本文针对水声通信系统频带利用率低、多途干扰严重、频率选择性衰落严重等问题，展开基于多载波调制的水声通信系统的研究。论文的主要研究内容如下：1、为实现收发信号的精确同步，设计了基于双chirp前导的帧同步算法。利用chirp信号自相关特性好、PAPR低、频带较宽的性质，令chirp信号为前导信号，在接收端将接收到的信号和本地存储的chirp信号做自相关，通过峰值搜索实现信号同步技术。2、为克服水下通信中严重的远近效应，设计了自动增益控制算法，能根据接收信号的大小灵活地调节接收端增益。这个过程可分为两步，第一步通过同步头中的第二个chirp信号功率来推测出此时的信道衰落增益，第二步通过信道衰落增益推测出接收端应给出的接收增益。3、研究和分析了在OFDM通信系统中几种典型的时频估计算法，包括ML算法、S&C算法、S&S算法、Byungjoon Park算法。利用循环前缀和OFDM符号的相关性、OFDM符号自身相关性，利用数学公式推导出频偏微小积累的影响，进而通过峰值搜索估计出时频偏。4、结合MC-MFSK和OFDM多载波调制通信系统，就通信系统指标、误码率性能进行比较，分析其优缺点；同时就OFDM多载波调制通信系统中四种不同的时频估计算法性能进行了仿真分析，比较了其优劣势。最后，总结了全文工作，提出多载波调制水声通信系统需要进一步研究的问题和方向。