近年来，随着卫星通信技术的飞速发展，提供高速Internet接入和交互式多媒体等宽带业务已经成为卫星通信的重要应用领域。论文总结了宽带卫星通信的发展趋势，以及相关技术领域的研究进展，重点研究了对宽带卫星通信网的性能和服务质量(QoS)起决定作用的多址接入控制(MAC)协议。 针对卫星通信网中长路径传输时延的限制，以及宽带业务流所表现出的自相似特性，提出了一种新型混合预测MAC协议，将基于混沌理论的自相似业务流量预测方法引入到宽带卫星多址信道的分配中，以提高信道资源的利用率。 分析了通信网络中自相似业务流的成因以及对网络性能的影响，总结了自相似业务流Hurst参数的测量方法和自相似业务模型的构造方法。采用了一种基于Lyapunov指数的混沌预测方法实现了自相似业务流量的实时预测，并与传统的基于主观模型的预测方法进行了比较，从预测效果和算法复杂度方面说明了本论文所采用方法的实用价值。同时提出了一种新的预测性能评价指标，可以更为客观地反映预测方法的实时预测性能。 利用OPNET网络仿真软件建立了具有星型(Star)拓扑结构的宽带GEO卫星通信网仿真系统。对自相似业务流量的混沌预测算法进行了优化设计，简化了相空间重构参数的选取过程，为实现实时预测奠定了基础。研究了采用星上或地面集中式接入控制方式时，信道负载和业务流自相似程度等对MAC协议性能的影响。验证了本论文所提出的基于自相似业务流量混沌预测的混合预测MAC协议在高信道负载及业务流自相似程度较高时性能优越，可以更为有效地利用多址接入信道资源，减小各用户站接入数据的排队时延及时延抖动等。研究结果还表明，采用星上集中控制方式能够显著地提高MAC协议的性能，由于本论文所提出的混合预测MAC协议的预测过程在地面用户站完成，适于通过星上处理(OBP)方式实现控制。 根据LEO/MEO卫星星座的特点，设计了一种分布式多址接入控制方案，适用于具有网状(Mesh)拓扑结构的宽带卫星通信网。其特点是所有的接入控制过程都在各个用户站独立完成，简化了卫星与用户站之问的切换过程，增加网络运行的可靠性和灵活性。利用OPNET网络仿真软件建立了宽带卫星通信Mesh网的仿真系统，研究了采用分布式多址接入控制方式时MAC协议的性能。结果表明本论文提出的基于自相似业务流量混沌预测的混合预测MAC协议，在高信道负载及业务流自相似程度较高的条件下具有明显的优势，特别适合于信道申请分配周期较短的LEO/MEO卫星通信网。研究结果还表明，LEO卫星通信网中存在信道申请分配周期的优化选择问题，多址接入控制单元应该能够根据业务流特性和流量强度自适应地调整信道申请分配周期，以获得最佳的性能。同时MF-TDMA帧的优化设计也是发展宽带卫星通信网时需要关注的问题。