OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术频谱利用率高,可有效对抗频率选择性衰落,适合非对称数据传输。OFDM技术应用于卫星移动通信系统,可提高频谱效率,增加系统容量。由于低轨卫星高速的移动特性,为了保持OFDM的正交性,卫星通信系统中需要采取相关措施抵抗频率与定时偏差影响,OFDM同步技术目前主要关注频偏估计与定时偏差估计的研究,而基于位置信息补偿、基于帧结构子载波间隔调整目前也是研究热点。另一方面为了满足日益增长的物联网接入需求、降低大量地面终端的接入时延,卫星通信系统中稀缺的时频资源需要充分利用。因此,本文针对高多普勒频偏下的同步技术和接入技术进行了研究。本文首先分析了目前较为经典的OFDM同步技术,在此基础上提出一种抗频偏的加权序列同步方法,通过PN(Pseudo-Noise)序列与同步序列的加权,采用差分互相关与一系列频偏估计算法,能够得到更好的同步性能。参考基于位置信息估计上行定时提前量和多普勒频偏的算法,考虑残余频偏、卫星波束位置和终端运动速度影响,分析出Ka波段下卫星通信子载波间隔的最优化配置。在低轨卫星随机接入过程,研究了能实现快速接入的前导序列与控制信息联合发送算法,通过分析传统的联合发送、叠加训练序列传输方法,提出一种基于加权序列的隐含数据发送方法,该方法利用恒包络零自相关CAZAC(Const Amplitude Zero Auto-Corelation)序列的循环移位值表示信息数据,能够保证隐含数据与同步序列间的正交性,相比传统方法能够同时满足同步与数据传输需要。