随着宽带卫星通信技术的发展，满足多业务对优先级、QOS等要求的高速星上交换技术已经成为当今数字卫星通信的关键技术之一。星上应用要求高速交换内核既能实现多端口、大容量、高指标的分组交换，又能符合环境苛刻、资源紧张、电路受限的客观需求。传统的交换结构一般分为时分结构和空分结构两大类，时分结构的基本特征是所有的输入输出端口共享一条高速信息通道或者信息媒介；空分结构的基本特征是在多路输入输出端口可以同时平行地传递信元。　　 本文首先对诸如共享缓存、共享总线、CROSSBAR和Banyan网络等传统的交换结构进行了分析和比较，在充分考虑现行各种交换结构的基础之上提出了叠层交换的设计思路，描述了它的结构形式，从理论上衡量了它的性能特点。然后使用仿真工具MATLAB建立了叠层交换交换结构和业务源的软件仿真模型，进行了数据仿真和结果分析，得到了关于交换丢失率、平均交换时延等性能同叠层交换结构各项结构参数之间的关系，绘制了仿真结果曲线，表明叠层交换是现时可工程化实现的。最后采用FPGA构建了基于叠层交换的星上交换电路设备，使用标准仪器AX/4000对其进行了长达24小时的测试，实验表明叠层交换能够满足信元丢失率、信元差错率、交换时延和交换时延抖动等指标要求。