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在深空通信等恶劣信道条件下,可靠的通信传输技术一直是研究的难点。高编码增益的低码率信道纠错码是低信噪比(Signal to Noise Ratio, SNR)条件下保证可靠通信的关键技术之一,如何设计这类码字是一个挑战。传统通信系统中解调与译码模块的独立设计可能并不适用于恶劣的信道条件,解调损失的有用信息极大地限制了后续译码性能的提升。此外,在低信噪比条件下,即使是较小的载波偏移也会导致译码性能的恶化,精确的载波同步是纠错码达到理想性能的重要前提。针对这些问题,本文系统研究了适用于低信噪比条件下基于低码率Turbo码的可靠通信传输所要求的完整技术解决方案。论文首先从低码率Turbo码的码字构造,编码复杂度,译码性能等多方面分析了几种常用的低码率纠错码编码方案的优缺点。在此基础上,对基于BCH加重复编码的低码率Turbo码的分量码编码结构进行修正,修正的低码率Turbo码通过合理地选择编码存储及校验位重复次数,可以构造出任意码率的低码率码字,具有编码方法简单,译码性能优异的优点,且译码性能只取决于编码存储和码长,与重复次数无关。其次,论文依据"Turbo原理”设计了一种解调与译码联合迭代的接收方案。方案的重点在于将调制过程等效映射为一个广义的卷积编码,用网格的状态转移来刻画差分调制的输入输出,在接收端,软输入软输出解调器与信道译码器相互传递外信息,通过多次迭代确保接收机的性能达到最优。最后,低信噪比条件下基于数据辅助的载波同步估计精度受限于导频的长度,而过长的导频又不利提高系统的频带利用效率。针对低信噪比条件下载波同步问题,论文研究基于EM算法的译码辅助载波同步技术方案,通过充分利用译码器输出的似然信息,以迭代的方式求解载波频偏和相偏。论文分别从简化Q函数计算和避免繁琐的频偏搜索两方面简化了EM算法,仿真结果表明,两种简化的EM算法均能获得较高的载波同步精度。此外,针对EM算法估计范围有限的问题,论文提出了数据辅助和码辅助联合辅助估计方法,在扩大EM算法的频偏估计范围同时,加快了EM迭代收敛速度。论文的相关分析对于设计满足恶劣信道环境下基于低码率Turbo码的可靠通信传输技术方案、基于调制解调和纠错译码的联合迭代接收机,以及设计极低信噪比条件下的载波同步技术方案具有参考价值。