随着民航业的发展和航空客运量的增加,航空通信业务和机上乘客服务需求快速增长,对新一代民航通信网络开展相关研究工作势在必行。得益于低成本、低时延的特性,未来高频空地通信方式将在航空通信网络中占据主导地位。然而,高频的空地通信系统仍存在对客机的移动性支持不足,传输可靠性和效率低,以及无法独立为客机提供无中断服务的问题。在此背景下,本文旨在借助卫星通信协助空地通信系统,为民航客机提供高容量、无中断的通信服务。为了提高空地系统对客机移动性的支持,本文提出了基于控制-数据分离的民航通信网络架构。架构利用相对稳定的卫星网络传输空地通信系统的控制平面数据,并在空地通信资源不足时为客机提供数据服务。架构实现了空地通信的控制平面与数据平面切换流程的分离。进一步地,本文通过对比所提架构与传统架构的地面基站间切换时延,论证了本文架构的优越性。为了解决高频空地通信系统中,现有波束调整方式传输可靠性和效率低的问题,本文提出了基于卫星引导的波束调整方案。方案利用卫星信道传输客机位置信息和波束调整的控制信令,令地面基站生成尽可能宽的发送波束延长发送波束服务时间,从而降低发送波束调整频率,并在每个发送波束内,由客机自主调整接收波束角度和宽度,从而降低接收端反馈开销,稳定接收信噪比。即使波束对准出现偏差导致空地连接中断,客机仍可通过卫星信道传输控制信息,重新建立空地连接。最后,通过仿真实验证明了本文方案的有效性和优越性。为了解决星地协同为客机提供数据服务时,动态网络环境下通信资源按需分配的问题,本文提出了星地资源分配方案。方案首先提出了区分服务优先级的资源分配模型,在动态的民航通信网络中优先保障安全数据服务的传输性能要求,同时最大化非安全数据服务的传输性能表现,平衡服务在不同网络间切换的收益和成本。随后,提出了基于Q学习的资源分配算法,将不同服务分发到合适网络后分配相应信道资源,从而以低复杂度方式求解上述问题,适用于民航的高移动性场景。最后,通过仿真实验证明了本文方案的有效性和优越性。