由于海水中存在着蓝绿光低损耗窗口，且光通信带宽较大，所以可见光通信成为水下短距高速数据传输的主流方案。然而，目前的发光二极管调制带宽往往只有几MHz，限制了可见光通信速率的进一步提高。多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技术可以通过空间复用并行传输多路数据，提高通信速率。所以，将MIMO技术与可见光通信相结合，建立光MIMO通信系统，提高系统容量，业已成为水下光通信领域的研究热点。可见光 MIMO 一般采用强度调制-直接检测方式，多个光源的光束在接收端相互叠加，造成不同光电二极管接收到的信号较为相似，因此信道具有相关性，严重影响了光MIMO系统的误码率性能。可见光MIMO系统主要分成像和非成像 MIMO 两种。前者利用光学手段解相关，后者则通过预编码，空间调制等信号处理方法解决信道相关性的问题。本文主要针对非成像光MIMO系统。做了以下几方面的工作。
　　（1）非成像光MIMO通信系统性能分析。首先，分析并总结了海水对光子传输的影响，针对水下光通信中的吸收散射效应，采用射线跟踪法对水下非成像光MIMO进行信道建模。然后，根据水下光MIMO通信场景，建立水下非成像光MIMO-OFDM理论模型。对基于不同光OFDM调制的水下非成像光MIMO通信系统进行性能分析和对比。
　　（2）水下非成像光 MIMO 信道相关性分析。针对可见光 MIMO 信道相关性高的问题，结合LED的朗伯辐射模型和水下信道对光子的吸收散射影响，建立水下非成像光MIMO直射链路模型。得出水下非成像光MIMO信道相关系数以及矩阵条件数与系统参数的关系。得出布置水下光 MIMO 系统应尽量增大光源间距和光电传感器间距，并缩小光束发散半角，以减小水下非成像光MIMO的信道相关性。
　　（3）非成像光MIMO-OFDM预编码算法研究。针对水下非成像光MIMO-OFDM系统具有强信道相关性和高误码率的问题，提出了一种预编码算法。在满足光信号非负约束和总功率受限的条件下求解预编码矩阵，最大化接收信号的最小欧氏距离。在发射端对信号进行预编码，接收端通过最大似然方法对接收信号进行解码。仿真结果表明，与基于奇异值分解的光 MIMO 预编码算法相比，该算法在总功率不变的前提下降低了非成像光MIMO系统的误码率。