近年来，由于正交频分复用(OFDM)技术具有频谱利用率高、抗多径和脉冲噪声能力强、高速传输能力以及实现方法简单等优点，使其成为高速水声通信中的研究重点和热点之一。但是OFDM对多普勒频偏非常敏感，而水声信道是复杂时变、频变和空变的信道，信道的强多途和快速时变将导致OFDM性能的严重下降，限制了OFDM在水声通信中的应用，因此如何实现时变信道下的OFDM稳健通信显得至关重要。本文主要研究了水声时变信道下OFDM稳健通信的关键技术，所做的工作主要有：1.分析了水声时变信道对OFDM系统的影响，并对水声时变信道进行建模与仿真，为后面的研究打下基础。2.研究了OFDM的多普勒估计与补偿技术。首先根据水声信道的特点，设计了适合水声通信的OFDM信号帧结构，分析比较了不同宽带多普勒估计方法的优缺点，并提出了频域抽值法补偿多普勒的方法。对于窄带多普勒，利用空载波进行测量，不需要额外的开支，节省功率。上述算法通过湖试验证，试验结果可以证明通过两步多普勒移除算法，可以很好的消除多普频偏带来的ICI。3.研究了时变信道下OFDM的信道估计与均衡技术。根据水声信道的稀疏特性，利用压缩感知理论中的匹配追踪(Matching Pursuit, MP)算法，对多途和多普勒进行了联合估计，通过仿真和湖试试验，分析比较了MP信道估计和LS信道估计性能的优劣。4.研究了基于被动时间反转镜(PTRM)的OFDM信道均衡技术。通过仿真分析对比了不同信道下，PTRM信道均衡和LS信道均衡的性能比较，并通过湖试得到验证。