移动无线通信当前面临着频谱资源的匮乏、大规模的接入节点激增、能源开销日益增长以及高数据流量和高质量移动服务业务需求增长等问题。而无线光通信（OWC）技术作为射频（RF）无线通信的重要补充和未来趋势正被重点关注和不断发展。其中的非视线（NLOS）紫外光通信（UVC）具备低噪声干扰、全地域全天候适用、区域高保密以及机动灵活无需跟踪瞄准等独特优势,应用场景广泛。随着日盲区紫外通信的半导体收发器件的快速发展,使其在军事国防领域和商用通信场合都具有极高的潜在应用与研究价值。目前NLOS UVC系统的传输速率低通信距离近,虽然各种高阶调制、信道纠错编码以及光束整形等性能增强技术已被开发来改善这一问题。但紫外光（UV）大气散射引起的信道衰落和脉冲展宽依然限制了高速高可靠UVC实验系统的实现。受到多输入多输出（MIMO）技术在RF无线通信中广泛应用的启发,多天线技术也被引入UVC领域。然而目前的紫外光多天线技术尚处于起步阶段,已有的研究主要集中在SIMO分集接收系统上。这些系统具备一定的抗湍流和抗噪声干扰的能力,但却无法达到类似RFMIMO空间复用配置的高增益效果。针对以下几个方面的具体问题:1)UVC MIMO研究的信道空间相关性定义不明确;2)长距离的大气湍流NLOSUVC信道的功率需求高;3)NLOS散射信道带宽受限易产生码间干扰;4)点对点NLOS UVC系统通信距离短、移动性差;5)基于强度调制直接检测（IM/DD）的工作模式下的UVC信号间的干扰无法被有效区分。本文提出了几点UVCMIMO信道的创新性理论,并深入探讨和分析了不同架构下的MIMO方案对以上问题的解决效果。主要内容和成果分为以下四个部分:1.分析了紫外光大气散射传输理论,针对脉冲响应路径损耗等关键信道参数的特性,讨论了无码间串扰的窄带信道等效。其次,对比射频MIMO,我们重新定义和阐述了 UVCMIMO的信道空间相关性理论,进一步推导了紫外光MIMO的信道容量数学表征。此外,还参与搭建了两套硬件实验系统平台,并开展了室外UVC NLOS链路性能测试,设计了 2×2 UVCMIMO实验验证了以往的研究对信道空间相关性定义的缺陷。2.创新性地构建了一种存在相关性的紫外MIMO湍流散射信道模型,研究了其收发机仰角、通信距离、湍流强度等关键参数对信道间相关性的影响。我们还提出了一种分段相关的信道表征方法,以此产生具备相关性的信道随机矩阵。进一步仿真分析了 UVCMIMO系统的信道容量,数值结果显示UVC MIMO信道之间存在一定的相关性,改变收发机仰角可以降低信道矩阵的平均相关性,虽然不能消除相关性达到完全复用,但是也能够使得UVC MIMO系统获得空间复用增益,提高信道容量。此外,这种基于仰角分离的UVCMIMO架构还具备抗大气湍流和抗噪声干扰的能力。3.首次建立了一种基于非共面旋转角的高速空间复用（SDM）NLOSUVC框架。并研究了 SDM结构参数对信道间干扰的影响,得到其最佳配置参数。其次,我们提出了一种高斯近似的PMT信号检测等效模型,简化误码率的计算以满足复杂信道间干扰的场景分析需求。此外还分析了干扰系数对误码率的影响,进一步提出了一种低干扰方案,通过增加功率可以继续提高数据速率或降低收发机对准配置。最后,这种MIMO方案还可以扩展应用于其它基于散射的NLOS OWC系统。4.首次提出了一种环形拓扑结构的码分多址（CDMA）多用户接入UVC网络,避免了 IM/DD模式导致的链路干扰失效问题。对比传统的中继辅助拓扑或蜂窝网络拓扑,我们分析了这种环形拓扑的优点并完善了其关键单元的设置。此外,还将非共面NLOSSDMUVC的架构部署在这个网络中,以提供接入点到用户间的高速抗干扰的下行链路。最后,我们通过数值仿真评估了网络覆盖范围和多用户系统的传输性能。