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可见光通信(Visible Light Communication,VLC)作为一种新兴的无线通信技术,可以在满足照明的同时实现通信功能。VLC可以利用巨大的且无需注册的免费可见光频谱资源,从而缓解传统无线通信技术的频谱资源紧缺问题。同时,VLC采用发光二极管(Light Emitting Diode, LED)作为光源,它的能效远优于其它光源或RF设备,从而减轻能源消耗所带来的环境污染问题。因此,对于VLC技术的研究在无线通信领域具有重大意义。论文选题来源于华为创新研究计划(Huawei Innovation Research Program,HIRP)中的课题《可见光通信》(编号:HIRP020150101)。由于LED的频响带宽受限,导致单个LED的通信速率较低;同时由于单个LED的发光强度受限,导致它的照明和通信质量不佳。因此需要同时采用多个LED来提升通信速率和增大光功率,从而满足照明和通信需求,这使得VLC具有天然的多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)特性。本文针对基于MIMO的可见光通信系统(简称MIMO-VLC系统)进行了研究,主要研究内容如下:一、本文研究可见光通信(VLC)系统的软硬件仿真平台体系,并实现了基于VLC协议(IEEE 802.15.7协议)的MIMO-VLC链路级仿真平台开发。该平台参照IEEE 802.15.7协议中的PHY(对应于室外)和PHYⅡ(对应于室内)规范,针对其中包含的所有工作模式(PHY I.a～i和PHYII.a～n)分别实现,可以为各种室外应用(智能交通等)和室内应用(室内定位、明暗控制等)提供相应工作模式的链路级通信基础平台。二、对于室内照明系统,VLC需要实现明暗控制功能,但目前的明暗控制技术研究中所提出的明暗控制机制未充分利用MIMO的一些特性来提升通信性能。针对此问题,本文提出了一种单灯场景下基于天线选择的MIMO-VLC明暗控制机制。该机制通过采用递增递减天线选择算法,根据信道状态信息来选择出光功率衰减较小的天线进行激活,且总激活数正比于明暗控制比例,从而在实现明暗控制功能的同时,最优化通信性能,提高通信质量。在任意的接收位置和明暗控制比例下,本文提出的明暗控制机制的通信性能均优于传统的基于幅度调节的明暗控制机制。三、在照明功能上,VLC有时需要考虑照明范围需求和均一化照明比例需求,但目前的明暗控制机制以及所提的单灯场景下的明暗控制机制都没有考虑照明范围需求,且后者不能满足均一化照明比例需求。针对此问题,本文提出了一种多灯场景下基于天线选择的MIMO-VLC明暗控制机制。该机制通过合理地分配每个灯中所需激活的LED数目来满足均一化照明比例需求,并通过限定明暗控制比例的最小值来满足照明范围需求;然后从满足上述两个需求的所有LED数目组合中选择出最佳的组合。在任意的接收位置和明暗控制比例下,本文提出的明暗控制机制在满足上述两个需求的同时,仍能使通信性能均优于传统的基于幅度调节的明暗控制机制。