水声通信在海洋国防安全、资源勘探、环境监测、灾害预报以及生态防护等领域都具有实际应用价值,是目前的研究热点。在水下利用声波进行通信,会受到水下信道时变空变特性以及多径效应、多普勒效应的影响。尤其在浅海水平信道下,受海底复杂地貌的影响多径效应尤为严重,同时移动节点间点对点通信因声传播速度较低所受到的多普勒效应也十分严重。在水声信道下,非相干通信系统因其较高的鲁棒性具有不可替代的应用价值,而多载波MFSK通信系统是非相干通信系统中一种频谱利用率较高的实现方式。　　针对水声信道下非相干通信系统的应用背景,对多普勒估计技术以及信道编码技术进行研究。块多普勒估计算法根据接收信号帧长估计多普勒因子,具有计算量小的优势是目前较为常用的多普勒估计算法。但在时变多径信道下,该算法估计结果恶化严重,为解决这一问题本文将时间反转镜技术应用在多普勒估计中,给出了具有更高时变容忍度的基于虚拟时间反转镜的改进块多普勒估计算法。　　为对抗水声信道的多径衰落,本文给出了一种适用于衰落信道非相干检测下的级联码构造方法及对应译码算法。级联码内码为在Hadamard码基础上通过扩充码库构造而成的扩展Hadamard码。而级联码的外码有两种选择,一种是通过内嵌线性分组码构造而成的卷积码,一种是基于有限域引入随机遮掩构造而成的多进制LDPC码。前者码长灵活、不依赖概率模型且编译码计算量小,而后者具有更好的抗衰落、抗噪声性能。针对不同外码也给出了对应的译码算法,可实现内码与外码的两层软判决译码。　　通过计算机仿真与海试,验证了在非相干通信系统中以本文提出的多普勒估计算法与级联码对抗水声信道多普勒效应与多径效应的有效性。应用以上技术的多载波MFSK通信系统在仿真信道与海试环境下以单阵元在较低信噪比环境下进行通信,仍可实现信息的可靠传输。