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随着移动数据流量需求的日益增长及LED照明产业的快速发展,以LED灯为信号发射端的可见光通信(VLC)正成为新兴无线通信方式之一。在室内照明方案中,多个LED灯共同保证均匀全面的光照覆盖,且LED灯具有响应速度快、发光功率大等特点,使得VLC适合用作室内高速数据传输。本论文主要围绕室内照明场景下的高速VLC,依次从单光源通信系统、多芯光源通信系统、多灯通信系统几个方面展开系统关键技术的研究。论文研究了VLC系统中的信道特性。分析了无线光信道的路径损耗,测量了LED灯系统响应及非线性特性,对VLC系统信道进行建模。论文研究了基于单光源的可见光OFDM通信系统。针对接收信号的相位误差设计了纠偏算法;针对非高斯噪声设计了星座图预失真算法,提升了约1.3d B的功率效率。研究了VLC-OFDM系统中峰均功率比的分布并分析了信号功率回退对系统性能的影响。针对非独立高斯噪声设计了资源分配算法。利用荧光粉LED实现了779.4Mbps的离线数据传输,利用三基色LED实现了2.49Gbps的离线数据传输。论文研究了基于多芯光源的子载波分组OFDM(SCG-OFDM)方案。将OFDM信号的子载波分组,利用LED灯中多颗芯片分别发送,可实现每颗芯片上信号的PAPR显著降低。研究了SCG-OFDM系统性能,指出该系统方案能实现比传统OFDM系统更好的可达性能,并通过仿真和实验验证了此结论。利用SCG-OFDM实现了834.56Mbps的离线数据传输。研究了典型场景下基于SCG-OFDM的自适应系统,系统可以根据需求在SCG-OFDM与普通OFDM模式下自适应切换,以获得更好的能量效率和鲁棒性。论文研究了基于立方体接收机的非成像MIMO系统。利用立方体接收机解决了传统非成像MIMO系统中信道矩阵自相关较强的问题。当信道状态发射端未知时,系统可以采用分集配合最大比合并接收方案,或者采用复用配合迫零接收方案;当信道状态发射端已知时,系统可以采用加入预编码的复用方案,并通过奇异值分解将信道等效为并行高斯信道。分析研究了该系统各方案的性能,通过仿真揭示了各方案的特点及适用场景。