海上通信是近几年无线通信领域的热点研究方向之一。不同于陆地无线通信,海洋空间环境复杂多变,海浪随风速变化而起伏,海面上空的大气、海水表面的蒸汽分布不均匀,海水的电导率和介电常数具有时变特征,这些因素导致了海洋表面电磁波传播环境瞬息万变。同时电磁波信号在传输过程中的反射、绕射和折射现象也比陆地无线通信场景复杂。因此,研究一种能适应海面恶劣电磁环境的高速自适应传输系统势在必行。本文的主要研究工作包括以下三个方面。首先,对国内外海上通信系统的研究现状进行介绍,详细介绍了海上通信的单载波频分多址技术的研究现状,以及其在上行传输系统中的应用优势。依次对时间同步、频率同步、信道估计和频域均衡等上行传输关键技术的研究现状进行系统总结。然后讨论海杂波信道单载波传输系统的功能需求,确定单载波系统的四种传输速率,以及传输波形顶层架构。最后详细分析三个重要的信道参数:传播衰减,多普勒频移,和多径时延对单载波传输产生的影响。接着,针对海上通信上行传输链路,给出采用单载波体制的物理层基带设计流程和详细设计方案。具体包括发射机中的调制、子载波映射、逆傅里叶变换和组帧单元,接收机的时间同步、频率同步、信道估计、频域均衡和软解调单元,分别给出了算法原理和设计依据。然后对设计的单载波自适应传输系统进行计算机性能仿真,给出单载波传输系统的传播衰减规律、频率同步性能和抗多径性能的仿真结果,完成了浮点仿真验证。最后,完成了单载波自适应传输系统关键模块的硬件实现和实验验证。针对发射机的子载波映射和组帧模块、接收机的信道估计和频域均衡模块,均给出了详细的实现方案和硬件资源消耗情况。最后给出四种速率模式下的实验室桌面测试和微波暗室测试结果,将实验结果和理论仿真相比,在性能上有2～3 d B的差异,验证了设计方案的可行性。本文设计的单载波自适应传输波形和验证方案可进行工程应用,对高速率、远距离、发射功率受限的海上无线通信系统设计有一定的参考价值。