水声通信是唯一可在水下进行远程信息传输的通信形式,在海洋资源保护与挖掘、监测海洋灾害和军事通信等领域具有非常重要的意义。但是由于水下复杂环境和水声信道具有传输速度慢、传输损耗大、时变多径和环境噪声严重等特点,所以在设计水声通信系统和发展关键技术时必须结合水声信道的具体情况。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)作为一种多载波调制技术近年来被大量应用到水声通信中,其优点为频带利用率高和抗多径衰落能力强。本实验室前期开发的基于OFDM水声通信系统OFDM_UACS_v1(OFDM Underwater Acoustic Communication System version1)在千岛湖’15实验中收发台距离260 m和750 m时误码率较大,约为0.1和0.2左右,需要对该系统的主要模块进行改进。本课题基于本实验室开发的OFDM水声通信系统OFDM_UACS_v1展开研究,针对系统OFDM_UACS_v1的部分模块进行改进和优化,主要包括信道编码、前导信号、系统同步、多普勒处理和信道估计等,并在模拟的水声时变信道下进行仿真。针对水声信道特点和OFDM关键技术进行改进,使改进的系统OFDM_UACS_v2(OFDM Underwater Acoustic Communication System version 2)能够实现水下高速可靠通信。千岛湖’15实验数据分析显示同步和多普勒是影响数据可靠传输的关键因素。因此本课题通过仿真、MACE 10(The Mobile Acoustic Communication Experiment)海试实验数据和AUVFest 07(The 2007 Autonomous Underwater Vehicle Festival)海试实验模拟,针对三种海洋信道环境的通信质量进行考察,重点分析不同同步方法和多普勒处理方法的系统性能,总结出适用不同水声信道的最佳方法。在此基础上,本论文对改进的水声通信系统OFDM_UACS_v2进行了千岛湖’17湖下实验。结果显示收发台相距3 km,数据速率为2.6 kb/s时,该系统可以实现误码率在10-5以下的数据可靠传输。从而验证了改进系统的有效性,此外也验证了对同步方法和多普勒处理方法分析总结的正确性,改进后的系统的通信性能得到了大幅的提升。