可见光通信(VLC,Visible Light Communication)作为一种新兴的通信技术正在全球范围内掀起研究的热潮。与其他无线技术相比,VLC拥有保密性高、无电磁干扰、绿色健康等优点。VLC使用的可见光波段属于空白频谱,无须认证即可使用,有效地拓展了频谱资源,能够与无线通信网络实现兼容和共存。由于VLC技术和WIFI技术的互补性,人们又将可见光通信技术形象地称为LIFI(Light Fidelity)。与传统照明光源相比,LED光源不仅功耗低、尺寸小、寿命长、绿色安全而且具有调制带宽高、响应时间短的优点。LED作为21世纪的照明技术将大大推动可见光通信系统在各个领域的发展。目前对于VLC的研究,主要集中在室内短距离高速通信等方向,对于室外远距离VLC系统的研究屈指可数。室外远距离VLC系统的主要研究问题有:(1)光源的捕获跟踪(2)信号的同步接收(3)光链路研究(4)调制解调技术研究。本文在前人基础上,重点研究了室外远距离可见光通信的跟踪捕获和信号的同步接收,提出了一种基于卫星同步授时的VLC系统,利用CCD相机实现对光源的自动跟踪,最后通过外场实验验证系统的通信性能和跟踪效果。本文主要工作如下:1、对可见光通信系统进行了整体的设计。提出了基于GPS同步授时的准同步算法。收发两端在完成初始化工作后,等待并接收来自卫星的同步授时信号,通过控制器在几乎同一时刻完成发射和接收,之后等待下次卫星授时信号进行通信。2、提出了一种基于CCD相机的自动跟踪算法。算法根据光源在图像中的位置,生成固定的转动方向和角度控制指令给转动平台,带动CCD相机往图像中心位置转动完成跟踪。3、本文通过详细设计,完成了室外VLC系统的平台搭建,分别在室外2公里和7.9公里进行了同步算法和跟踪算法的实验验证,结果表明选择合适的曝光时间以及接收门限,CCD收到了完整的信号,实验效果明显好于早期不加GPS信号的实验。受到CCD相机的硬件制约,目前通信速率在100bps到200bps之间。可以预见,如果换做帧频更高,品质更好的CCD相机,速率还会有很大提升,而且使用CCD图像传感器可以同时检测多路光信号。在实验室,使用8盏LED灯同时发送8路光信号,CCD相机检测到并行的8路信号并正确接收,通信速率提高为原来的8倍,初步证明多路信号的检测确实可以提高通信速率。对于跟踪实验,能够保持光源在图像的中心位置附近,证明使用CCD相机进行光源位置的跟踪是可行的。