自上世纪70年代以来进入20世纪90年代中后期,卫星通信系统一直受到人们的广泛关注,特别是军用需求使天基组网逐渐成为当前非常活跃的研究领域。21世纪以后,随着航天技术的迅速发展和应用,天基网在政治、军事、经济等多个领域的战略地位显著提高,夺取空间优势已成为世界各国发展航天军事力量的首要任务。与此同时,移动通信、计算机网络等信息科学技术的大力发展,也促使人们从新的角度研究如何把信息技术和航天技术紧密结合,构建卫星网络,作为进入空间、利用空间和控制空间的战略平台,作为获取、融合、分发、处理战场所需信息的主要手段和战略途径。构成天基网的基础是要在卫星节点之间建立相应的通信链路——星际链路,利用星际链路可以把众多不同层次的地球轨道卫星连接在一起组成多层卫星网络。进而能够利用各种轨道高度卫星星座的优点,发挥其在覆盖范围、星际链路、传输时延等方面的优势,满足各种业务的不同服务质量要求。本论文重点研究了天基网星际链路通信的一些关键技术,其中包括路由、频率同步、联合编码调制等技术。课题主要研究了以下几方面内容:(1)组网体系结构设计及系统搭建。这其中主要是星座方案设计及多层卫星组网拓扑结构的建立,本文设计了一种双层极轨道卫星网络结构,充分利用了GEO卫星的广覆盖和LEO卫星低延时的特点,组成了一个高效、可靠的卫星网络结构。(2)针对于星际链路的动态网络拓扑结构,本文介绍了基于分时的DT(Discrete Time Routing Algorithm)卫星网络路由算法,将连续变化的网络拓扑结构被离散化为一系列静态网络拓扑,并且算法复杂度低,具有较高的时效性。(3)针对于卫星通信系统的大多普勒频偏,在基于快速傅里叶变换(FFT)的频偏估计算法基础上,本文介绍的二叉修正的载波频偏估计算法很好的解决了这个问题,能够同时实现大范围和高精度的频偏估计。(4)在高速数传的卫星通信中,需要可靠的编译码技术和调制方案。传统的通信系统都是将编码和调制分开来考虑,本文所研究的TCM网格编码调制,创造性的将调制与编码结合,并且采用了二级译码算法,不但提高了频带利用率,同时增加了系统的可靠性,解决了卫星通信中频带利用率与可靠性的矛盾。(5)天基网星际链路数据通信系统的构建是本文的一个主要部分,我们将各项关键技术进行了整合,构成了完整的天基网星际链路通信系统,实现了对于多媒体数据的传输,在一定程度上为后续的继续研究提供了可用的参考,具有很高的借鉴意义。