地球上70%的面积被海洋覆盖,海底蕴藏了丰富的矿物资源,社会的发展加速了人们对海洋的探索进程,而一个高速、稳定、可靠的水下通信系统是人类开发海洋资源的有力保证。声波因传输距离远、传播损耗小而成为水下信息传输的最佳载体。水声信道具有传播带宽受限、多径干扰严重、噪声分布复杂等特点,因此设计高性能的水声通信系统是一件很有意义也很有挑战性的任务。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)因其具有频谱效率高、抗多径干扰能力强、传输速率高等特点而被广泛应用于水声通信的相关研究中。针对信号在水声信道中传输所面临的衰减和畸变的问题,为保障系统传输性能,信道估计和信道均衡是至关重要的环节。本文基于OFDM技术,研究了水声通信系统中的信道估计和信道均衡两类关键技术,具体来说,本文所做的主要工作如下:1)搭建了水声通信系统的统一传输框架,设计水声通信实验中发射机和接收机的流程。首先本文基于目前广泛应用于水声通信系统的OFDM技术,完成水声通信实验中发射端与接收端的流程设计。然后,针对OFDM系统,本文对帧结构进行了设计,并利用伪随机序列进行同步,完成对脉冲噪声的建模。2)对水声通信系统的信道估计算法进行了研究和设计。本文基于压缩感知技术提出了联合估计算法和迭代估计算法,这两种算法充分利用了脉冲噪声的稀疏性和水声信道的稀疏性,前者将脉冲噪声和信道冲激响应放在同一个矩阵中估计并将估计所得的脉冲噪声从接收信号中去除,后者则通过迭代进行干扰重建从而提高信道估计的精度。来自水下的实测数据证明:在不同的信道条件下,本文所提出的算法能够保证数据传输的稳定性,并且能够大幅降低传输错误率,整体性能优于传统估计算法。3)对水声通信系统的信道均衡算法进行了设计和研究。本文基于多层感知器和卷积循环神经网络提出了两种均衡算法,充分利用神经网络在特征提取和分类方面的优势,在一定程度上做到了减轻多径时延的影响,降低了系统错误率。来自水下的实测数据证明,本文所提出的算法相对于传统均衡方法而言能将误符号率降低3-5个百分点。除此之外,本文也设计仿真实验验证了所提出算法的有效性。本论文的研究成果对于设计高性能的水声通信系统具有一定的参考价值和指导意义。