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随着卫星通信系统容量的扩张与数字宽带卫星业务的增大，使得卫星通信信道频谱带宽资源越来越紧张，要求信号调制具有较高的频带利用率和资源利用率。同时，考虑到非线性卫星信道的特性，对高阶调制方式的选择是一个值得探索的问题。本文首先对16-APSK、16-QAM、16-PSK三种调制方式在非线性卫星信道中的误码率性能做了对比分析，重点研究16-APSK的性能如何适应非线性卫星信道，然后对16-APSK的调制解调算法进行了研究和改进。本文主要研究内容如下：1．在非线性卫星信道中对16-APSK星座进行了优化，得出了更具实际意义的内外圆的半径比率；2．针对卫星信道中功率放大器为主的影响因素导致的非线性失真，首先分别分析了非线性幅度失真、非线性相位失真对信号的影响，然后对比分析了16-APSK、16-QAM、16-PSK在非线性卫星信道中信噪比与误码率的性能，得出16-APSK在非线性卫星信中有更好的误码率性能。研究了自适应预失真算法，以补偿非线性因素对信道的影响；3．介绍了16-APSK的调制解调，对符号同步和载波恢复的原理与实现方法进行了研究，在simulink中实现了系统仿真，证明系统的设计是可行的；4．提出了一种新的快速获取软判决信息的算法，与经典算法做了误码率对比分析，并用Verilog语言编程实现，设计了16-APSK调制解调算法FPGA实现方案。