随着移动互联网的快速发展和物联网的出现,未来的移动通信技术必须要具备高速无线通信、无缝连接、强安全性和超低延迟通信的能力。然而,传统的射频网络由于频谱资源匮乏,无法满足这些高要求。因此,可见光通信（Visible Light Communications,VLC）技术由于具有频谱资源丰富、高数据速率、绿色环保、无电磁干扰、保密性好等优点,近年来已经成为工业界和学术界的研究热点。目前,已经有许多工作对VLC系统的信道容量和保密容量进行了研究,然而在这些工作中噪声都假设独立于输入信号。实际上,为了满足室内环境的照明需求,VLC系统通常会提供非常高的信噪比（Signal-to-Noise Ratio,SNR）。在高SNR下,噪声的强度会依赖于信号强度。在这种条件下,VLC系统的信道容量和保密容量等问题尚未得到研究。另外,目前关于VLC的工作大都采用固定接收机,很少考虑随机因素对系统性能的影响,但实际VLC系统中接收机的位置或方向不会是固定不变的。因此,本文将围绕以上问题展开研究。首先,本文考虑相关噪声条件下的点对点室内VLC系统,推导了该系统的信道容量。由于兼顾照明和通信,VLC的非负输入信号受到峰值光强和平均光强的约束。本文考虑了两种场景:一种是同时具有平均和峰值光强约束,另一种是只有平均光强约束。对于这两种场景,本文均得到了信道容量上下界的闭合表达式。具体地,利用变分法和输出熵大于输入熵的性质,本文得到了信道容量下界;利用容量的对偶表达式和“容量可达输入分布逃逸到无穷远”的原理,本文得到了信道容量上界。渐近分析表明,上下界的渐近性能差接近于零。最后,数值结果验证了所得容量界的准确性。数值结果也表明,当光强较大时,光强均峰比对信道容量性能没有影响;当相关噪声方差增加时,容量性能下降。其次,本文研究了具有一个发射机、一个合法用户和一个窃听者的VLC系统的物理层安全。在该系统中,同时考虑了独立高斯噪声相关高斯噪声。先通过考虑非负性和平均光强约束,再利用变分法、保密容量的对偶表达式和“最优输入分布逃逸到无穷远”的概念,本文推导出VLC保密容量的上下界。数值结果表明,保密容量的上下界是紧密的,验证了所推导理论表达式的准确性,高光强下的渐近分析也证明了渐近上下界的性能差很小。然后,通过加入峰值光强约束,进一步分析了保密容量的上下界和渐近上下界,数值结果也验证了所得上下界的紧密性。此外,数值结果还表明,相关噪声会降低系统保密性能;增加额定光强或峰值光强并不能无限增加保密容量。最后,本文分析了具有一个固定发射机和一个随机接收机的VLC系统的性能。随机接收机考虑两种情况:位置随机和方向随机。根据所建立的系统模型,本文得到了信道的统计特性,并分别推导出平均信道容量和中断概率的闭合表达式。数值结果验证了所得理论表达式的准确性。另外,也给出了额定光强、调光目标、发射机高度、接收域半径、中断阈值和朗伯辐射系数对系统性能的影响。