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作為當前數字通信領域中的一個重要突破，MIMO技術可以在不增加帶寬使用情況下得到較高的數據速率，他利用多個發送天和多個接收天線同時進行信號傳輸，信道自由度得到充分利用，從而得到較大的空間分集合空間復用增益，以達到提高功率效率和頻譜效率的目的。

1MIMO技術的發展

MIMO技術是1908年由美國科學家麥克卡尼提出來的，主要思想是在帶寬和發射功率一定的前提下，依靠開發空間資源，使用若干天線多發多收的目的，達到成倍提高信道容量的目的。信道容量的與天線數量呈線性關系，因此在MIMO技術增加信道容量的同時，也可以提高信道傳輸可靠性，大幅降低誤碼率等。美國貝爾實驗室在隨后對MIMO技術進行了長期的研究，為MIMO的發展做出了重大貢獻，主要成果是證明了在白高斯信道下，多天線可以有效提高信道容量，并由此發展處分層空時編碼技術，將信號源數據劃分為一系列的子數據，子數據獨立編碼和調制，可以達到40bps/Hz的頻譜效率，但是該技術不適合移動通信環境。為了更好的應用于移動通信，一種發送分集方式應運而生，即信源經過編碼映射，使用多個天線同時發送，接收端根據信道傳輸特性，只需要簡單的信號處理，就能獲得與同等數量天線分集接收相同的效果。

在地面移動通信中取得的巨大成功，使得MIMO技術在衛星移動通信上被賦予了極大的期望。隨著業務急劇增長，衛星通信的頻譜和帶寬都變得非常不足，又由于軌道位置和衛星負載的有限性，衛星平臺功率和帶寬轉發器收到了很大的限制，MIMO技術僅需要增加接收與發送天線數量，對提高衛星移動通信容量具有非常大的應用價值。目前MIMO技術已經成為IEEE802.11n和IEEE802.16標準，并在DARS、Sirius和XMSR等系統中成功應用。

2衛星MIMO技術的分類

2.1按載荷方式分類衛星MIMO技術按載荷方式可以分為兩類，一類是針對衛星上處理再生載荷技術，另一類是針對衛星上透明載荷技術。在衛星處理再生載荷的情況下，可以認為衛星上下行信道都是獨立的端到端鏈路，分別應用MIMO技術可以得到不同的兩個信道容量，在系統總體容量優化時，必須將上下行鏈路統籌考慮。在衛星透明載荷情況下，衛星信號中繼器對信號只有相位偏移和功率放大的功能，上下行鏈路可以看做一個，主要研究工作是發射和接收天線匹配問題。

2.2按傳輸構建方式分類衛星MIMO技術按傳輸構建方式可以分為三類。一類是多極化方式，這種方式下通信系統由一顆衛星和一個地面站組成，衛星和地面站都裝載兩副不同計劃化方式的天線，其優點是復雜度較低，缺點是MIMO技術復用和分集增益也有限，原因是為了確保天線極化方式的正交性，收發天線數量參數只能都取2。另一類是多地面站方式，這種方式下通信系統由一顆衛星和多個地面站組成，每個地面站安裝一副天線，對應衛星上為每個地面站裝載一副天線。為了MIMO復用和分集增益最大化，地面站之間的距離要足夠大，一般距離幾十公里。還有一類是多顆衛星方式，這種方式下通信系統由多顆衛星和多個地面站組成，衛星之間的距離要求足夠大，相對地面站之間的距離可以縮短，在獲得最大容量增益的同時，由于衛星數量增加導致經濟成本劇增。

當前衛星MIMO技術還需要解決很多關鍵性技術，比如①信號同步技術，包括多顆衛星與多個地面站之間信號同步問題;②分集合并接收信號處理技術;③MIMO傳輸系統容量分析技術等。

3結語

本文討論了MIMO技術在衛星移動通信系統中的應用方法和前景，分析了該領域的研究現狀。目前MIMO技術的三種傳輸方式中，多極化構建方式最簡單但性能最有限;單衛星多地面站方式性能有很大提高，應用前景比較廣闊;多衛星多地面方式性能最佳，但實現代價也最高。

作者：邢劍鋒 王鵬飛 趙偉東 單位：海軍蚌埠士官學校有線通信教研室