同时包含空间选择性衰落、时间选择性衰落和频率选择性衰落的信道叫做空时频选择性信道。空时频选择性信道因其信道复杂性而受到人们的关注,高速移动无线通信信道和水声通信信道作为最具有代表性的两种空时频选择性信道更是成为业界的研究热点。当用户处于高速移动状态中,此时的信道环境为快速时变信道,并且收发两端之间的相对位移将造成不可忽略多普勒效应,将对整个通信系统的性能造严重下降,同样的,在水声通信环境下,由于传播介质为水,传播载体为声波,声波的传播速率远远低于电磁波,从而使得多径效应所导致的时延扩展以及收发端相对移动造成的多普勒扩展更加的严重。因此,研究空时频选择性信道环境下的能够提高通信系统性能的无线通信技术具有十分重大的科学意义。正交频分复用(OFDM)技术因其对频率选择性信道的鲁棒性和高频谱利用率等优点成为无线通信中的关键技术之一,并被广泛的使用。但是OFDM技术对频偏十分的敏感,例如在高速移动环境环境下信号发送端的快速移动将导致不可忽略的多普勒频移,从而使得子载波间的正交性遭受破坏,产生了子载波间干扰(ICI),严重影响了系统的性能,也使得传统的信道估计技术性能下降而不再适用。本文提出了一种基于正交子空间投影的时变信道估计算法,在接收端使用均匀圆阵天线阵列,将接收信号通过空域滤波器组投影到若干个相互正交的子空间内,从而多径接收信号和多普勒都通过子空间的分辨角分离到了各个子空间内并将频率调整到0频附近,接下来在每个子空间内对信号进行基于基扩展模型(BEM)的信道估计以及频率回调。仿真结果验证了相比于传统信道估计算法本文提出的算法性能有了很大的提升。水声信道是十分复杂的一种无线信道,由于通信处于海洋环境,只能采用声波进行数据的传输,而声波的传播速度较慢,因此水声通信中的多普勒扩展现象也将十分严重。同时浅海环境中还存在大量的多径和不同程度的多普勒,导致传统的信道估计无法将多径信号中的不一致的多普勒进行补偿,从而无法满足系统的性能需求。因此本文采用空域滤波器在接收端对信号进行分离,采用正交子空间的分辨角分离信号的同时将多普勒进行了分离,从而进行估计和补偿,并且采用空子载波策略对残余多普勒进行了补偿。接下来,因为水声信道的稀疏特性,本文采用压缩感知算法对信道进行估计。本文对传统的匹配追踪算法和正交匹配追踪算法进行了分析,并且针对正交匹配追踪算法的误差叠加问题对其进行了改进,在原子选择过程采用并行选择方案,采用回溯策略对支撑集中可靠性贡献不大的原子进行回溯,从而提高整个重构算法的准确性。最后仿真结果证明,基于正交子空间投影的水声信道估计能更有效的对多径不一致的多普勒扩展进行估计和补偿,改进的OMP算法也有更高的重构效率,提出的整个信道估计算法将系统性能很好的提升。