随着海洋研究与开发的进一步深入,对水声通信系统的性能要求越来越高。而水声信道具有长时延、可用带宽有限、环境背景噪声高、多径效应明显、多普勒频移及信道衰减等特点,这些复杂的影响因素,相互叠加并共同作用,严重影响了水声通信的质量,在下面两个方面限制了水声通信技术的应用和发展:传统的水声信道建模方法受制于应用环境条件等的限制,不能对水下声学环境进行有效的模拟;传统的水声信道估计方法,也因误差较大,估计的精度和效果受到了较大的影响。本文首先分析了水声信道的诸多重要特性,再简要说明了现阶段在水声通信领域中应用的技术,重点阐述了水声OFDM通信系统。在水声信道的建模方面,先研究传统的水声信道建模方法,然后重点研究基于BELLHOP模型的水声信道建模方法。在水声信道估计方面,本文将信号及信息处理领域中的新理论——压缩感知理论,应用到了水声信道估计中,并依此提出了基于压缩感知理论的水声OFDM通信系统信道估计方法,该方法通过线性内插法插入二维导频,用信道感知获取信道的频域响应的采样值,构造相应的过完备字典,并用压缩采样匹配追踪算法,对水声OFDM通信系统进行有效的信道估计。最后,本文对水声信道的建模及信道估计进行了系统实现和验证实验,实验结果表明:基于BELLHOP模型的水声信道建模方法,能够有效对海洋声学环境特性进行描述;基于压缩感知理论的水声OFDM通信系统信道估计方法,从信道估计的恢复精度、误码率、算法的复杂度和稳定性等综合因素考虑,其性能较现阶段的其他方法更有效,更适合在水声通信中应用。