卫星移动通信是实现大范围覆盖的有效方式之一,但是卫星信号在城市以及室内存在覆盖性能不佳的问题。为了实现真正意义上的卫星移动通信无缝覆盖,需要在地面建立辅助地面组件(Ancillary Terrestrial Component,ATC)对卫星移动通信进行补充,使得用户终端能自动地在卫星和地面基站之间进行无缝切换。据此,本文提出了一种基于卫星的WiMAX网络,并且集中研究了基于卫星的WiMAX技术MAC层协议的改进。在基于卫星的WiMAX网络中,卫星移动通信系统借助地面WiMAX基站的补充,实现了对地面用户的无缝覆盖。本文首先在第二章对地面WiMAX技术的MAC层协议进行了详细分析,为后面WiMAX仿真模块的实现以及对基于卫星的WiMAX技术的改进,提供了理论准备。接下来第三章研究了卫星移动通信的长传播时延给基于卫星的WiMAX网络的性能造成的影响,分析得出由于长传播时延造成的地面基站一端帧不同步,导致了网络性能的下降。为了实现WiMAX帧同步,本文提出了两种帧同步机制的改进方案:基于上行子帧分片实现帧同步和基于差分时延补偿实现帧同步。改进后的帧同步机制使WiMAX技术适应了卫星通信环境。然后第四章分析了基于卫星的WiMAX网络中卫星中继接入用户的上行链路调度会遇到的问题,包括基于差分时延补偿同步机制所带来的用户终端上下行子帧重叠,以及长传播时延所造成的上行子帧延迟接收。根据上面的分析,本文提出了一种改进的上行链路调度算法。改进后的算法在调度时实现了通信资源的最大利用,使网络中的用户能最大限度地获得可用传输授权(时隙),正确完成与地面基站的通信。仿真结果表明,改进后的WiMAX上行链路调度算法显著提高了资源利用率,使基于卫星的WiMAX网络性能获得了明显提升。最后第五章基于OMNeT++仿真软件设计并实现了WiMAX仿真模块。仿真模块实现了WiMAX的特定业务汇聚子层和公共部分子层的功能。利用WiMAX仿真模块,本文搭建了基于卫星的WiMAX网络仿真场景,为基于卫星的WiMAX技术改进研究提供了仿真平台。