低轨（Low Earth Orbit,LEO）卫星通信被广泛认为是未来移动通信网络提高全球覆盖率的关键技术之一,可以为用户提供低时延、高容量的个性化服务。此外,多波束天线的部署进一步提高了LEO通信系统的容量。尽管如此,在大规模星座中,为了减少建网成本,多采用小型卫星,从而导致卫星载荷容量和功率资源受到严格限制。因此,本文重点探究多波束LEO卫星通信系统的高能效波束调度问题,主要研究内容如下:1.针对极轨道LEO卫星在高纬度地区时波束大面积重叠导致的干扰加剧和能量浪费问题,本文提出卫星波束动态开关的框架,在考虑用户速率要求、无缝覆盖保证以及用户切换开销等因素的同时,通过联合波束开关、用户关联以及功率分配对卫星系统功耗进行优化。本文提出有效操作时间（Effective Operation Time,EOT）的概念去量化不同激活波束组合的时空覆盖能力对切换开销的影响。为解决该整数非凸优化问题,首先将原问题分解为上层的波束开关子问题以及下层的联合用户关联和功率分配子问题。然后通过逐次凸近似（Successive Convex Approximation,SCA）方法将下层子问题转化为凸优化问题。此外,为缓解大量切换请求同时触发而导致的用户间信令碰撞问题,本文提出一种贪心的波束关断方案。仿真结果显示,提出的波束方案相比无波束关断的方案降低了系统功耗,且相比于基于最大参考信号接收强度关联准则的波束关断方案而言,显著减少了切换开销。2.针对卫星网络业务流量分布不均匀带来的资源浪费问题,基于跳波束技术,提出联合波束调度和功率分配的多时隙能耗优化算法。首先利用Lyapunov随机优化理论将原问题转化为单时隙优化问题。然后将联合优化问题分解为波束调度子问题和功率分配问题。其次,证明了波束调度子问题为凸优化问题并利用乘积代换、SCA以及对数变换等方法将功率分配子问题转化为凸优化问题。最后利用交替优化方法得到联合优化问题的局部最优解。仿真结果显示,提出的方案相比使用同样数目天线的随机跳波束方案显著降低了能耗,并且可以在减少三分之二的天线数量的情况下,使系统能耗、时延性能逼近于同样基于最优功率分配的全波束系统。