随着通信技术的发展，卫星通信面临更大的通信业务需求，其地面终端也趋向于小型化、移动化，这需要卫星通信系统提供更大覆盖范围、更大容量和更高速率的通信，需要引进一些新的技术来提高卫星通信的性能。MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术能够提高系统的可靠性和有效性，在陆地移动通信系统已经得到了广泛的应用，但是其对天线的要求限制了其在卫星通信系统中的应用，然而协作通信技术解决了这一问题，可以利用多颗卫星或者多个地面终端协作构成虚拟MIMO系统，从而获得MIMO技术给系统带来的性能提升，而且协作通信也能够扩大通信的覆盖范围。因此本文对卫星协作通信系统进行研究，并选择利用空时编码的编码方式来进一步提高系统的性能。本文第1章在对卫星协作通信以及卫星空时编码的国内外研究现状进行综述的基础上，分析了卫星协作通信系统与陆地协作通信系统的差别，明确了本文的研究目标。第2章，针对本文所研究的卫星协作通信系统，建立了卫星协作通信系统的信道模型，并对不同卫星环境下的信道容量进行了估算。结果表明，卫星协作通信系统能够给卫星通信系统带来信道容量的提升，这进一步表明了本文研究的必要性。接下来，本文对基于空时编码的卫星协作通信系统进行研究，考虑了时延差对系统的影响。因为固定时延差的卫星协作通信系统具有一定的特殊性，因此，第3章对固定时延差的卫星协作通信系统进行了研究，选用了空时网格码和空时分组码两种编码方式，并进行对比分析。其中，重点对空时网格码进行了研究，就码字参数对码字性能的影响进行了仿真分析。本文第4章对时变时延差的卫星协作通信系统进行了研究，在对基本理论进行分析的基础上，构造出了具有抗时延特性的空时网格码，最后针对不同环境下卫星协作通信系统的性能进行了仿真分析。仿真结果表明，协作通信可以提高卫星通信系统的性能，并且在卫星协作通信系统中应用不同的空时编码可以获得不同的性能提升。