可见光通信(VLC)是以400-800 THz频段的可见光作为信号载体,进行信息传输的一种通信技术;由于具有无需频谱许可、对人体无电磁辐射、可照明与通信兼用从而节省能源、在电磁受限环境下可实现通信需求等优点,被视为传统无线覆盖的一种重要补充,受到了学术界和工业界的广泛关注。本文围绕点到点VLC系统的容量和收发机设计问题展开研究,主要工作如下:一、在具有与信号相关的加性散弹噪声条件下,分别针对无平均光功率约束和有平均光功率约束两种情形,研究了SISO-VLC系统的容量问题。主要工作包括:1)分别针对无平均光功率约束和有平均光功率约束两种情形,给出了容量问题对应的泛函优化问题,并证明了该容量优化问题是凸泛函优化问题,从而存在唯一的最优解;2)分别针对无平均光功率约束和有平均光功率约束两种情形,给出了达到容量的输入信号概率密度函数需要满足的一个充分必要条件;3)分别针对无平均光功率约束和有平均光功率约束两种情形,基于最优输入信号概率密度函数需要满足的条件,证明了达到容量的输入信号分布一定是有限取值的离散分布;4)分别针对无平均光功率约束和有平均光功率约束两种情形,推导了达到容量的最优离散输入信号的概率分布所满足的方程。二、研究了SISO-VLC系统采用二维波形调制时的基函数和星座设计问题。主要工作包括:1)推导了SISO-VLC系统采用二维波形调制时,VLC各信号约束在调制基函数下的数学表达式及相应的信号空间;2)在假设一个基函数为直流分量时,证明了使信号空间面积最大的另一个基函数是取值互为相反数的二值函数,且取相反值的时间长度各为符号周期的一半;3)将最小化误码率问题转化为最大化最小欧氏距离问题,以此来设计调制信号的二维星座;采用一阶Taylor近似的方法,将原始非凸的星座优化问题转化为线性优化问题进行迭代求解,并从理论上证明了迭代算法能收敛到原始非凸问题的KKT点。三、研究了PAM-DMT和Flip-OFDM系统的改进接收方案设计问题。主要工作包括:1)根据PAM-DMT发送端结构的特点,按照信号流程推导了PAM-DMT接收信号的虚部和实部与发送数据的关系;基于推导的收发信号关系,针对PAM-DMT提出了一种利用接收信号实部和虚部联合进行检测的迭代接收方案;2)根据Flip-OFDM发送端结构的特点,按照信号流程推导了Flip-OFDM正负子帧的接收信号与发送数据的关系;基于推导的收发信号关系,针对Flip-OFDM提出了一种利用正负子帧接收信号联合进行检测的迭代接收方案。四、研究了迫整接收下MIMO-VLC系统的收发矩阵设计问题。主要工作包括:1)推导了一维PAM调制的MIMO-VLC系统采用迫整接收方法时,迫整接收中的整数矩阵需要满足的充要条件;2)考虑VLC信号和迫整接收矩阵需要满足的约束,以最小化各数据流的MSE之和为目标,发送端直流偏置、发送预编码矩阵、接收均衡矩阵和迫整接收整数矩阵为优化变量,建立了优化问题,并根据优化问题的特点和最优解的条件,将问题简化为只关于发送预编码矩阵和迫整接收整数矩阵的优化问题;3)将简化后的优化问题分解为两个子问题,第一个子问题为迫整接收整数矩阵给定时关于发送预编码矩阵的优化问题,第二个子问题为发送预编码矩阵给定时关于迫整接收整数矩阵的设计问题;4)对第一个子问题采用条件梯度和投影梯度两种可行方向法进行求解,对第二个子问题采用一个基于格约减和球形译码的启发式算法进行求解;通过迭代求解第一个和第二个子问题,得到原始优化问题的一个次优解。