随着人们对卫星通信业务的高速率及安全性的需求不断增加,卫星通信系统应在相关技术、整体架构等方面不断演进以满足持续增长的用户需求。但是卫星通信系统的发展受制于两个不容忽视的缺点:一方面,卫星通信系统频谱资源受限,但是传统卫星中固定的频谱分配方式及空闲离散频段无法得到充分利用,加剧了频谱资源紧张的问题;另一方面,卫星对地覆盖面积大,信号更易被截获,降低了通信安全性,而传统的扩频安全技术会导致系统通信效率的降低。在这样的情况下,将认知无线电(Cognitive Radio,CR)思想与频谱分割、置乱、聚合相结合的滤波器组多载波技术,应用于卫星通信系统上,无疑为解决卫星通信的两个缺点提供了新思路:第一,认知无线电能够高效利用动态信道频谱资源提高通信效率;第二,在这种动态改变发射参数体制下采用高灵活性的频谱分割与聚合技术实现信号任意带宽分割,既能解决大带宽信号无法接入频谱零散信道的问题,系统抗截获性能也得到明显提升;第三,分割与聚合滤波器组技术无需改变原卫星通讯的调制方式,甚至不用或少量改动原卫星通讯收发设备。因此,本文对频谱分割与聚合的相关技术和存在的问题进行了相关研究与分析。论文主要内容如下:(1)阐述了地面通信现有的高效多载波通信技术在卫星通信中的限制,并对分割与聚合滤波器组技术的基本原理和技术优势进行论述,对频谱分割与聚合技术的关键技术进行详细分析和推导,并通过仿真软件搭建频谱分割与聚合通信系统,验证和分析了QPSK信号下的频谱分割与聚合通信系统与性能。(2)分析和推导了分割与聚合滤波器组技术中,由于卫星通信系统传输链路时延大而导致的相位失真问题以及导频相位补偿方法与盲相位补偿方法,并根据仿真软件验证和分析了基于导频的相位补偿方法与盲相位补偿方法的可行性与性能。(3)设计了频谱分割与聚合通信系统的FPGA基带实现方案和同步方案,利用Verilog语言设计了QPSK信号的频谱分割与聚合通信系统和同步算法的数字逻辑电路,并在FPGA内部进行时序逻辑验证,同时分析FPGA资源的占用等问题。(4)针对传统信号的频谱分割与聚合技术中算法复杂度较高的问题,本文将线性调频(Chirp)扩频信号与频谱分割聚合相结合,利用Chirp信号的时频一致特性,设计提出了一种时域成型窗算法,通过理论分析证明了与频域滤波等价的效果,较大地降低了运算复杂度,提高了聚合鲁棒性。