在一些无法布设电缆而无线电波又无法穿透的环境下,可以利用超声波能在固体介质传播且衰减较小的特点实现数据通信。但是超声波换能器往往频带较窄使得载波带宽较小且在固体介质中容易产生多径干扰而影响通信性能。本文针对这种环境,利用现代通信中常用的多载波技术辅以其他通信算法设计了一套软硬件平台并研究了其改善固体介质中超声波通信性能的能力。论文从理论上分析了超声波在固态介质内的传播规律和超声波换能器特性对通信带来的影响,并使用多载波通信的数学模型建立一个发送机-接收机的模型,通过性能分析针对传输过程中的误码使用卷积编码提高差错控制的能力。通过对主要算法的仿真分析确定了设计的参数。综合硬件和软件知识,采用两个STM32F407单片机作为主控芯片,分别实现一个发送机和一个接收机的软硬件系统。系统硬件上,主要包含数-模转换电路、换能器驱动电路、信号调理电路和模-数转换电路;软件上,主要使用C语言和C#语言设计了嵌入式控制程序,实现了多载波收发算法、数字FIR滤波算法、卷积编/解码算法以及上位机测试程序及其通信接口等功能。最后,对该系统做了测试并分析了结果。研究设计与实验结果说明,使用多载波通信的优点能够较好的克服由于换能器特性与多径干扰带来的相位偏移,在获得良好通信效果的同时能够缩短码间间隔从而提高通信速率。本通信系统具有成本低廉、通信速率较快、通信可靠性较高等特点,对于利用超声波在特殊场合穿透固态介质进行数据通信的应用有着一定的参考和实用价值。