随着移动智能设备的不断革新、短视频和直播等业务的不断普及,用户对移动数据流量的需求日益增加,而传统的无线射频通信技术面临着频谱资源紧缺及授权昂贵的问题。基于发光二极管（LED）的可见光通信（VLC）技术具有丰富且无需授权的频谱资源、通信带宽大、无常规电磁辐射和节能环保等优势,成为了一种新兴的无线光通信技术（OWC）,可以兼顾照明、通信和室内定位,具有重要的研究意义和应用前景。目前VLC技术处于发展阶段,仍存在一些问题需要解决。VLC信道的高频衰减、传播损耗和复杂的室外环境等都阻碍了 VLC技术的发展和应用。深入研究室内外环境的VLC信道特性,进而提升系统性能,一直是VLC技术研究的重点,对VLC技术在未来的应用具有重要意义。论文的研究思路是先分析VLC的信道特性,针对存在的问题提出解决方案,并搭建相应的VLC实验系统,对VLC系统性能进行测试分析和验证。论文的主要创新如下:1、室内外VLC信道的建模和分析。将理论和实验相结合,建立了室内外环境的VLC信道模型,研究了高频衰减、传播损耗和室外太阳光背景噪声对VLC系统性能的影响,并通过实验验证了模型的准确性。2、基于数字电路的前馈均衡方案。针对室内高速VLC信道的高频衰减问题,提出了一种基于数字预失真波形整形的前馈均衡（DPDWS-FFE）方案,该方案仅用数字电路即可实现低功耗和低成本的VLC系统。实验结果表明该方案在解决LED带宽受限的问题上有明显的效果,采用普通的低功率（0.1 W）商用LED时,可将VLC系统的通信带宽从13 MHz提高至106 MHz,实现非归零开关键控（NRZ-OOK）调制的262 Mbps速率、5 m距离的实时VLC数据传输,且系统误码率低于1.0×10-6。3、基于模拟电路的前馈均衡方案。针对白光LED的调制带宽受限特性,提出了一种利用加法电路实现的前馈均衡（AC-FFE）方案,该方案较DPDWS-FFE方案功耗和成本更低。实验结果表明,采用1 W商用白光LED时,该方案可以将VLC系统的3-dB带宽从16MHz提升至91 MHz,实现NRZ-OOK调制的180 Mbps速率、2.3 m距离的实时VLC数据传输,且系统误码率低于1.0 × 10-6。4、室外VLC系统的抗背景光干扰方案。针对复杂的室外环境,测量并分析了以太阳光为主的背景光噪声特性,提出并实现了一种联合扰码-滤波（JSF）方案。实验结果表明,此方案具有很强的抗室外背景光噪声干扰的能力,在室外距离为70 m的太阳光环境下,基于NRZ-OOK调制的VLC系统可实现8 Mbps的实时双向数据传输,且误码率为3.2×10-6。5、自适应的光电探测器（PD）阵列接收方案。针对高速VLC系统通常需要严格对准、灵活性差的问题,提出了一种自适应的PD阵列接收方案,并进行了仿真分析与实验验证。实验结果表明,在该方案下,接收机的视场角增加到70°,VLC系统可在一定范围内移动,收发机无需严格对准即可实现NRZ-OOK调制的180Mbps速率、2.3 m距离的实时VLC数据传输,且误码率为2.87× 10-6。在上述工作的基础上,本论文设计并实现了一种高速室内VLC系统、一种中远距离室外VLC系统和一种自适应接收的室内VLC系统。所搭建的都是实时VLC原型系统,为此设计了 LED驱动、接收与放大、时钟数据恢复、均衡滤波等系统模块,并完成了系统小型化设计,为VLC系统的应用提供一定的可能性。