正交时分复用(OTDM)技术可以实现多路信号共享一条信道传输,实现过程简单,且可以通过预失真方法提高系统功率效率,是一种高效的信息传输技术。将该技术用于卫星下行链路通信系统,可以简化星上处理复杂度,提高系统功率效率,有利于卫星高效传输。本文以卫星下行传输链路为背景,以OTDM技术为基础,研究基于OTDM的高效卫星下行链路传输技术,具体研究内容和取得的成果如下:1、研究了OTDM技术基本原理和OTDM系统关键技术,提出一种适用于OTDM系统的高可靠性同步方案。该方案的创新性主要体现在以下三个方面:第一,设计了一种m序列与±1序列相结合的混合同步码,利用其特殊的自相关特性提高系统通信可靠性。第二,提出两种同步信号添加方式——信号叠加式和样点交织法,其中信号叠加式同步信号添加方式可以在不占用额外时频资源的情况下完成同步信号的添加,比较适用于高信噪比环境;而样点交织法同步信号添加方式星上处理步骤简单,易于实现;第三,针对接收端高精度同步的要求,提出一种改进的基于群延迟匹配滤波器组和FFT运算的高精度时频同步环路。该同步环路可以同时完成帧同步、精确样点同步及频偏补偿,有效纠正系统时延与频偏,并能够以不提高信号采样率的方式完成系统的精确样点同步,在保证同步性能的同时易于工程实现。2、分析了卫星下行OTDM系统高效传输的关键技术,并对其中四种高效技术进行了深入研究与相应的创新改进:首先,针对高效数字调制技术,推导出最佳星座形式下16APSK的理论误码公式,并给出一种通用的APSK误码公式推导方法,便于从理论上分析APSK调制的抗噪声性能。其次,设计了一种减少频谱资源占用的最佳采样OTDM系统,该系统通过采样率变化来缩小信号频谱间隙,达到提高频谱效率的目的,仿真结果表明:与非最佳采样OTDM系统相比,其频谱效率提高约30%。然后,给出一种基于数字基带预失真技术的高功率效率OTDM传输方案,该方案可以在不进行功率回退的情况下保证信号线性放大,仿真结果表明:与不采用预失真的系统相比,该方案可以使系统的功率效率提升10dB以上;最后,提出一种变调制方式雨衰补偿思路,其可以在天气条件较差时提高系统通信可靠性。3、完成了高效卫星下行OTDM系统的FPGA设计,并通过与相同仿真参数下matlab仿真对比验证各模块功能的正确性。同时,结合ARM+FPGA的通信系统设计思路,并采用ZCU102、ZC702基带开发板与ad9361射频收发板构成基于OTDM的硬件无线通信系统,为OTDM技术进一步走向实际应用奠定了基础。