随着无线通信技术的高速发展,日趋紧张的无线频谱资源和逐渐升高的硬件成本成为了关键问题。此外以传统的射频信号作为无线通信介质也会对人体的健康产生一定影响,室内无线通信的辐射安全更是成为了当前绿色通信的研究热点。在很多替代技术研究中,基于发光二极管LED的无线光通信因具有丰富的频谱资源,绿色安全和能量转换效率高等优点得到了广泛关注。本论文主要对基于LED的可见光通信中的非线性特性进行建模,并研究相关的非线性消除技术。首先,本文给出了可见光通信系统的基本模型,阐述了可见光通信系统的实现原理。介绍了IEEE 802.15.7工作组提出的可见光通信标准中的开关键控(OOK)、脉冲位置调制(PPM)和色移键控(CSK)等物理层基本调制的原理及应用场景。我们还比较了可见光通信与射频通信的优缺点,说明了进行可见光通信研究的背景及意义。针对可见光通信的色散信道和抵抗符号间干扰等问题,讨论了直流偏置光正交频分复用调制(DCO-OFDM)、非对称削波光正交频分复用调制(ACO-OFDM)和脉冲幅度离散多音调制(PAM-DMT)这三种常用的光多载波调制技术的实现方式和各自适用的通信场景,对比了这三种调制方式的频谱利用率。除了调制技术以外,本文还对纠错编码技术中具有近香农限性能的Turbo码和LDPC码的编解码方案进行了简要介绍,概述了二者在可见光通信系统中的应用。其次,本文对可见光通信系统中常用的白光LED、红绿蓝三色LED和红外LED的发光特性及伏安特性进行了介绍,建立了基于LED的可见光通信系统的非线性模型,并给出了这三种LED的伏安特性实测结果。光多载波系统与射频多载波系统一样具有高峰均功率比(PAPR)的特点,本文分析了光多载波系统的PAPR性能,从理论和仿真两个角度给出了DCO-OFDM、ACO-OFDM和 PAM-DMT这三种多载波系统在不同子载波数目下PAPR的互补累积分布函数(CCDF)性能曲线。为了说明非线性效应对系统性能的影响,我们分析了发射信号在上下削波的非线性场景中的概率密度函数,并给出了与削波参数有关的削波噪声表达式,概述了可见光通信系统中抑制PAPR的几种方法,并介绍了利用LED阵列合成信号,消除非线性效应的方法。随后,本文研究了纠错编码在可见光通信系统的非线性效应消除技术中的应用。为了对编码系统进行研究,我们首先对外附信息转移图(EXIT)及基于原模图码改进的PEXIT门限分析方法做了简单介绍。然后以ACO-OFDM系统为例观察了添加编解码模块后系统受双边削波非线性的影响,仿真结果显示利用编解码的纠检错能力可以消除一定的非线性效应影响。接着,论文采用WXIT 门限分析得到编码ACO-OFDM系统下的收敛门限,仿真误比特率曲线进行验证。在此基础上,我们还进一步研究了联合解调解码的大迭代接收技术在非线性效应影响下的性能增益。基于上述编码系统的理论分析和仿真,论文研究了编码DCO-OFDM系统的直流偏置优化问题,通过EXIT门限分析得到不同直流偏置下的收敛门限,将最低门限值所对应的直流偏置作为DCO-OFDM系统的最优直流偏置。结合数值门限优化的结果,我们仿真了不同调制阶数和信道条件下的误比特率性能,并对门限结果进行验证。最后,本文就可见光通信系统反向链路中由非线性效应导致的同步与频偏估计问题进行了研究,讨论了非线性效应引起的幅度-幅度(AM-AM)和幅度-相位(AM-PM)失真,并对定时同步误差与载波频率偏差对接收信号的影响进行了分析。论文针对定时同步问题研究了本地PN自相关和接收序列相关两种同步方法,给出了这两种方法在系统存在频偏时的同步性能对比。接着我们还研究了M次方与重复PN序列两种频偏估计算法,仿真了二者的均方根误差和误比特率性能。最后给出了硬件系统中同步与频偏估计的设计模块,在硬件平台上进行了功能验证。