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随着发光二极管(Lighting-emitting diode,LED)技术的发展,LED照明逐渐替代其他传统的照明方式,将LED用于感知和通信系统中的潜在可能性在近年来逐渐受到了研究者的广泛关注。在实际的应用和系统中,结合可见光信道的特点对系统进行设计,可以大大提升系统的能效。本文主要利用可见光信道的特点,探究了室内可见光感知(Visible light sensing,VLS)方案和信号相关噪声(Signal-dependent noise,SDN)影响下的可见光通信(Visible light communication,VLC)系统的星座图设计方案,旨在提升可见光感知和通信系统的能量效率。对在可见光信道下的VLS系统进行高能效的系统设计,我们直接利用已有的高能效LED对环境进行感知和检测,实现高能效的VLS系统。基于特征空间分析的检测方法实现室内可见光环境感知,与传统的基于平均强度变化量(Average intensity variation,AIV)的检测方法相比,当室内环境发生改变时,基于特征空间分析的检测方法感知准确率较高。考虑实现基于VLS的信道估计更新方案,只在感知到室内环境发生改变后对信道进行更新,因此能够在保证通信误码率(Symbol error rate,SER)性能的前提下降低信道估计的开销。对在可见光信道下的单用户VLC系统进行不需要额外加入直流偏置及考虑SDN影响下的高能效星座图设计。在单载波VLC系统中,当接收端使用最大似然(Maximum likelihood,ML)估计时,可以通过联合优化星座点和判决阈值、最小化接收端错误概率的方法进行星座图设计;在多载波VLC系统中,由于接收端基于最小欧式距离(Minimum Euclidean distance,MED)准则进行符号判决,因此我们也基于最大化MED准则进行星座图设计。数值仿真结果验证了使用我们提出的方案设计的星座图的SER性能要优于使用其他传统的星座图设计。对在可见光信道下的多用户VLC系统进行不需要额外加入直流偏置及考虑SDN影响下的高能效星座图设计。为了对抗SDN的影响,我们提出了基于最大化最小旋转欧式距离(Rotated-minimum Euclidean distance,R-MED)准则的星座图设计方案；为了实现在任意信噪比(Signal-to-noise ratio,SNR)下均最优的星座图设计,我们提出了面向距离谱范围(Distance range oriented,DRO)的星座图设计方案。数值仿真结果验证了使用基于最大化R-MED准则和DRO设计的星座图的SER性能要优于使用基于最大化MED准则设计的星座图。