无载波幅度相位调制(CAP)由于其较高的频谱利用率和较低的实现复杂度,近年来在可见光通信(VLC)系统的实现上备受关注。然而,由于在存在定时偏差的情况下,CAP信号不仅存在较大的符号间干扰(ISI),而且存在较大的交叉通道干扰(CCI),因此CAP接收机对定时偏差非常敏感。CAP接收机的高定时敏感度问题可以通过设计低定时敏感度的CAP波形和设计高精度的定时恢复模块这两种方法解决。在CAP波形的设计方面,前人已经推导了CAP波形无ISI和CCI的时域、频域条件,并且给出了一组低定时敏感度的NS CAP波形,但NS CAP波形只降低了I通道信号的定时敏感度。本文根据CAP波形的频谱重叠特性,尝试了通过调整通带Nyquist波形载波大小来设计CAP波形的新思路。在CAP系统定时恢复模块的设计方面,前人所做的工作主要基于模拟的定时恢复方法。为了进一步提高定时恢复的精度,本文对更加稳定可靠的全数字定时恢复方法进行了研究。论文主要工作如下：1)研究了低定时敏感度的CAP波形设计。相对于PAM波形,CAP波形的无干扰不仅需要考虑ISI问题,还需要额外考虑CCI问题。本文针对这一情况采用分步设计的方法,先在传统CAP波形的基础上提出了无ISI的通带Nyquist波形的概念,然后根据CAP波形无CCI的频域条件,讨论了I、Q通道的通带Nyquist波形的载波需要满足的条件,最终设计出了更具一般性的可变频谱重叠度CAP波形,并且从中选取了两组性能较好的CAP波形,即PO CAP波形和2-DFDCAP波形,并在2-DFD波形的基础上设计了一组高频谱利用率的三维CAP波形。仿真结果表明,本文提出的PO CAP波形和2-D FD CAP波形的定时敏感度性能要优于传统的CAP波形和NS CAP波形。但是,当定时偏差较小时,传统CAP波形和NS CAP波形将表现出更好的性能。2)研究了针对CAP信号的定时估计估计算法。首先证明了传统的针对PAM信号的最大平均功率定时估计算法在CAP系统中的可用性。接着针对通带PAM信号的频谱特性,对传统的针对基带PAM信号的O&M算法进行了改进,提出了使用高频分量进行估计的多频点O&M算法。然后将多频点O&M算法推广到了CAP系统中,并且根据传统CAP波形I、Q通道波形的对称性对O&M算法进行了改进。仿真结果表明,最大平均功率定时估计的性能高度依赖于接收机的采样频率,采样频率越高,定时估计结果越准确。如果CAP系统使用发送通带PAM前导符号的方法进行定时估计,不论系统选择哪一种CAP调制波形,使用Q路波形调制前导序列,都能获得比使用I路波形调制前导序列更好的性能。而对于使用CAP信号进行可跟踪定时估计的系统,PO CAP和2-D FD CAP信号最适合使用Q通道的三倍频估计算法；NS CAP信号最适合使用I通道的一倍频估计算法；传统CAP信号使用改进的O&M算法将得到较好的定时估计性能,但是使用原始的O&M算法,定时估计的性能将十分有限。另外,由于CAP信号存在交义通道,因此CAP信号想要获得良好的定时估计性能,必须使用比PAM信号更长的定时估计符号长度。3)针对使用传统CAP波形的系统,详细介绍了接收机定时恢复模块的电路实现方法。