随着人们对海洋的开发和探索,水声通信技术在过去的十几年中得到了快速发展。然而水声信道作为水下声波传播的物理媒介,被认为是自然界中最具挑战的无线信道之一。水声信道的复杂性是由海洋环境的物理性质决定的,主要受到三个因素制约:声波在水中的传播速度较慢(1500m/s);路径损耗会随着信号频率的增加而增加,导致可用带宽严重受限;以及时变的多径时延和多普勒扩展,这些因素导致水声信号处理面临许多技术难点。首先水声信道的容量可能是十分有限的,这取决于通信的距离,然而传输信号较低的中心频率同样是不可忽略的,因此水声通信系统本质上是宽带的,传统适用于窄带的信号处理方法并不能直接用于水声通信。其次基于单载波的水声通信系统通常采用判决反馈均衡器来抵抗由于时延扩展导致的符号间干扰,但是均衡器设计的复杂度会随着通信速率的提高而提高。多载波调制技术中的正交频分复用(OFDM)技术,作为一种低复杂度的高速通信技术,具有很强的抗多径和噪声的能力,但是OFDM技术的缺点是对频偏十分敏感,由于时变水声信道使信号在传输中产生多普勒扩展,导致各子载波间经历了不同的频率偏移,破坏了子载波之间的正交性,产生了子载波间干扰。因此精准的多普勒补偿技术和信道估计技术对于实现高速、稳健的水声通信系统至关重要,本文研究的水声信道时变抑制技术也主要关注这两个方面,下面是本文研究的主要内容。论文研究了水声通信中的多普勒抑制技术,由于声波较慢的传播速度,水声通信系统中的多普勒扩展现象比无线电系统更为严重,而且多径信道不同路径还会受到不同的多普勒影响,传统的多普勒补偿技术通常无法区分多径信号不同的多普勒扩展,导致多普勒扩展不能有效的补偿。为了解决这个问题,本文提出了一种基于正交角域子空间投影算法的接收机设计。首先根据水声信道的特性对信道建模,推导出信道的输入输出关系,随后利用阵列接收机具有的角域分辨力,通过正交投影变换将接收到的多径信号划分为几个子空间信号,利用不同子空间中的角域信息分别对子空间信号进行多普勒估计和补偿。仿真结果验证了相比于传统方法本文方法可以更为有效的估计和补偿不同传播路径的不同的多普勒扩展,使系统性能得到了有效的提高。水声OFDM系统的性能同样还依赖于信道估计的性能,由于水声信道的稀疏性,将压缩感知用于信道估计,可以在导频数量较少时也能得到准确的估计结果。本文分析了几种基于压缩感知理论的常用算法,并利用时延-多普勒参数的稀疏性推导了信道估计的系统模型,然后针对水声信道的簇稀疏特性,提出一种基于块正交匹配追踪(BOMP)的低复杂度信道估计算法。本文针对传统恢复算法计算复杂度高的问题,首先注意到内积运算中大量重复计算的部分,利用分组FFT运算的思想,降低了内积运算的复杂度。其次通过在算法每次迭代中选取多个匹配块,使算法收敛速度更快,减少算法的迭代次数。最后仿真结果表明,在匹配块选取个数小于3时,算法性能没有损失,然而算法复杂度相比原算法有较大的降低。