星地融合网络能够有效扩展地面网络覆盖范围,为实现“万物互联”提供有力支撑,是目前移动通信领域的研究热点。然而,由于阴影效应的影响,卫星与地面用户之间的直达链路可能处于深度衰落,因此亟需提高通信可靠性;由于卫星回程链路长,降低数据传输时延尤为重要;由于频谱资源不可再生,如何提升频谱利用率受到学术界广泛关注。针对以上问题,本文基于星地融合网络,利用中继技术增强信号接收,采用缓存技术降低通信时延,通过非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）技术提升频谱效率,主要研究内容和取得成果如下:1)在基于协作非正交多址接入（Cooperative NOMA,C-NOMA）的星地融合网络中,卫星与弱用户间的直达链路容易出现中断。为了解决此问题,提出基于中继辅助的C-NOMA传输系统。具体而言,卫星通过NOMA技术将信息发送至中继和强用户,在另一阶段中继和强用户将信息发送至弱用户,然后弱用户利用最大比合并（Maximum Ratio Combining,MRC）技术增强接收信号。基于此系统,首先,推导分别在解码转发（Decode-and-Forward,DF）和放大转发（Amplify-and-Forward,AF）协议下用户的精确和渐近中断概率表达式,并在渐近中断概率的基础上,研究分集增益。结果表明,DF较AF协议具有更低的中断概率但有相同的分集增益。然后,分别对比中继和C-NOMA方案,证明所提系统较中继方案具有更低的中断概率、更高的分集增益和吞吐量,当卫星信道处于中/重度衰落时所提系统中断性能和吞吐量优于C-NOMA方案。最后,研究关键参数对中断概率的影响。2)传统缓存方案在非高峰期更新文件、高峰期推送文件,对于用户数目庞大的星地融合系统,等待（非）高峰期时间过长会降低服务质量。为了解决此问题,提出基于中继缓存的NOMA传输系统。具体而言,数据传输包括两个阶段。第一个阶段,卫星使用NOMA技术向与其具备直达链路的缓存节点和用户发送文件,能够实现文件更新和推送。第二个阶段,卫星继续推送文件至与其具备直达链路的用户,此时缓存节点使用NOMA技术交付文件至多个与卫星之间无直达链路的用户。基于此系统,首先,分析精确和渐近中断概率表达式、分集增益以及命中概率。然后,与不含缓存的通信系统对比,当地面信道衰落较小时所提系统具有更优的中断性能和分集增益。最后,研究关键参数对中断概率和命中概率的影响。