未来通信系统的目标是利用各种可能的网络技术实现任何人(Whoever)在任何时间(Whenever)、任何地点(Wherever),与另外任何一个人(Whomever)进行任何类型(Whatever)的通信。因此,未来通信会应用在更广阔的场景,会覆盖人们生活的方方面面。随着磁悬浮、高速铁路等高速交通工具的大量使用,如何在高速移动环境下获得高质量的信息传输成为目前的研究难点。随着信息化与通信技术的发展,多媒体业务、交互业务和高速数据业务等业务的不断增加,宽带卫星通信系统成为卫星通信领域的研究热点,针对宽带卫星通信系统通信链路传输技术的深入研究具有重要意义。OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)作为B3G、4G中使用的主流技术之一,将其应用在宽带卫星通信系统中,既可以利用其高速数据传输能力、抗衰落能力及高效频谱利用率等优点,同时又能够有效地和地面通信网络进行融合。论文主要研究了高速移动环境下基于OFDM的无线通信系统物理层算法,即信道估计算法、多普勒频移估计算法。同时,在研究宽带卫星通信体制和OFDM/TDM (OFDM combined with Time Division Multiplexing)技术基础上,研究了基于OFDM/TDM的宽带卫星通信系统空中接口技术。论文的主要内容和创新点总结如下：1、在研究、分析信道估计算法基础上,仿真研究了两种适合于高速移动环境的信道估计算法,一种是结合DFT (Discrete Fourier Transform)去噪时域插值的估计算法；一种是频域MMSE (Minimum Mean Square Error)时域插值的估计算法。研究结果表明,这两种算法能够应对快速衰落的信道变化,计算复杂度低,易于实现,适用于高速移动环境；在导频信息充足时,频域MMSE时域插值的信道估计算法比结合DFT去噪时域插值的估计算法具有更高的估计性能,在相同的归一化均方误差下,约有3-5dB的性能提升；在导频信息不足的时候,两种估计算法性能相当。因此在算法的选择上要根据实际系统及运行环境确定。2、在研究、分析经典多普勒频移估计算法的基础上,仿真研究了电平通过率估计算法和自相关函数估计算法,提出了一种自适应的多普勒频移估计算法,该算法能够在移动台速度变化时自适应的调整估计长度以提高估计精度。研究结果表明,所提出的自适应的多普勒频移估计算法,能够估计速度高达500KM/H时对应的多普勒频移,估计范围大；同时,估计结果的归一化均方误差达到或低于10-3甚至个别估计点达到10-6,具有令人满意的估计性能；能够适用于高速环境下的多普勒频移估计。3、在研究宽带卫星通信系统传输体制和OFDM/TDM技术的基础上,提出一种基于OFDM/TDM的宽带卫星通信系统空中接口设计方案。该方案有效地利用了OFDM/TDM对功率峰均比(PAPR, Peak-to-Average Power Ratio)的抑制作用,同时又保留了OFDM的高速数据传输等优势。在设计中,进行了Ka宽带卫星通信信道的建模；并对OFDM/TDM的PAPR、自适应编码调制方案、信道编码方案进行了性能分析。研究结果表明：OFDM/TDM有效地抑制了功率峰均比,当OFDM的子载波数为2048分为32个时间段时,则PAPR约为5.6dB的概率仅为1‰,而不分段时,即传统的OFDM,则]PAPR为8dB的概率仍为100%；系统根据信道条件动态改变编码调制方式高效地利用了系统带宽,改善了系统传输性能；经过信道编码之后,系统有效地纠正了传输中突发错误,保证系统传输性能。4、在研究OFDM/TDM导频结构、信道估计算法的基础上,提出了一种利用频域复用导频结构的时域滤波DCT (Discrete Cosine Transform)插值去噪的信道估计算法；仿真研究了利用时域复用导频结构的变换域去噪频域插值的信道估计算法,并改进了该算法中噪声估计的方法。研究结果表明：本文所提出的频域复用导频结构下的时域滤波DCT插值去噪信道估计算法,既能很好地跟踪信道的变化又具有令人满意的估计性能；当多普勒频移从30Hz变化到100Hz时,估计性能仅有2dB损失；同时,计算复杂度低,易于实现,适于在基于OFDM/TDM的宽带卫星通信系统中应用。