我国处于海洋发展的极速上升期,水声通信作为海洋发展的重要组成之一受到了普遍关注,水声信道具有可用带宽有限、多径衰落严重等特点,制约了水声通信的发展。多输入多输出(MIMO)技术可以在同一带宽的信道条件下完成多个换能器同时传输,各个换能器间的数据流通过的信道相互独立,由此可以在带宽一定的条件下增加频谱效率,同时MIMO技术也可以通过分集提高通信系统的鲁棒性。正交频分复用(OFDM)将固定的带宽划分为多个频率段,即在频域内将频率选择衰落信道转换为平坦信道,这样由多径衰落信道对通信系统造成的影响将有效的被抑制。空时编码(STC)技术作为MIMO系统的核心技术之一,将编码、调制和分集系统很好的衔接起来,建立空间相关性,克服空间干扰。论文首先结合莲花湖试验信道分析了水声信道特点,并阐述了MIMO通信技术、MIMO空时系统和OFDM技术的基本原理。介绍了基于两个发射换能器的Alamouti空时分组编码和差分Alamouti编码的编解码原理,通过仿真实验给出了Alamouti编码和差分Alamouti编码方式在MIMO-OFDM水声通信系统中的误比特性能。接着论文对实信号和复信号条件下的正交空时分组编码设计进行介绍,通过结合莲花湖实测信道仿真分析不同个数的发射换能器条件下复信号正交空时分组编码在MIMO-OFDM水声通信中的系能,验证了随着发射换能器的增加,系统可以获得更高的分集阶数。高速稳健的水声通信系统是当今水声通信研究的重点之一,如何有效的提高系统通信效率是发展高速水声通信的前提。正交空时分组编码当发射换能器大于2时的复信号编码矩阵将无法实现全速率传输,因此本文仿真分析了Tirkkonen和Jafarkhani提出的QOSTBC编码方案,由于该方案以牺牲部分分集增益来换取全速率,所以为了进一步提高空时分组编码的性能,结合Givens矩阵旋转理论对Jafarkhani编码方案进行改进从而实现全速率满分集。本文对三种QOSTBC编码方案进行了计算机仿真、水池实验和松花江试验,结果表明:基于QOSTBC编码方案的MIMO-OFDM水声通信系统可以实现较为高效稳定的通信,为高速水声通信提供一种可行性方案。