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可见光通信技术(Visible Light Communication,VLC)是一种不占用传统无线电频谱资源的新型绿色信息技术。可见光通信系统采用强度调制/直接检测(Intensity Modulation/Direct Detection,IM/DD)方式,利用检光二极管(Photo Diode,PD)实现光电转换。由于PD接收的灵敏度不高,因此在水下、暗室和长管道等弱光环境下通信性能差。单光子雪崩二极管(Single photon avalanche diode,SPAD)作为单光子检测可见光通信系统的接收端,工作在盖革模式下发生雪崩效应,以输出大电流作为计数方式,这既利用了雪崩效应的灵敏性,又保护了原本加载在光功率上的信息不被雪崩效应破坏。本文在单光子检测可见光通信系统模型基础上,结合了SPAD工作原理与泊松信道特性,提出了单光子检测可见光通信系统最大似然检测算法和发射端加性唯一可分解星座组设计,主要研究工作如下:1.针对当前单LED单光子检测可见光通信检测算法性能较差的问题,利用性能更优的最大似然检测算法提升了系统的性能。根据单光子检测可见光通信系统模型,以开关键控(On-Off Keying,OOK)调制为例研究了单LED单光子检测可见光通信,推导并分析了最大似然检测算法误码率表达式,最后仿真验证了影响系统误码率的因素。2.针对需要提高单光子检测可见光通信链路质量和传输速率的问题,将空间调制技术与单光子检测可见光通信结合,以空移键控(Space Shift Keying,SSK)调制为例对多LED单光子检测可见光通信进行了研究,推导了相应的最大似然检测算法。根据单光子检测可见光通信系统模型,结合SSK调制原理,推导出了单光子检测可见光通信SSK调制的最大似然检测误码率表达式,并通过仿真分析了单光子检测可见光通信SSK调制方式影响误码率的因素。3.针对单光子检测可见光通信多用户系统中会有来自多个用户发射信号在接收端混叠,导致接收端判决性能差的问题,基于海林格距离的星座设计准则提出了一种加性唯一可分解星座组的设计方案。结合加性唯一可分解的概念与海林格距离的星座设计准则对发射端星座进行了设计,给出了一组可行的加性唯一可分解星座组设计方案和相应的最大似然检测算法,并通过仿真验证了经过设计的加性唯一可分解星座组的性能要优于未经设计的普通星座组。4.为了验证单光子检测可见光通信的可行性,设计了单光子检测可见光通信实验系统,在不同信道条件下完成了系统测试。根据单光子检测可见光通信原理设计了实验系统,利用该系统分别在暗室、长距离和非视距条件下进行了实测,通过实验结果得出了单光子检测可见光通信的可行性。