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为满足日益增长的无线通信需求,可采用大容量及频谱效率的多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)和抗多径衰落的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术。但为解决光无线通信仍存在自由空间光信道不稳定、信号检测复杂度高及传输误码率大等问题,本论文开展了 MIMO-OFDM光无线通信系统的信道建模及信号处理等关键技术研究,重点针对现有光无线信道模型、OFDM调制与信号检测的不足,提出了非对称限幅光-正交频分复用(Asymmetrically Clipped Optical-Orthogonal Frequency Division Multiplexing,ACO-OFDM)调制的最小均方误差-排序逐次干扰抵消(Minimum Mean Square Error-Order Successive Interference,MMSE-OSIC)信号检测策略。具体研究了光无线信道模型、ACO-OFDM信道估计及MMSE-OSIC信号检测等内容。全文内容和贡献主要如下:1.针对自由空间光无线信道存在湍流、光散射等众多干扰导致信道分析困难等问题,开展了光无线信道建模研究。首先,在原弱湍流信道基础上,引入了对准误差因素,总结并定性分析了实践中易引起对准误差的原因。然后,完成引入对准误差的定量光信道建模,推导了不同对准误差下的系统中断概率,并计算信道分集增益理论表达式,再在大信噪比条件下获得其渐进表达式。仿真表明:引入对准误差后,光信道更接近真实光信号传输条件,且系统分集增益只与对准误差值有关。而当不存在对准误差时,分集增益与收发天线数成正比;2.针对光无线MIMO-OFDM系统光信号调制解调、信道估计等难实现问题,提出了叠加周期训练序列的ACO-OFDM信道估计方案。首先,为了使OFDM技术可直接用于光无线通信,利用非对称限幅及埃尔米特对称技术,使OFDM信号呈单极性;其次,针对光无线通信对噪声敏感且数据信号均值非零现象,提出了采用叠加训练序列和线性最小均方误差信道估计算法:经改进的训练序列和本地矩阵,可有效提高估计性能及传输效率。最后,结合离散傅里叶变换预编码和部分传输序列(PTS)算法,获得高峰均比抑制效果,并得到仿真验证;3.针对光无线MIMO-OFDM系统信号检测存在差错传播、计算复杂度高等问题,结合迭代逼近及多层联合检测策略,提出了反馈信息辅助的排序串行干扰消除(OSIC)算法。该方案利用每层软估计值作为反馈信息,选取反馈候选点来构造候选向量,并采用最大似然(ML)准则选取最接近发送信号的向量作为输出,解决因前期迭代检测误判引起的差错传播问题。此外,利用定量松弛因子和初值的迭代逼近策略,简化最小均方误差(MMSE)准则下的矩阵求逆计算。最后,还采用多层联合检测优化OSIC算法,可节省多次迭代检测。仿真表明:在等误码情况下,所提算法能提高4-5dB检测性能,且计算复杂度由三次幂降为二次幂。本文通过光无线MIMO-OFDM系统信道建模、信道估计及信号检测等理论优化方案,有效提高了系统误码性能,且降低了算法复杂度。故该方案可广泛应用于光无线通信系统研究。