低轨卫星作为一种覆盖面广、不受地理和气象因素影响的中继节点,克服了地面网络远距离传输弱点,相对其它轨道卫星,其灵活可靠,成本低廉,更易满足地面移动用户的业务质量需求,因此受到了学术和工业界的广泛关注。随着通信技术的高速发展,用户终端的数量不断增加,业务范围也在不断拓展,这些都对未来卫星网络接入等性能提出了更高的要求。在如今的卫星网络环境中,用户分布跨度大,无法采用地面网络中基于载波侦听的冲突避免机制,且数据包多为突发类型,长短不一。在当前卫星网络多址接入研究中,按需分配的多址接入技术适用于长业务分组,无法有效应对短突发的业务分组,而现有的随机多址接入技术虽然可以有效应对短突发的业务分组,但是在高负载通信网络场景下,由于上行信道资源有限,大量用户的同时接入会产生严重的数据冲突,导致资源利用率降低。因此,针对低轨卫星网络高负载混合业务场景,在有限的链路资源下设计高效可行的多址接入方案是目前亟待解决的问题。针对上述挑战,本文主要进行了如下研究:针对于长时延、混合业务类型的高负载低轨卫星网络场景,结合非时隙同步随机多址接入技术以及按需分配机制,提出基于竞争决策的混合多址接入技术,并给出了适用于该技术的物理帧结构。该技术将上行帧划分为随机接入区以及按需分配区,在随机接入区中以竞争决策ALOHA的方式发送数据包,在按需分配区中于给定的资源块处进行数据传输。结合改进的物理帧结构,提出了按需分配区的资源分配策略,分得资源的用户将会在下一帧内于按需分配区中进行数据传输,并设定了最大接入阈值限制,保障了用户接入的公平性。随后分析了基于竞争决策的混合多址接入技术的性能指标,通过模拟该协议下的星地网络通信过程,对比分析了各种协议参数对其性能的影响。结果表明,相比于竞争决策ALOHA,所提出的协议在高负载场景仍具有更优的时延、吞吐性能。为进一步验证本文提出的基于竞争决策的混合多址接入技术的实际性能,搭建了基于竞争决策的混合多址接入协议的演示验证平台。首先,给出了演示平台设计方案,包括处理器系统、可编程逻辑侧关键功能模块设计。其次,设计了适用于该协议的新型数据帧结构。最后,在基于Xilinx Zynq芯片的Zedboard开发板中实现了该演示平台,验证了本文提出的基于竞争决策的混合多址接入协议在实际应用场景中的可行性。