陆上资源的短缺致使人们将目光和焦点转向了蕴含着丰富资源的海洋,对于海洋资源开发、海洋信息采集、海洋通信部署等活动都离不开水下通信等基础设施的支持,作为各项海洋探索活动枢纽的水下通信显示出深远意义。由于水声信道较无线电信道更强的复杂性,导致陆上通信的很多通信技术应用在水下进行通信时性能有所下降。在此背景下,本文对水下通信关键技术开展研究并设计软件无线电架构下的水声收发信机系统,具体工作如下:首先,本文依据软件无线电思想设计了水声收发信机的总体结构,并且说明其组成部分和工作原理。在深入研究了短距离水声信道特点和收发信机关键技术的基础上,选定调制解调、信道编码、载波同步、定时同步等,并且说明了水声收发信机关键技术的原理与实现方法。其次,针对带通采样条件下锁相环初始捕获过程中会消耗大量码元的问题,本文提出了带通采样载波跟踪环的快速捕获算法,对传统锁相环进行了改进,加入采样率处理模块使得环路在较高数据率下进行相位捕获跟踪。根据新算法理论进行仿真,结果表明新算法在初始捕获阶段可以快速捕获并且能够减少码元开销。再次,依据软件无线电架构下的水声收发信机总体设计思路,整合所需算法模块,在Matlab环境下对这些算法进行仿真,并且通过仿真结果分析得出算法的性能与适用性,为收发信机系统的完整设计起到参考作用。最后,依托实验室已有资源,搭建系统硬件平台,并且将仿真通过的软件移植到以DSP为核心的硬件平台上,在实验平台上进行联调和测试,完成了原理性通信实验。实验结果表明:系统各项参数设置合理,关键算法适用性良好,收发信机工作稳定正常,能够完成预期设计的功能。