD)检测接收设计,提出的设计方案得到了很好的验证,并大大提升了系统传输性能。3.针对水下可见光通信的主要应用场景,设计实现了2种水下高速可见光通信离线处理系统,并在大型水池环境下,进行了实际的水下测试验证。一是面向水下双向可见光通信应用需求,设计并实现了水下双向可见光通信测试验证系统,给出了水下可见光通信收发各个模块结构和功能。二是面向水下高速可见光通信应用需求,对收发前端采用均衡电路设计,结合本文的水下光OFDM信号传输方法,搭建了水下可见光通信OFDM离线处理系统,测试结果表明,离线速率可达1Gbps。