随着载波频率的不断提高,拍赫兹通信频段的无线光通信（Optical Wireless Communication,OWC）技术近年来被学术和工业界广泛关注。随着全国绿色照明工程的推进及大功率发光二极管（Light-emitting Diode,LED）的快速发展,具有无射频电磁辐射、无需频谱认证、低设备成本、高速率、应用广泛等优势的可见光波段的OWC技术-可见光通信（Visible Light Communication,VLC）技术应用而生。此外,室内可见光定位（Visible Light Positioning,VLP）技术弥补了WiFi、蓝牙、红外等定位技术精度不高、实现复杂、成本高等问题。近来年在国内外学术界和工业界也引起了极大关注,被认为是一种具有高定位精度、高能效和长寿命的有前途的解决方案。由于数据流量的激增与移动终端设备的广泛使用,无线局域网正面临短距离接入带宽受限、单位面积通信速率受限等问题。VLC由于有限的传输和干扰范围,可实现室内密集的光小区部署,以满足室内用户终端的海量接入和高通信速率的需求。可见光的实用化系统设计将在未来得到实现,深入研究室内密集覆盖下的VLC与VLP及其联合布局设计,以给出系统参数选取和联合布局方案的指导意见,是VLC与VLP走向实用化的关键。本文针对室内密集覆盖下用户单位面积传输速率、基于手机相机的二维（2-Dimension,2D）可见光精定位算法及系统实现、三维（3-Dimension,3D）定位误差性能分析及VLP和VLC联合布局展开研究。通过理论建模推导、实验和仿真分析探究了密集覆盖下VLC和VLP的性能表现,给出了室内密集LED覆盖场景下系统参数的优化选取准则,实现了商用摄像头厘米级的高精度VLP系统,提供了室内LED密集布灯参考准则和理论基础。针对室内密集覆盖下用户单位面积传输速率问题,基于LED朗伯辐射模型和密集接收用户的信干噪比建模用户单位面积传输速率,对密集单色LED和多色LED系统中基于中心区和边界区划分的传输协议设计进行半功率角优化以降低小区间干扰,实现用户单位面积传输速率的最大化。讨论了不同中心区边界区区域、不同时隙大小、不同LED半功率角、不同区域用户速率公平性以及在照明均匀性约束对系统性能的综合影响。结合参数优化结果和系统性能的对比分析,给出了不同实际场景需求下各组合优化参数的选择准则。针对基于手机相机的2D可见光精定位问题,通过对室内VLP系统建模和影响定位精度的因素分析,提出了针对坐标已知的基于APD和相机接收的利用RSS原理的定位算法,和针对坐标未知的基于相机接收的利用图像霍夫处理的平移旋转模型的定位算法。探究了模型参数预估、初始参考点和旋转中心校准等方法削弱定位误差。搭建了两种情况下室内3个LED的VLP系统,实现了收发高度大于2 m的室内2D典型应用场景下厘米级的高精度VLP系统。针对室内密集覆盖下3D定位误差性能及VLP的布局优化,基于世界坐标系中LED的3D位置和投影在像素平面的2D坐标关系,给出了密集LED覆盖下,收端基于平移旋转模型中不同坐标系转换估计用户位置的定位方案。分析像素域坐标对待估位置的偏导给出了定位误差性能,并对其在2D平面和3D空间内的旋转表现进行了仿真研究。重点探讨得出了室内VLP的平行收发平面场景下定位误差性能与不同密集布局下捕获LED数目的反比关系,并基于此优化了VLP中的密集LED方形布局,得到了非均匀但具一定对称性结构的布局。针对室内密集覆盖下VLP和VLC的联合布局问题,基于VLP中的LED方形布局优化结果,考虑VLP和VLC的联合布局优化。分析了不同密集LED布局对定位误差性能和室内不同区域用户速率公平性及照明均匀性考虑下的平均传输速率的影响,提出了效用函数表征VLP和VLC的联合性能,并给出不同效用函数下LED布局参数的优化解,最终优化给出了中心区域LED密集边界区域LED稀疏且整体LED分布更具均匀性的布局优化准则。