随着移动用户数和数据流量的增长,为实现人们随时随地的网络互联和通信网络的全球无缝覆盖,必须研究卫星和地面移动通信网络的融合技术,从而实现通信网络的天地一体化。由于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术在地面长期演进技术(Long Term Evolution,LTE)通信系统中的核心位置,研究基于OFDM的卫星移动通信关键技术对卫星/地面融合通信系统显得尤为重要。考虑到信道估计技术对通信的性能至关重要,收发双方的同步是实现通信的前提,所以本文主要针对OFDM运用于卫星移动通信中的信道估计技术和同步技术进行了深入研究。本文首先深入研究了块状和梳状导频结构时多种信道估计算法的性能,并提出了一种基于离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform, DFT)信道估计算法的改进算法,该改进算法通过设定衰减门限,可以滤除一定循环前缀内的噪声,从而提高信道估计性能。同时,针对块状导频结构对时变信道的敏感性,联合使用改进算法与判决反馈法,可以使块状导频对时变信道估计的适用性增强,有利于提高系统性能。其次,针对慢衰落信道中的同步技术,本文研究了基于数据辅助的同步算法运用于卫星OFDM移动通信系统。仿真分析了已有的几种同步算法在慢衰落卫星信道中的同步性能,在此基础上提出了一种改进的基于共轭恒包络零自相关(Const Amplitude Zero Auto-Corelation,CAZAC)训练序列的同步算法。该改进算法只需要在时域就可以实现同步,同时在进行定时偏差估计和整数倍频偏估计时,该改进算法相比于其他同步算法更加适用于卫星低信噪比(Signal Noise Ratio, SNR)环境。虽然在进行小数倍频偏估计时,该改进算法更易受多径信道影响,但改进算法的小数倍频偏估计运用于卫星信道中性能也较好。最后,当卫星移动通信中收发两端高速相对运动、多普勒频偏快速变化时,为实现频率同步,本文研究了多普勒频偏随时间的变化特性,仿真分析了两种一阶频偏变化率估计算法,并提出了一种二阶频偏变化率估计算法。