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随着移动通信在近几十年来的迅速发展,5G时代已经到来。陆地移动通信系统可以满足用户大部分需求,但是它无法满足在海洋、人口稀疏的陆地等场景需求,非地面网络(Non-terrestrial network,NTN)的存在可以补全陆地移动通信系统的应用场景需求。因此,研究二者的融合有着重大的意义,这也是移动通信系统接下去的研究方向。NTN低轨卫星通信系统的低时延低功耗等优点让研究低轨卫星通信系统与地面通信系统的融合成为重点研究内容。然而,低轨卫星通信系统的大载波频率偏移(carrier frequency offset,CFO)是不可回避的内容。通用滤波多载波(Universal filter multi-carrier,UFMC)技术相比于正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)技术有着强的抗频偏特性,亦是5G候选波形之一,因此该波形技术是星地融合极具竞争力的波形方案。本文主要包括三部分研究内容:NTN低轨卫星通信场景信道研究与建模;理想同步条件下UFMC系统性能研究;存在CFO条件下UFMC系统性能研究。首先,研究3GPP发布的TR 38.811规范中的NTN低轨卫星信道。对信道影响因素介绍之后,通过对常见的抽头延迟线模型的研究,使用时变抽头延迟线模型对NTN低轨卫星信道进行建模。在介绍UFMC技术的基本原理之后进行UFMC信号的时频特性分析与滤波器研究。这些内容为后续研究奠定基础。其次,对理论上UFMC技术与DFT预编码UFMC技术在加性高斯白噪声信道、频率选择性衰落信道下的误码性能进行推导与验证,并对不同条件的双选信道下两种技术的误码性能进行研究。除此之外,为了对比研究UFMC系统性能,研究了UFMC、OFDM及其它们的DFT预编码方案的带外泄露与功率峰均比等信号特征以及在理想同步情况下它们在不同信道下的误码性能。最后,研究了存在大CFO条件下UFMC、OFDM及其它们的DFT预编码方案在不同信道下的误码性能对比。低轨卫星通信系统的大载波频率偏移是必然存在的,且它的存在超出了移动通信系统所能接受的最大范围。因此,针对NTN低轨卫星通信场景,研究了频域频偏估计技术,比较了前导估计法、导频估计法以及改进的前导估计法的估计性能。