水声通信技术在海洋观测、深海探测开发以及军用等方面都有着其重要的意义。由于水声信道是一个时间/频率双选择性衰落信道,码间干扰极大,对高速水声通信发展形成阻碍。现今应用广泛的水声高速通信方式是正交频分复用(OFDM)技术,相比于OFDM技术,水声单载波频域均衡(SC-FDE)技术有着峰均比低、抗频域选择性衰落、对频偏不敏感等优点,引得众多科研人员进行研究。本文基于SC-FDE系统重点研究了水声时变信道下的同步技术以及信道均衡技术。首先,介绍了帧结构选取方式,比较了几种独特字(UW)的性能,选取最优的负载帧格式与UW序列,并比较了UW序列长短对水声SC-FDE系统误码率(BER)性能影响,也对单载波通信系统中的关键技术进行介绍。然后,针对水声SC-FDE系统中的同步技术展开研究,首先给出了一种常用在单载波通信的基于UW序列的同步方法,但是该种方法易受水声多普勒效应以及多径扩展延迟影响,不利于同步点的估计。基于此研究了基于UW序列二维自相关时间同步及多普勒估计方法,利用水声SC-FDE系统每个数据块前后的UW序列,进行二维自相关搜索,同时得到精确的时间同步和多普勒因子估计。该部分最后进行数值仿真分析,得出结论:基于UW序列的二维自相关方法在多径信道和大多普勒频偏下性能明显优于基于UW序列的互相关方法。最后,为减小信号码间干扰影响,分别研究了三种频域均衡算法,分别是时频域判决反馈均衡(FD-DFE)算法、基于噪声预测的判决反馈均衡算法以及块迭代判决反馈均衡(IB-DFE)算法。其中FD-DFE算法是一种传统的均衡算法,其前馈部分在频域,反馈部分在时域且是逐符号进行判决。基于噪声预测均衡方法则是前馈部分采用了最小均方误差均衡(MMSE)算法,并利用UW序列的已知特性对UW序列的噪声进行估计,进而估计出数据噪声,计算复杂度低于FD-DFE算法。最后介绍了迭代部分融合了LDPC码的IB-DFE技术,其反馈部分是逐块进行判决,计算复杂度低于前两种均衡方法,且BER性能上优于前两种算法。仿真与水池实验结果表明FD-DFE算法BER性能比基于噪声预测的判决反馈均衡算法BER性能好,而IB-DFE算法的BER性能在三种算法中性能最好,且系统BER性能与UW序列长度和SNR相关。