正交频分复用（OFDM）作为一种有效对抗频率选择性衰落的通信技术,适用于多途扩展严重、频带资源有限的水声通信系统。自适应调制和功率分配技术是水声通信中适应复杂水声信道和提高通信效率的关键技术,然而自适应技术需要根据信道状态信息（CSI）实时调整传输参数,在快时变信道中性能严重下降。故引入信道预测技术,使得自适应技术对具有长传播时延、快时变的水声信道也能保证其可靠性。因此,本文对基于信道预测技术的自适应调制和功率分配OFDM水声通信系统进行研究,在时变水声信道下实现高速、低能耗、稳健可靠的OFDM水声通信。首先,分析时变水声信道的物理特性,利用水声信道的稀疏性,根据预先估计得到的信道冲激响应在结构更简单的时域上进行信道预测,降低计算复杂度的同时消除大部分噪声影响,提高预测精度。重点研究了最小均方误差（MMSE）预测算法、最小均方自适应（LMS）预测算法和递归最小二乘（RLS）自适应预测算法,并对三种算法进行了复杂度对比和适用性分析。其次,主要对OFDM水声通信系统中的自适应调制和功率分配技术进行了研究。给出了OFDM自适应水声通信模型,基于自适应的理论基础对迭代注水功率分配（IWFP）算法进行研究。随后分别研究了基于最大比特率原则、功率最小化原则和误码率性能最优原则的子信道比特和功率资源分配算法,引入无线通信中的Hughes-Hartogs算法、Chow算法和Fischer算法,从而无需通过测量水域环境设置水声通信调制方式切换模式,使自适应系统通信更灵活。通过仿真对有信道编码和无信道编码两种情况下的自适应水声系统性能进行了研究。最后,本文通过水池试验、莲花湖试验、松花江试验和北极冰下试验数据对所研究的算法进行了验证。慢变、快变和冰下水声信道环境下算法收敛后的信道预测误差均在10^-2以内,证明本文的自适应信道预测算法在几种不同水声环境下均能对信道进行有效预测。水池试验证明本文所提出的自适应通信方案在提高频带利用率的同时,可以兼顾通信的稳定性。分析了结合信道预测方法的自适应通信系统性能,仿真结果表明信道预测技术能够为自适应通信系统提供可靠的信道状态信息,为未来OFDM自适应水声通信系统设计的实现提供技术支撑。论文相关研究成果有望为未来实现基于环境感知的自适应水声通信提供重要的技术基础。