近些年来,平流层通信作为一种新的通信手段,越来越受到人们的关注。平流层通信是利用放置在平流层的高空平台(HAPS, High Altitude Platform Stations)与地面进行通信。平台一般位于距离地面17至22km处,利用飞艇,无人飞机等作为载体。平流层通信具有覆盖范围广,自由空间损耗小,建设成本低廉,多径效应引起的衰落小等优点,是一种极具潜力的通信手段。尤其是近年来多波束天线的发展,使高空平台可以实现对地面的蜂窝覆盖,提供移动通信服务,宽带接入服务等。正交频分复用(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)频谱利用率高,易于实现高速率的宽带传输,可以有效的抵抗多径效应,改善HAPS通信系统在低仰角处受多径效应的影响加剧的缺点。综合考虑OFDM在宽带传输和抗多径等方面的巨大优势,本文提出的基于HAPS的通信系统采用OFDM作为物理层的关键技术。本文的主要内容是研究平流层移动通信系统,即基于HAPS的移动通信系统。重点研究基于HAPS的移动通信系统模型和基于HAPS的OFDM系统。本文针对基于HAPS的通信系统,研究了基于OFDM技术的HAPS通信系统模型,包括系统组成,信道模型和链路级仿真模型等,通过对系统的链路级仿真,理论上证明了该系统的可行性。针对基于HAPS的OFDM系统对定时和频率偏移敏感的缺陷重点研究了基于HAPS平台的OFDM同步方案。分析了几种联合定时估计和频偏估计算法的性能和优缺点,设计了基于HAPS的OFDM同步方案。同步方案包括具体的HAPS-OFDM的帧格式,帧到达检测策略,定时同步算法,频偏估计。最后采用该同步方案进行了链路级仿真,仿真结果表明应用了同步策略的HAPS-OFDM系统性能有了很大提高。