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随着移动互联网、智能终端在日常生活中的逐渐普及,人们对高速率、高质量的数据传输需求日益加大,卫星通信作为构建全球无缝网络的重要一环,需要具备数据高速率传输的能力。为了提升卫星系统的传输能力,正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术被建议在卫星上使用。卫星系统采用OFDM技术,不但可以有效提升卫星系统的频带资源利用效率,而且还有利于与地面移动网络融合,优势明显。而OFDM对同步性能要求严格,如何解决OFDM技术应用于卫星系统时的终端同步问题显得非常重要,本文对此进行了深入研究。首先,针对采用OFDM技术的低轨卫星通信系统终端同步捕获问题进行了研究。分析了现有的同步技术,发现在信号遭遇大频偏时采用训练序列的同步捕获方式能获得良好的捕获性能。在此基础上,提出了一种新的捕获算法,所提算法采用CAZAC序列设计训练序列,给出了同步捕获方案,所得符号定时估计曲线尖锐,不存在定时模糊问题,并且所提算法的整数倍频偏估计在时域完成,更利于快速捕获。然后,研究了采用OFDM技术的低轨卫星系统终端频偏跟踪算法。提出了一种改进的残余频偏跟踪算法,该算法基于判决反馈的思想,利用残余频偏造成解调数据相位旋转的特点估算出频偏值,并在时域补偿跟踪。所提算法跟踪性能优于判决反馈频域补偿跟踪算法,无需导频辅助,不会消耗额外的频带资源,并且计算复杂度也不高。改进算法跟踪范围会受噪声、调制方式等方面的影响,如在信噪比为15dB,采用QPSK和16QAM调制方式时,跟踪范围分别为子载波间隔的8.5%和4.5%。虽然其跟踪范围不大,但在良好的捕获算法基础上,足以完成跟踪任务。最后,将所提捕获算法和频率跟踪算法结合在一起,给出了整体的同步解决方案,并在计算机上搭建仿真平台,测试了整个同步解决方案的可行性。