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最近十年来,由于因特网的空前繁荣和卫星通信技术自身的快速发展,宽带卫星通信兴起,并逐步得到广泛应用,出现了引人瞩目的快速发展势头。当前,宽带卫星通信系统正在朝着两个大的方向发展：一个是基于地球同步轨道(GEO)卫星的大容量通信系统；另一个是基于低轨道(LEO)卫星星座构成的移动通信网。本文重点研究地球同步轨道(GEO)宽带卫星通信系统这一领域的关键技术,从低信噪比条件下的解调技术、高速16APSK调制解调算法和TDM/FDMA双向链路共享频带传输技术等三个方面进行研究,取得了以下研究成果：1.在低信噪比解调技术研究中,提出了一种基于并行导频辅助的和LDPC信道编码的通信系统方案；以此方案为基础,研制成功一种调制解调器工程样机；理论分析、仿真及样机测试结果表明,本文所提出的算法和系统方案性能良好,可以满足工程需要,技术指标居国内领先。2.在高速16APSK调制解调算法研究方面,对于无导频情况下各种盲估计算法进行了深入研究,涉及符号定时、大频偏估计、载波相位同步等关键技术；提出了MMSE鉴相算法,将相位模糊从12重减少到4重；设计的两种模式的AGC算法,可以快速而又精确的控制输入信号的量化幅度；提出了一套完整而又切实可行的以FPGA为核心的16APSK调制、信道模拟以及解调方案。仿真结果表明,所提出的算法及设计方案可达到优良的性能,具有推广应用价值。3.提出了一种双向链路共享频带传输的TDM/FDMA宽带卫星通信系统方案。在深入分析系统链路特性的基础上,提出了干扰抑制处理方案,以及针对该系统传输性能的分析、仿真和评价方法。理论分析和仿真结果表明,所提出的系统方案具有频带利用率高的突出优点,并能以不太高的代价确保传输链路的性能。4.提出了一种基于时变群延迟滤波器的信号采样率变换方法。该方法通过实时修改正交下变频器之后的低通滤波器或匹配滤波器的群延迟值,实现信号的重新采样和采样率变换。与已有的方法相比,该算法不仅实现复杂度低,而且能确保在低信噪比条件下输出信号信噪比基本不恶化。