卫星通信系统与地面通信系统的融合成为第六代移动通信技术的研究热点之一。与中高轨卫星相比,低轨卫星凭借其技术成熟、延时低、覆盖广、成本低等特点成为地面通信系统的有效拓展。当前关于低轨卫星通信系统的研究重点在于将5G移动通信关键技术的深度融合,基于5G的关键技术,赋能卫星通信。随机接入作为5G关键技术之一,是建立上行链路,实现数据传输的基础。与地面蜂窝通信系统相比,低轨卫星通信系统具有传输时延高、频偏大的特点,现有的5G随机接入技术无法直接应用于低轨卫星通信系统中。本文以此为背景,以5G随机接入技术为研究起点,对低轨卫星的随机接入进行深入的研究,主要包括三个方面:前导码的设计、前导码的定时检测以及前导冲突检测。第一,考虑低轨卫星通信的延时高频偏大的特点,研究设计了一种对卫星通信特性鲁棒的随机接入前导码。首先,往返传输时延差作为卫星波束内的时间不确定,参考5G前导码设计准则给出前导码持续时间设计;随后,针对前导码的前导序列部分给出了单段序列设计和多段序列设计,并分析了单段序列设计的不足之处;然后,从高时延检测和频偏影响消除两方面对多段序列设计进行优化;最后,对提出的三种序列设计进行仿真评估,验证多段序列设计的性能优越性。第二,基于已提出的低轨卫星前导码设计,研究了低轨卫星前导码检测算法。本算法分为三个方面:传输时延差的检测、频偏影响的消除以及多用户峰值检测。首先,根据低轨卫星前导码设计特点,传输时延差的检测分为小数倍时延差检测和整数倍时延差检测两步,得到准确的传输时延差;随后,通过两路峰值检测,得到正确的峰值位置,消除了频偏对检测的影响;然后,考虑多用户接入场景,通过对峰值位置集合进行循环搜索以区分不同用户,分别计算得出不同用户对应的传输时延差;最后通过搭建相关仿真平台,对前导码发射与接收进行仿真,从时延检测、抗频偏等方面,与已有的前导码检测算法进行性能比较,验证本文设计检测算法的可靠性。第三,研究了随机接入冲突检测算法。考虑到卫星通信场景时延高的特性,业界提出两步随机接入流程,提前完成冲突检测能更好的应用于两步接入流程。首先,介绍了 5G地面蜂窝系统中冲突检测方案;随后,研究了已有的M2M冲突检测方案,并应用于低轨卫星前导码设计中,并分析该方案的不足;以此为基础提出一种基于前导序列的冲突检测方案,基于竞争的随机接入可以两步完成,提高了低轨卫星随机接入效率;最后,通过仿真验证了所提冲突检测方案的性能优越性。