移动通信系统经过漫长的发展已经来到了今天的5G(The Fifth Generation of Mobile Communication Systems,第五代移动通信系统),相较于当前的蜂窝移动网络,5G能够在增强移动宽带,超可靠低时延通信和海量物联三大场景下提供有效支持。而实现这样的技术革命,必须对核心网及其接入方式进行彻底的转变才能实现。面对这种需求,非地面网络(Non-Terrestrial Networks,NTN)开始走入人们的视线。NTN网络是指利用空中或太空载体作为组成部分进行通信的网络,具有覆盖范围广,应对灾害能力强,不易受到地面物理攻击等特性。3GPP R15和R16已将NTN网络纳入有关5G标准讨论之中。其中低轨卫星由于具有轨道高度低,电磁波往返时间短的特性,可以有效地解决卫星通信过程中的延迟问题,而高通量多波束卫星的出现也为更高吞吐量的数据业务提供了有力支撑。但低轨卫星的快速运动会引起用户通话频繁切换,这对卫星波束的波束管理技术提出了挑战。首先,本文对NTN网络架构及低轨卫星波束管理技术进行了讨论分析,分析研究了当前主要典型低轨卫星星座的特点,将低轨卫星星座按波束方向角是否可调划分为固定波束系统和凝视波束系统两大类,分别关注了它们各自的主要研究问题以及在该方向的国内外研究现状,为后文研究卫星波束管理算法提供了理论依据。然后,针对固定波束卫星系统,本文重点研究波束切换过程中的信道分配问题。通过研究固定波束卫星的运动特性,建立了具有周期运动特性的仿真模型。针对波束切换问题中信道分配和信道预留两个关注点,分别介绍了动态信道分配算法和动态信道预留算法。仿真结果表明,结合动态信道分配和预留的波束切换算法可以在综合性能上优于传统的固定信道分配或固定信道预留方式。最后,针对凝视波束系统的波束调度问题,本文分别从两个角度进行建模研究。一是将卫星和热点区域划分为两个集合,将系统优化问题建模为二分图的最优匹配问题,并基于Kuhn-Munkres算法进行求解。另一方面将波束调度的过程视为智能体与环境交互的过程,采用多智能体深度Q网络算法进行求解。最后对两种算法进行对比可以发现:前者在覆盖性指标上优于后者,而通过调整强化学习网络的参数可以使后者在切换率上优于前者。