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当下,伴随着全球移动设备数量的急剧增加,高速率通信业务量也经历着激增,这对传统射频通信提出了极大的挑战。兼顾照明和通信功能的可见光通信(VisibleLight Communication,VLC)作为新的研究热点,得到了广泛的关注,有望成为未来6G技术的有力补充。使用多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术可以提高系统的传输速率,因此对室内MIMO VLC系统的研究是非常有意义的。在室内MIMO VLC系统中,接收机需具有结构紧凑、体积小和大视场角的特点。由于使用强度调制/直接检测技术,可能出现病态的信道矩阵,导致系统性能降低。具有大视场角的棱镜阵列接收机能够在紧凑的结构中提供条件良好的信道矩阵,解决了这一难题。因此,研究了基于棱镜阵列接收机的室内MIMO VLC系统,主要包括以下内容:(1)研究棱镜阵列接收机的原理,对棱镜阵列接收机的信道建模,从视场角、接收单元的方向性和信道矩阵的秩等方面对棱镜阵列接收机的性能进行分析。针对接收机视场角受限出现接收盲区的问题,提出了改进后的棱镜阵列接收机。仿真分析了棱镜顶面形状,倾斜角以及接收单元个数对棱镜阵列接收机的影响。仿真结果表明,改进后的棱镜阵列接收机有效地提高了系统的性能。(2)由于传统的非对称性限幅光正交频分复用(Asymmetrically Clipped Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing,ACO-OFDM)技术没有充分利用频谱资源,采用分层ACO-OFDM技术提高系统的频谱效率。将基于分层ACO-OFDM的室内VLC系统从单输入单输出理想信道模型下,推广到使用改进后棱镜阵列接收机的MIMO实际信道模型下。对信号的解调分为两个阶段。第一阶段,使用三种第一级接收机消除层间干扰,得到每一层中估计后的发送信号。第二阶段,研究四种第二级接收机抑制附加噪声,提高系统的误比特率性能。仿真分析了三种第一级接收机以及四种第二级接收机的性能,并讨论了接收机位置对误比特率性能的影响。(3)与射频系统类似,VLC可同时支持多个用户设备,从而形成多小区多用户MIMO VLC系统。通过划分小区,重用空间频谱资源,提高了系统的传输速率。由于小区间干扰、小区内部干扰以及信道相关性的存在,使得多小区多用户MIMO VLC系统的研究更为困难。使用改进后的棱镜阵列接收机可显著降低信道相关性,利用接收机中每个接收单元的强方向性,提出非动态小区划分方法消除小区间干扰。根据用户分布情况,提出动态小区划分方法消除小区间干扰,利用块对角化预编码技术消除小区内部干扰。在此基础上,利用光电探测器选择技术以及优化接收机的参数提高系统的性能,并分析了系统的计算复杂度。仿真对比了空间分离接收机和改进后棱镜阵列接收机的性能,并对提出的两种小区划分方法的性能进行讨论。