带宽需求、接入用户与设备规模以及多业务流量的激增给无线频谱资源和通信网络能耗带来了严峻的挑战。而无线光通信(OwC)为解决这些瓶颈提供了全新的视角。在OwC技术中,相比于自由空间光通信(FSO)与可将光通信(VLC),两个独特特性和优势使得紫外光通信(UVC)可以满足未来一些特殊通信场合的需求:1)UVC能够依靠散射传输实现非视距(NLOS)传输链路;2)地面日盲特性使得UVC可以在使用大视场(FOV)接收机的同时保证低背景噪声。另外目前UVC试验系统与集成器件已初步成型。因而UVC在未来军事和商用通信场合都有着潜在的应用价值由于大气散射引起的信道衰落和脉冲展宽对有效带宽的限制作用,目前通信距离和速率是制约UVC系统的主要因素。因而针对紫外光大气信道的特性,制定一套高速率、可靠的系统方案以提高通信性能,是未来紫外光通信研究的重点。多输入多输出(MIMO)技术通过复用空间资源可以提升通信系统的信息容量与传输性能,为解决UVC中遇到的上述难题带来了新思路,即MIMO UVC技术。UV MIMO通信技术依旧处于起步阶段,有很多问题值得研究和探讨。目前国内外对UV MIMO通信的研究主要集中于SIMO接收分集,而对提高系统频谱效率的复用MIMO系统、高可靠传输的MIMO纠错编码系统以及移动信道中MIMO系统性能的分析仍旧欠缺。同时高速散射UV MIMO无线传输理论与系统的研究面临着以下两个关键挑战:一、空变时变环境下散射信道传输模型;二、适于移动信道的高速可靠MIMO UV系统设计。所以本论文将对非视距UV MIMO信道特性和系统关键技术展开深入的研究,主要内容包括如下几个部分:1.首先基于散射传输理论推导了 UVMIMO信道模型。为了精确描述大气散射传输,我们基于Monte Carlo方法,使用解析的方式建立了 UVMIMO信道模型。在第二章我们将详细讨论使用传统均匀阵列天线分布的UV MIMO系统信道模型。由于MIMO信道模型与多接收天线信号的空间相关性密切相关,我们根据接收机散射共同体几何特性提出了一种几何结构的方式来计算UV MIMO系统的空间相关性。与传统射频通信系统相比,UV通信系统会表现出不同的性质。另外我们通过窄带信道近似简化的条件建立了 UV MIMO系统的信道矩阵模型,在此基础上对比分析空间相关性与信道容量的关系。2.我们针对高速传输的场景,对UVC系统的低密度奇偶校验编码(LDPC)技术展开了讨论。在论文的第三章,我们首先通过修改传统的光子接收机响应模型,得到一个统一的考虑信道散射传输和接收端噪声的UVC系统接收机接收响应模型。在该信道模型的基础上,我们提出了一种启发式的LDPC编码方案,可以有效补偿紫外光散射信道特性带来的诸多弊端。此外,基于该LDPC编码并结合之前的MIMO信道模型,我们还首次探究了 LDPC MIMO系统在NLOS UV信道中的应用。3.在论文的第四章,我们主要分析和讨论了移动UV MIMO系统设计和信号检测算法。目前国内外对紫外光通信系统的研究普遍集中在静态点对点链路,缺乏对移动性的分析。首先我们分析了移动链路中UV信道的链路带宽特性,提出了其解析模型。并在此基础上设计了一种方形阵列式接收机以提高带宽特性。其次我们引入了 Mesh组网的方式实现了紫外光信道链路的移动互联。同时我们利用MIMO的空间复用增益来提高移动UV Mesh网络的链路速率,设计了一种非共面的紫外光MIMO收发机,成功实现了空间独立的紫外光MIMO信道。最后我们根据上述紫外光MIMO信道的空间对称特性,修改了传统的球形译码(SD)算法。数值仿真证明非共面的MIMO结构可以实现完全的空间复用,修正的SD算法可以实现与SD算法同等数量级的误码率的情况下线性的计算复杂度。