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作為當前數(shù)字通信領(lǐng)域中的一個重要突破，MIMO技術(shù)可以在不增加帶寬使用情況下得到較高的數(shù)據(jù)速率，他利用多個發(fā)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(fù)用增益，以達到提高功率效率和頻譜效率的目的。

1MIMO技術(shù)的發(fā)展

MIMO技術(shù)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(fā)射功率一定的前提下，依靠開發(fā)空間資源，使用若干天線多發(fā)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(shù)量呈線性關(guān)系，因此在MIMO技術(shù)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(shù)進行了長期的研究，為MIMO的發(fā)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(fā)展處分層空時編碼技術(shù)，將信號源數(shù)據(jù)劃分為一系列的子數(shù)據(jù)，子數(shù)據(jù)獨立編碼和調(diào)制，可以達到40bps/Hz的頻譜效率，但是該技術(shù)不適合移動通信環(huán)境。為了更好的應(yīng)用于移動通信，一種發(fā)送分集方式應(yīng)運而生，即信源經(jīng)過編碼映射，使用多個天線同時發(fā)送，接收端根據(jù)信道傳輸特性，只需要簡單的信號處理，就能獲得與同等數(shù)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(shù)在衛(wèi)星移動通信上被賦予了極大的期望。隨著業(yè)務(wù)急劇增長，衛(wèi)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(wèi)星負載的有限性，衛(wèi)星平臺功率和帶寬轉(zhuǎn)發(fā)器收到了很大的限制，MIMO技術(shù)僅需要增加接收與發(fā)送天線數(shù)量，對提高衛(wèi)星移動通信容量具有非常大的應(yīng)用價值。目前MIMO技術(shù)已經(jīng)成為IEEE802.11n和IEEE802.16標準，并在DARS、Sirius和XMSR等系統(tǒng)中成功應(yīng)用。

2衛(wèi)星MIMO技術(shù)的分類

2.1按載荷方式分類衛(wèi)星MIMO技術(shù)按載荷方式可以分為兩類，一類是針對衛(wèi)星上處理再生載荷技術(shù)，另一類是針對衛(wèi)星上透明載荷技術(shù)。在衛(wèi)星處理再生載荷的情況下，可以認為衛(wèi)星上下行信道都是獨立的端到端鏈路，分別應(yīng)用MIMO技術(shù)可以得到不同的兩個信道容量，在系統(tǒng)總體容量優(yōu)化時，必須將上下行鏈路統(tǒng)籌考慮。在衛(wèi)星透明載荷情況下，衛(wèi)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(fā)射和接收天線匹配問題。

2.2按傳輸構(gòu)建方式分類衛(wèi)星MIMO技術(shù)按傳輸構(gòu)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(tǒng)由一顆衛(wèi)星和一個地面站組成，衛(wèi)星和地面站都裝載兩副不同計劃化方式的天線，其優(yōu)點是復(fù)雜度較低，缺點是MIMO技術(shù)復(fù)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(fā)天線數(shù)量參數(shù)只能都取2。另一類是多地面站方式，這種方式下通信系統(tǒng)由一顆衛(wèi)星和多個地面站組成，每個地面站安裝一副天線，對應(yīng)衛(wèi)星上為每個地面站裝載一副天線。為了MIMO復(fù)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(wèi)星方式，這種方式下通信系統(tǒng)由多顆衛(wèi)星和多個地面站組成，衛(wèi)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(wèi)星數(shù)量增加導(dǎo)致經(jīng)濟成本劇增。

當前衛(wèi)星MIMO技術(shù)還需要解決很多關(guān)鍵性技術(shù)，比如①信號同步技術(shù)，包括多顆衛(wèi)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(shù);③MIMO傳輸系統(tǒng)容量分析技術(shù)等。

3結(jié)語

本文討論了MIMO技術(shù)在衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用方法和前景，分析了該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀。目前MIMO技術(shù)的三種傳輸方式中，多極化構(gòu)建方式最簡單但性能最有限;單衛(wèi)星多地面站方式性能有很大提高，應(yīng)用前景比較廣闊;多衛(wèi)星多地面方式性能最佳，但實現(xiàn)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