可见光通信(Visible Light Communication,VLC)有机结合了通信与照明,利用可见光新频谱资源,依托广泛覆盖的发光二极管(Light Emitting Diode,LED)绿色照明光源,为解决无线通信的“频谱紧张”、“深度覆盖”以及“绿色节能”等问题提供了一种全新方式。高速传输一直是可见光通信领域备受关注的研究课题,为了提升传输速率,一种可能的途径是采用阵列传输,多灯并行工作。论文充分利用室内可见光通信空间资源丰富、信道静态稳定、信道信号非负等独特优势,提出了将处于不同空间位置的多个收发端信号参数联合设计的空间关联技术,主要研究内容和研究成果归纳如下:1.面向室内可见光通信高速并行传输的需求,建立了多路LED空间关联并行传输模型,提出了适用于可见光通信的星座加性唯一可分解理论,在实现高速传输的同时,显著降低了信道的相关性和信号的峰均比。针对可见光通信中传统的发射驱动电路的调制深度低、峰均比影响较大等问题,设计了一种融合照明通信的高效驱动电路,构造了可见光通信多路LED空间关联编码模型。在发射端对信号设计幅度和时间延迟的差异,使得在接收端得到的合成信号等效为一个高阶调制信号,且加性唯一可分解,有效地降低了峰均比,减小了LED非线性对传输性能的影响,同时提高了可见光通信传输速率。2.面向室内多LED灯具、多LED灯芯和多颜色灯芯等空间关联场景,以检测端最小欧式距离最大化为目标,将空间关联编码的最优功率分配等效为离散参数和连续参数混合的非凸优化问题,采用数学几何和分段归纳等方法给出了最优解的解析式。根据信道增益和传输路数不同进行了功率分配设计,增加了可见光通信多路并行传输信道的辨识度。在最优检测下以接收向量之间的最小欧式距离为准则和线性检测下以最小化最大误符号率为准则,结合了数学几何和反证法等数学方法获得了任意调制方式和信道模型下最优功率分配的闭式解。数值仿真结果表明,最优功率分配方案相比于一致功率分配方案可以获得明显的信噪比增益,改善了误符号率性能,且与理论分析一致,同时根据最优功率分配的闭式解可以自适应地调整发送端信号的功率分配方案,对实际中推广到任意路数的功率分配具有直接的指导意义。3.为提升空时编码在可见光通信中的传输性能,采用唯一可分解星座对(Uniquely Factorable Constellation Pair,UFCP)理论,在空间关联的基础上,设计了星座关联的非线性正交空时码,并提出了一种具有线性复杂度的快速最大似然检测算法。介绍了空时编码在可见光通信中的应用,并建立了正交空时码信道模型。所有的传输天线通过选择数对UFCP进行关联,其中数对UFCP是由一个交叉QAM星座分解而来的,并由一个随机符号来选择星座对中的符号。分析了不同天线数和不同星座对情况下关联正交码的编码增益,其编码增益是多个映射星座最小欧式距离的累积。由于提出的码字是非线性的,设计了一种快速最大似然解码算法。对比分析了多种检测算法的复杂度,通过分析发现其复杂度与星座阶数的平方根成线性关系。仿真结果表明,提出的快速检测算法与最大似然序列检测算法性能一致,同时星座关联后的空时码的性能要优于传统空时码的性能。4.针对多用户高速可见光通信难以直接构造相互正交的用户传输矩阵的问题,利用超奈奎斯特(Faster-than-Nyquist,FTN)空间关联信号设计的方法,同时实现了多路并行高速传输和多用户高效接入,并分析了该方法的理论性能极限,给出了快速检测算法。室内可见光通信系统是一个典型的多用户多小区的系统,每个LED灯可等效为一个光微微小区。通过FTN信号设计实现了多用户多址可见光广播,所有LED灯发送信号独立发送并进行一定的时延处理以获得成倍的频谱利用率,同时避免了用户之间的干扰。从传输序列最小欧式距离的角度分析了该系统的性能。由于其设计可以看做是一种动态权重的卷积编码过程,为降低最大似然序列检测复杂度,设计了一种快速迭代检测算法。仿真结果表明,相比于传统的正交多址方式和一些预编码传输系统来说,其传输性能有明显的提升,同时避免了之前一些广播通信系统中利用的联合编码技术。