水声通信是水下环境中实现无线传输的主要手段。在水声传感器网络中,能量获取是需要优先考虑的一个问题,它是系统设计中最大的挑战。本文提出了基于能量收集的水声通信系统,在通信过程中采用了无线充电技术。此外,为了改善水声通信多径衰落的问题,引入中继协作通信。本文主要针对水声传感器网络中时隙资源和功率资源的分配进行研究,使得系统容量和能效最大化,具体的研究内容和主要创新贡献如下:首先,本文详细阐述了水声信道的特性以及常用的水声信道模型,介绍了海洋中的声速、传播损失、噪声、多径传播和多普勒频移对水声通信的影响。此外,还介绍了经典的分集以及合并技术,并通过仿真对比验证了 MRC是合并技术中性能最优的。另外还介绍了各种协作通信模型,包括放大转发(AF)、解码转发(DF)和编码协作(CC)。其次,本文深入研究了基于无线充电技术的水声中继协作模型,采用AF通信方式,推导出在可达遍历和容量最大下的时隙资源分配方案,并对可达遍历和容量随路径衰减系数、通信距离和发射功率的变化进行性能仿真,仿真结果表明,本文提出的资源分配方案与其它方案相比,显著提高了系统的可达遍历和容量。第三,本文采用DF的中继通信方式,提出了和容量最大准则下的时隙资源和功率资源联合分配策略。此外,加入了绿色通信的考虑,假设发射端已知信道状态信息(CSI),系统的功率消耗主要由电路功率消耗和发射功率消耗两部分组成的情况下,给出发射功率和时隙资源联合分配策略,并分别在单用户和多用户的场景下验证所提算法的合理性。仿真结果表明,所提算法在逼近速度较快的前提下,有效地提高了系统的能量使用效率。最后,本文研究了多天线水声中继转发系统,并给出了基于最大比合并(MRC)技术下的资源分配方案,即在中继端使用多根天线并采用MRC技术进行信息的接收和转发。同时,基于前面的研究考虑各个通信时隙不相等的情况,给出了在和容量最大准则下的时隙资源分配以及在能效最大准则下的时隙资源和功率资源的联合分配。仿真验证了所提方案的最优性和收敛性,并给出了改变天线数和用户数对容量的影响,表明了本方案能够提高水声传感器网络通信的有效性。