随着海洋开发的发展和国防建设的需要，水声通信特别是水声高速通信系统的研究越来越受到重视。水声信道是传播特性恶劣的无线信道之一，是一个典型的带宽受限、时变衰落信道，存在着时变的多径扩展，频率偏移以及随机相位起伏。水声通信系统必须要克服这些不利因素带来的影响。 相位相干通信技术是一种提高带宽利用率的有效方法，但它在时变水声信道中的实现需要有很好的载波同步、码元同步以及抗码间干扰(ISI)措施等，否则通信性能会急剧下降。随着性能更佳的均衡技术和载波同步技术的出现，使得相位相干通信技术在高速水声通信中的应用已成为可能。 本文对相位相干通信技术在水声信道中的应用进行了深入的研究。论文首先对水声通信的发展进行了综述，分析了海洋水声信道特性，研究了水声时变信道的仿真方法，采用统计方法建立了水声时变信道模型。在深入研究采用内嵌锁相环均衡(DFE-PLL)技术的水声相位相干接收系统的基础上，针对水声信道衰落特性，设计了采用多信道均衡技术的接收系统结构，针对水声信道中多普勒频移的影响，提出了联合使用多普勒频移补偿技术和DFE-PLL技术的接收系统方案。论文讨论了各种系统方案的工作原理和关键技术，全面地对通信系统的性能进行了仿真分析，仿真结果表明DFE-PLL接收系统可以有效地克服ISI，频率偏移及信道时变；采用多信道均衡技术的接收系统可以更好地抗信道衰落，有效提高系统的信噪比；带有多普勒补偿环节的DFE-PLL接收系统可以有效地克服由相对运动引起的多普勒频移，有助于实现水下运动平台间的通信。论文最后对湖试数据进行了处理和分析，结果表明了系统方案的有效性。