水声通信技术在几十年的发展过程中,从模拟到数字,从非相干到相干,已经取得了长足的进步。对于高阶正交振幅调制(Multiple Quadrature Amplitude Modulation,MQAM)相干通信,同步技术是实现目标的重要环节,因此本文对数字化水声通信中MQAM同步技术及其在ARM硬件平台上的实现展开研究。尤其是在数字锁相环路的残余频差方面进行了深入的研究,针对性地提出了基于相位旋转的逐符号相差补偿载波同步算法和变步长采样抑制频偏方法。研究的具体内容如下:首先,参照面向判决估计算法的思想,提出了基于相位旋转的载波同步算法并进行仿真验证。在接收导频信号时进行载波的捕获跟踪,在接收信息码元时根据码元判决结果对鉴相器输出以相位旋转的方式做出补偿,保持载波信号的持续跟踪。其次,以相位旋转算法为核心,引入16QAM调制、差分编码、网格编码调制和借助Bellhop建模的水声信道等构建水声通信系统仿真模型,在Matlab环境下进行了系统仿真。然后,以ARM开发板为硬件实验平台,配合超声波模块搭建声载波通信收发信机。将经过仿真验证的水声通信算法移植到硬件实验平台上,针对硬件情况做出修改和调整,完整地实现了声载波通信实验系统。最后,与相位旋转算法并行地提出了变步长采样抑制频偏的方法。将随机噪声加入到采样步长中,以采样间隔的微扰实现对残余频差的抑制,将这一方法在Matlab中进行仿真,并在ARM平台上进行实验。通过Matlab仿真和ARM硬件平台上的实验,表明该文所提出的相位旋转算法可以克服残余频差的影响,减小载波同步的稳态偏差,实现窄带信号在残余频差下的载波同步;另外,实验结果表明变步长采样同样可以有效减小残余频差。