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随着卫星通信低频段资源的枯竭以及人们对通信带宽需求的日益增加,Ka频段卫星通信因其丰富的频率资源,已成为卫星发展的主要方向。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术因其频谱效率高与抗干扰能力强等特点,已运用于第四代通信中。未来的通信趋势是天地一体化,使用OFDM技术的Ka频段卫星通信将具有良好的研究价值。OFDM技术对同步误差敏感,且将OFDM技术运用到卫星通信中,同步误差范围大于现有无线通信系统的范围。为了解决以上问题,本文对Ka频段卫星通信系统OFDM同步算法展开研究。本文研究现有OFDM系统同步算法,仿真证明此算法定时同步的性能受频偏影响,且此算法的频偏估计范围达不到Ka频段卫星通信的要求。自相关同步算法的频偏估计范围可以达到Ka频段卫星通信系统的要求,因此,本文对基于伪噪声(Pseudo Noise,PN)序列自相关同步算法进行研究。仿真表明:从定时准确度,频偏估计范围,频偏估计精度以及数据传输速率等方面考虑,这些算法不适合Ka频段卫星通信。本文对基于PN序列的Park算法进行改进,训练序列结构不变,将PN序列换成恒包络零自相关(Constant Amplitude Zero Auto Correlation,CAZAC)序列,使改进算法在低信噪比下定时精确度高;并提出了Park算法的频率估计算法,根据两次互相关运算,进行频偏估计,频率估计算法的性能在加性高斯白噪声信道(Additive White Gaussian Channel,AWGN)下精确度较高。本文研究基于CAZAC序列的自相关同步算法。研究加权序列对训练序列的影响,以此为基础,研究适合Ka频段卫星通信的同步算法。二分部分加权算法的思想是对训练序列使用部分加权,并使用CAZAC序列作为加权序列。四分部分加权算法也是使用CAZAC序列作为加权序列,但是训练序列的结构为四部分。仿真表明,二分部分加权算法的定时和频偏估计效果均优于其原型算法;四分部分加权算法的频偏估计精度比二分部分加权和原型算法的频偏估计精度高。