随着物联网快速发展,传统地面网络难以满足未来物联网的全球广域接入需求。低轨卫星网络具有可全球覆盖、低传播时延和低成本的优势,以低轨卫星网络作为地面网络的补充,构建低轨卫星物联网,实现全球万物互联互通是必然趋势。然而,由于低轨卫星网络星地链路受多径衰落、多普勒频移等影响,以及星地网络的频谱资源的限制,对低轨卫星网络星地链路的多址接入方法、译码方法、信道建模等方面提出更高的要求。本文以低轨卫星物联网为研究背景,针对低轨卫星网络星地链路频谱资源利用效率低、链路通信干扰严重以及信道随机变化等特点,提出低轨卫星网络星地上行链路高谱效稀疏码多址接入方法。首先,提出的方法实现单位频谱资源容纳更多的用户信息,提升系统的频谱效率性能;其次,实现载波间和符号间干扰消除,提升系统通信可靠性,最后,基于生成对抗网络实现低轨星地链路信道有效建模。主要的研究内容如下:首先,面向低轨卫星物联网应用场景,搭建低轨卫星物联网的分层系统架构和低轨卫星物联网一体化网络架构。针对低轨卫星网络星地链路信道环境的多径衰落、多普勒频移等特性,对信道模型及概率分布函数进行研究与分析,并对低轨星地链路进行信道建模。针对低轨卫星网络星地上行链路,采用稀疏码多址接入方法对系统进行建模,并对基于神经网络端到端通信系统进行研究。其次,提出基于高效频分复用的稀疏码多址接入方法。针对低轨卫星网络星地链路频谱效率高效利用与多用户接入需求,提出低轨卫星网络星地上行链路下基于高效频分复用的稀疏码多址接入方法,构建双非正交特性的传输接入体制。在保证每个子载波所携带的信息不变情况下,通过压缩子载波间隔提升整体系统的频谱效率性能。在接收端,针对低轨卫星网络星地链路衰落信道影响,以及非正交波形带来的子载波间干扰,提出采用频域处理法使得迭代检测算法能够在星地复杂链路中应用,并提出结合对数域信息传递算法实现多用户信息的解调和译码。再次,提出基于干扰消除的迭代多用户检测和译码方法。针对低轨卫星网络星地链路多径衰落和多普勒频移等低轨卫星信道特性的影响,为了满足单波束下多用户可靠通信的需求,在基于高效频分复用的稀疏码多址接入模型基础上,面向低轨卫星网络星地上行链路,提出一种基于干扰消除的迭代多用户检测和译码方法。在保证系统频谱效率不变的情况下,在接收端采用软信息迭代方法,通过一个外部迭代和三个内部迭代过程来实现功能节点、变量节点和译码节点的更新,同时进行子载波解调、多用户信息译码以及并行信道译码,最大限度降低符号间干扰、载波间干扰和用户间干扰,提升系统的通信可靠性。最后,提出基于生成对抗网络信道建模的端到端稀疏码多址接入方法。由于低轨卫星网络星地链路用户节点的随机运动状态,将导致信道状态信息随机变化。在这种情况下,基于数学模型的信道建模不能精确评估移动通信系统的性能。鉴于上述问题,提出一种低轨卫星网络星地上行链路下基于生成对抗网络信道建模的端到端稀疏码多址接入方法,采用自编码器来自主学习稀疏码多址接入的多用户多维星座和多用户译码器,首次提出基于梯度惩罚的条件Wasserstein生成对抗网络信道建模。通过在线与离线训练,进一步验证卷积神经网络稀疏码多址接入系统超参数的可行性。