当今社会科学技术发展迅猛,广袤的海洋空间逐渐引起人们的重视。对海洋的探索需要水下信息的传递,其中以水声通信为主要代表技术。但由于复杂的海洋环境和水声信道环境,使得水声通信技术的系统实现成为一个工程难点。本实验室前期开发了基于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的水声通信系统,但其在收发机相对运动变化过快,海面波动较大,海水介质不均匀等恶劣海况时,通信性能大幅下降。基于实验数据分析发现,上述问题出现的主要原因是水声信道中多普勒效应加剧,进而导致系统误码率大幅上升。水声通信系统中信道估计与均衡模块是处理多普勒效应的主要模块,因此本研究重点对上述两模块改进优化。通过分析多普勒效应对信道估计和均衡模块的具体影响,对信道估计模块的改进有:引入了多普勒深度因子;优化了基于压缩感知的信道估计算法,在添加了多普勒因子典型集并给出构建规则,提出了新的正则化参数选取方式。信道均衡模块的改进有:提出了基于对角加载因子的最小均方误差均衡;提出了对正则化参数和对角加载因子的索引循环赋值。通过上述两模块的改进系统接收机由ICI-ignorant(Inter-carrier Interference ignorant)接收机变为ICI-aware接收机。最终在模拟水声多径时变信道中对上述改进进行仿真,证实了改进后的ICI-aware接收机能够实现严重多普勒效应时的高速可靠通信。ICI-aware接收机抗多普勒效应效果较好,但在多普勒效应较小时接收机复杂度相对较高。因此在其基础上利用turbo准则将接收机改进为自适应迭代接收机,其能自动平衡系统性能和复杂度之间的关系。具体的改进有:在信道估计模块中引入先验信息以获得额外导频;信道均衡模块中改为基于先验信息的MMSE(Minimum Mean Squared Error)均衡;提出了从译码模块中获取先验信息和概率转换方式。在模拟水声多径时变信道中对其进行仿真,证明了自适应迭代接收机能在保证通信系统性能的前提下,也使复杂度尽可能地减小。在上述改进的基础上,本论文利用实验室中千岛湖’17湖试实验数据对ICI-aware接收机和自适应迭代接收机进行验证,结果表明改进后的两种接收机都达到了预期要求,实验数据解调误码率下降,系统性能得到大幅提升。