卫星通信系统是航天活动中信息传递的保障,是解决高宽带、广覆盖、多用户以及实时性的通信需求的重要途径之一,宽带卫星通信已成为未来卫星通信体系的发展趋势。同步是解决卫星与地面信息传输过程中的延时以及多普勒频移等问题的关键,其中时间同步通过信息序列中的相关成分确定定时位置的起点,保证数据正确解调,频率同步利用序列中的循环前缀或者重复序列等信息实现频率偏差的估值,降低载波间干扰。星地通信中,特别是低轨道星地通信链路,容易接收到多个多径分量,在下行链路中通常采用OFDM技术来抵抗多径衰落的影响。正交频分复用(Orthogonal Fequency Division Multiplexing)是多载波调制技术的一种,具有带宽利用率高、抗多径衰落能力强等优点。但是,星地通信链路中较高的时延和较大的多普勒频移导致OFDM技术的应用受到了限制。论文从800Mbps吞吐率的星地通信链路出发,对时间频率同步技术进行重点研究。分析了国内外的一些经典时频同步算法,重点研究其中的最大似然估计、Schmidl&Cox、Minn、Park 以及 CAZAC(Const Amplitude Zero Auto-Corelation)序列算法在定时同步和频率估计上的性能。针对OFDM技术,分析了定时偏差和频率误差对时间频率同步的影响。以800Mbps星地通信链路为对象,设计出符合数据吞吐率要求的链路帧格式和符合时频同步需求的训练序列格式,提出了并行时频同步的设计方案,减小了时间同步的计算时延和频率同步的估计误差,并在FPGA平台上加以实现和验证。