针对水下航行器与浮、潜标之间短距离大容量数据传输问题,以光成像MIMO技术为基础,根据海水中可见光的传输特性及LED器件特性,研究了成像MIMO-ACO-OFDM通信技术。本文对水下光LOS链路信道特征基于蒙特卡罗方法进行了分析,进一步对成像MIMO信道空间相关性进行了建模分析,并分析了空间相关性对信道容量和误码率性能影响,研究了降低空间相关性技术,还提出了LED调制中抑制削波畸变和非线性失真方法,在多节点到AUV的MISO链路中研究了基于压缩感知联合检测的码域非正交多址传输技术。论文完成的主要工作和贡献包括:（1）针对水下LED可见光信道和大容量传输问题,本文利用水下光成像MIMO通信系统传输信号,使得LED阵列空分复用性能优于非成像MIMO系统。成像MIMO系统除了利用成像透镜分离信号,空间传播上仍然存在一定的相关性,本文在LOS信道模型的基础上对其进行了建模分析。当物距固定时,随着LED间距增加空间相关性变弱,当LED间距固定时,在一定范围内随着物距增加,空间相关性先增大后趋于稳定不变。由于水下短距离光通信是平坦信道,采用注水法和等功率法推导了不同空间相关条件下的信道容量和误码率性能。结果表明,随着空间相关性减小和LED光源阵列数量的增加,成像MIMO系统的信道容量变大,BER逐渐减小。当信道条件数下降到约1时,成像系统的BER在SNR为20 dB时达到10-6数量级,与非成像MIMO系统相比,在相同BER下获得12 dBSNR增益。当信道SNR较低时,通过注水方法获得的信道容量略高于通过等功率分配获得的信道容量,当SNR高时,通过注水方法获得的信道容量与等功率分配方法两者相同。（2）针对水下成像光MIMO系统阵列空间相关性问题,提出了基于SVD功率分配（SVD-baesd Precoding）、接收信号集最小欧式距离最大化（MMED）、格基约减检测（LLL-ZF）的成像MIMO-ACO-OFDM系统降相关算法。通过功率分配,使得子信道增益的差异性变小,从而降低空间相关性,在相同的误码率条件下,基于SVD功率分配预编码算法比未经过功率分配的方法信噪比提升了7dB增益。为了最大化接收信号集的最小欧式距离,在非负光信号和总功率的约束下对预编码矩阵进行优化求解。通过使用最优功率分配预编码矩阵对信号进行预编码和ML检测,仿真结果表明,与基于SVD-baesd Precoding算法相比,MMED算法在相同信道下可获得约5 dB的SNR增益,进一步提高了水下成像MIMO光通信系统的BER性能。（3）通过与传统的ZF、MMSE、OSIC、ML检测算法复杂度相比,基于接收信号集最小欧式距离最大化预编码提升了误码率性能,但算法复杂度较高。针对传统算法复杂度高误码率性能差的问题,本文提出了基于格基约减的低复杂度LLL-ZF检测算法,该算法通过对光MIMO信道矩阵格基规约,改善了原信道矩阵的正交性,并结合ZF检测算法,与基于接收信号集最小欧氏距离最大化预编码算法相比,提升了3dB的SNR增益,且大幅降低了复杂度。（4）针对水下光信道时延扩展带来的ISI问题,本文对新型水下可见光调制技术DCO-OFDM/OQAM系统原理和时频滤波器进行了研究,提出了DCO-OFDM/OQAM系统中的M-OSLM峰均比抑制算法,以解决系统复数信号转正实信号时削波带来的失真问题。仿真结果表明,通过M-OSLM算法抑制削波畸变,DCO-OFDM/OQAM系统在水下多径时延扩展信道比DCO-CP-OFDM系统在同等BER下SNR改善了3dB。针对最优直流偏置优化问题,建立了可见光DCO-OFDM/OQAM系统有用信号和直流偏置的功率分配优化模型,以匹配LED的线性调制区间,使得接收有效信噪比达到最大。结果表明,通过求解优化模型,在最优功率分配比下,有效信噪比达到了最大,误码率最小。本文搭建了基于FPGA的水下绿光DCO-OFDM系统,并分析了该系统在一定同步性能下的带宽拓展性能,提升了频谱效率,为下一步搭建成像MIMO系统奠定了基础。（5）针对在水下多传感器对AUV采集数据时大容量传输问题,基于OCDMA架构,研究了基于码域的非正交码片映射多址通信技术以提升系统平均吞吐量,根据多节点检测中连接节点数大、一定时间内活跃节点少和信号稀疏的特点,利用压缩感知理论,设计了码片映射码分多址的非正交多址传输系统,通过压缩感知技术联合检测上行非正交多址传输系统中活跃节点和数据。仿真结果表明,该系统不仅能够利用压缩感知理论可靠地检测出活跃节点和数据,同时还可以实现过载,在活跃节点较为稀疏情况下,过载率可达300%,大幅提升了水下多节点通信系统的频谱利用率和系统平均吞吐量。