正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space, OTFS)调制技术为处理时变多径信道中的高多普勒频移问题提供了巨大的潜力，其关键思想是将时频域内随机衰落的信道转换成时延-多普勒域中稳定非衰落的信道，从而使得每个信息符号都会经历恒定的平坦衰落。本文致力于采用仿真的方法对水声OTFS通信系统进行研究，同时基于统计水声信道模型与Watermark(Underwater Acoustic Channel Replay Benchmark)实测信道数据分析OTFS调制技术应用于水声通信系统中的性能表现，并着重与目前水声通信领域研究中较为成熟和广泛使用的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)调制通信系统进行全方面的性能对比。具体地，本文的研究内容与工作成果总结如下：
　　1、介绍并分析OTFS技术的基本原理及其调制系统。OTFS技术的创新处在于将信号传输承载于时延-多普勒域，其信道响应捕获了传输路径中的几何分布特性，从而使得OTFS波形以最佳方式与通信信道进行耦合。另外，通过在时延-多普勒域和时频域中的表示信号之间进行对偶傅里叶变换，能够在传统的多载波调制方案上构建OTFS调制方案。因此，在全面且充分了解OTFS调制技术的基础上，将其引入到水声通信系统中并通过建模仿真和平台测试探讨其在水声通信中的可行性。
　　2、研究水声统计信道中的OTFS调制通信系统设计并对其进行仿真分析。在详细介绍水声信道中包括路径损耗、多普勒频移和多径效应等传输特性的基础上，考虑到声学传播中不可避免的随机信道变化的影响，水声信道仿真器的选取涵盖对小尺度衰落和大尺度衰落两种效应的全面刻画。基于此，构建水声OTFS调制通信系统并分别从水声信道中的多径传播和多普勒频偏两个主要影响方面与水声OFDM调制方案进行性能对比。仿真结果表明在存在多径效应、多普勒频偏复杂的水声通信环境下，OTFS调制方案都具有更好的抵抗多径和多普勒频偏的性能表现。
　　3、基于Watermark平台中的实测信道数据设计水声OTFS通信系统并对其进行仿真分析。作为一种广泛应用于水下通信领域的信道仿真工具，Watermark平台提供了一个用于物理层技术方案和算法开发研究的水声信道测试基准。基于平台中不同类型的水声实测信道数据，将水声OTFS调制方案在Watermark平台中进行应用和仿真测试，分别考虑在接收端信道信息已知和未知两种情况下，对水声OTFS通信系统与水声OFDM调制方案进行性能对比。仿真结果表明在已知信道信息条件下，相比于OFDM调制技术，在Watermark测试平台水声通信系统中应用OTFS技术可得到更好的误比特率性能。但是，在信道信息未知的情况下则与之相反，即水声OFDM系统接收端具有较低的误比特率。基于此，进一步考虑在Watermark水声通信系统中加入信道均衡器对不同调制方案进行性能对比，仿真结果表明在加入信道均衡的水声通信系统中，OTFS和OFDM两种调制方案的误比特率性能表现大致相当。