可见光通信(Visible Light Communications,VLC)技术是下一代无线通信的补充技术之一,具有频谱范围广、传输速率高和无电磁污染等优势。但关于VLC的基础理论研究中还存在很多需要解决的问题,尤其是信道容量和物理层安全方面。因为VLC和射频无线通信(Radio Frequency Wireless Communications,RFWC)的差异性,所以香农公式等经典结论不能直接应用于VLC网络中。因此,本文主要研究点对点VLC系统的信道容量、VLC窃听信道的保密容量以及室内VLC网络的安全波束赋形方案设计,具体研究内容如下:首先,考虑了一个点对点可调光VLC系统。在这样的系统中,主要失真是由加性高斯白噪声和输入信号相关噪声共同引起的,输入相关噪声变化取决于电流信号的变化。在输入信号非负性,峰值光强和平均光强三个约束条件的作用下,分别推导出了信道容量上、下界的表达式。在下界的推导中,通过变分法来解决优化问题获得了较好的输入分布。然后,利用输出信号的熵始终大于输入信号的熵的特性,推导出了容量下界的闭合表达式。上界的推导基于相对熵和信道容量的对偶表达式等思想。另外,还利用数值结果对所推导的信道容量上、下界的准确性进行了验证。然后,在点对点可调光VLC系统研究的基础上,研究了物理层安全性中VLC窃听信道的保密容量问题。基于输入相关的高斯噪声情形,在信号幅度约束的前提下,分别研究了有、无峰值光强约束两种情况下的信道保密容量,并得出了保密容量上、下界的闭合表达式。由于输出信号的熵总是大于输入信号,可以使用变分法和熵幂不等式来解下界的优化问题来获得更好的输入分布,基于此输入分布得出了容量下界。上界由相对熵和保密容量的对偶表达式得出。最后对保密容量上、下界的准确性进行了数值结果的验证。最后,设计了一种室内VLC网络的安全波束赋形方案。该网络由一个发射器,一个合法接收器,一个窃听接收器和几个友好的干扰器组成。在VLC网络中,主信道和窃听信道均具有均匀分布的信号输入,并且受到加性高斯白噪声的干扰。通过使用椭圆近似方法来考虑不完美的信道状态信息(Channel State Information,CSI)。在数据信号和干扰信号的幅度约束条件下,分析了室内VLC网络系统的保密速率。在求得保密速率闭合表达式的基础上提出了波束赋形的优化问题,以在给定的约束条件下最大化保密速率。由于优化问题是非凸的,于是将其转化为可解的拟凸线性搜索问题。数值结果对保密性能进行了验证。