随着海洋观测网络的快速发展,人们加快了海洋中物资的开采。海洋观测网络由无数微小的传感器节点组成,各节点之间、节点与水下接收设备之间通过无线通信技术进行数据交互。高效实时的无线通信方案是保证海洋观测网络正常运转的前提,用于水下的无线通信方案常见的有射频通信、水下声学通信和光通信。相比于光波在水下的传输特征,电磁波在水下传输存在严重的衰减现象,通信距离较短;声波在水下传输速率低,通信性能易受环境影响。因此,急需找到一种适用于海洋观测网络中水下高速信息交互的方案。依托于波长为450～550nm的蓝光在海水中的强穿透特性,无线光通信技术为海洋观测网络带来了实时高效的数据交互方式。为了进一步提高水下光通信方案的传输带宽和抗信道干扰能力,可以将宽带无线通信中的OFDM技术应用于光通信领域。由于LED调制端的输入信号需要满足实值正数的要求,因此光OFDM调制只能通过牺牲系统的频带利用率和结构复杂度来获得满足要求的信号。本文从应用于光OFDM调制技术中的四种单极性方案出发,首先通过理论推导详细阐述了四种方案的基本原理,随后通过在水下背景噪声条件下的仿真实验,分析总结了四种方案的通信性能。接着,为了解决传统光OFDM调制方案中频带利用率过低的问题,提出了采用离散哈特莱变换替代离散傅里叶变换的光OFDM调制方案。并依据离散哈特莱变换的性质提出了两套新的光OFDM调制方案,从而进一步提高了系统的误码性能。最后基于离散哈特莱变换设计并搭建了一套水下高速光OFDM通信系统。本文工作罗列如下:（1）分析总结了现阶段应用于水下通信中各种技术的优缺点,并介绍了水下无线光通信技术和光OFDM（O-OFDM）技术的研究现状;（2）通过对水下光波在传播时所受到的吸收现象和散射现象的研究,引出了海洋中光衰减总模型,通过仿真实验证明了蓝光应用于水下光通信中的可实施性;（3）详细阐述了四种应用于可见光OFDM通信领域中的单极性方案,并通过在水下背景噪声中的仿真实验,分析了四种系统在水下通信距离与误码率的关系,水下通信带宽和误码率的关系以及系统的PAPR性能;（4）根据离散哈特莱变化（DHT）的性质,设计出了两套新方案。方案一:采用PPM映射的基于DHT的O-OFDM调制方案。方案二:采用QAM映射与复数到实数转换的基于DHT的复合O-OFDM（ADO-OFDM）调制方案。随后,通过水下背景噪声的仿真实验来研究两套方案的通信性能;（5）采用DSP平台设计并实现了水下高速光OFDM通信系统。包括DSP开发板设计、MOS管LED开关驱动电路设计、数模和模数模块设计、快速哈特莱变换（DIT-FHT）软件设计、系统整体收发软件设计等。经过水下不同水质和不同通信距离的测试实验,系统的通信性能达到了预期效果。