1、隨著人們對(duì)高質(zhì)量多媒體業(yè)務(wù)需求的不斷增長(zhǎng)以及陸地移動(dòng)通信速率的不斷提升，衛(wèi)星通信作為陸地移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的重要補(bǔ)充以及未來(lái)空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)中必不可少的組成部分，亟需提高數(shù)據(jù)傳輸速率和系統(tǒng)吞吐量。多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技術(shù)通過(guò)引入空間維度，能夠在不增加帶寬的條件下極大地提高系統(tǒng)容量。因此，如何利用MIMO技術(shù)提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)吞吐量已成為一個(gè)重要的研究課題。由于多波束衛(wèi)星系統(tǒng)能

2、夠通過(guò)頻率復(fù)用提高系統(tǒng)吞吐量，是實(shí)現(xiàn)未來(lái)高吞吐量衛(wèi)星通信的一種重要方案。因此，本文重點(diǎn)研究多波束衛(wèi)星通信中的MIMO相關(guān)技術(shù)。
　　本文首先簡(jiǎn)要描述了多波束衛(wèi)星系統(tǒng)和MIMO系統(tǒng)模型，并在此基礎(chǔ)上建立了多波束衛(wèi)星MIMO系統(tǒng)模型，分析了多波束衛(wèi)星MIMO系統(tǒng)的特點(diǎn)。然后，主要針對(duì)多波束衛(wèi)星系統(tǒng)前向鏈路、反向鏈路和多波束雙極化衛(wèi)星系統(tǒng)中的 MIMO技術(shù)展開(kāi)深入研究，主要研究?jī)?nèi)容及成果如下：
　　第一，研究多波束衛(wèi)星系統(tǒng)前向鏈路

3、預(yù)編碼技術(shù)。建立多波束衛(wèi)星MIMO系統(tǒng)前向鏈路模型，分析三種經(jīng)典預(yù)編碼算法在前向鏈路中的性能。針對(duì)格基約減輔助TH預(yù)編碼(LatticeReduction aided Tomlinson-HarishimaPrecoding,LR-THP)算法運(yùn)算復(fù)雜度高的問(wèn)題，在一種高性能分組預(yù)編碼算法的基礎(chǔ)上，考慮多波束衛(wèi)星MIMO系統(tǒng)特點(diǎn)，提出一種基于信漏噪比(Signal-to-Leakage-plus-Noise-Ratio,SLNR)的低復(fù)

4、雜度分組預(yù)編碼算法。該算法能夠充分利用多波束衛(wèi)星MIMO信道特點(diǎn)，降低預(yù)編碼矩陣求解時(shí)的維度，從而減小算法運(yùn)算量。但是，上述算法需要多次廣義特征分解，運(yùn)算復(fù)雜度仍然較高。為了進(jìn)一步降低預(yù)編碼算法復(fù)雜度，提出一種基于廣義最小均方誤差信道反轉(zhuǎn)(Generalized Minimum Mean Squared Error Channel Inversion,GMI)的分組預(yù)編碼算法。該算法利用GMI和QR分解求解預(yù)編碼矩陣，從而避免了廣義特征

5、分解，使算法具有更低的運(yùn)算量。復(fù)雜度分析及仿真結(jié)果表明提出的兩種預(yù)編碼算法相比LR-THP均能夠有效地降低運(yùn)算復(fù)雜度。另外，與原分組預(yù)編碼算法相比，提出的兩種預(yù)編碼算法均具有更低的運(yùn)算復(fù)雜度，其中基于GMI的分組預(yù)編碼算法復(fù)雜度最低，同時(shí)能夠獲得與原分組預(yù)編碼算法相近的性能。
　　第二，研究多波束衛(wèi)星系統(tǒng)反向鏈路多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)。建立多波束衛(wèi)星MIMO系統(tǒng)反向鏈路模型，分析經(jīng)典多用戶(hù)檢測(cè)算法在多波束衛(wèi)星信道下的性能。針對(duì)串行干擾消除

6、檢測(cè)算法用于多波束衛(wèi)星MIMO系統(tǒng)時(shí)運(yùn)算量大且處理時(shí)延長(zhǎng)的問(wèn)題，提出一種適用于多波束衛(wèi)星MIMO系統(tǒng)的低復(fù)雜度分組干擾消除檢測(cè)算法。該算法按波束間距離對(duì)用戶(hù)分組，在檢測(cè)并消除某關(guān)鍵用戶(hù)組干擾后，對(duì)其余用戶(hù)組信號(hào)進(jìn)行并行檢測(cè)，從而減小處理時(shí)延并降低算法運(yùn)算量。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提算法的優(yōu)異性能。最大似然檢測(cè)算法能夠獲得最優(yōu)的檢測(cè)性能，但運(yùn)算復(fù)雜度很高。針對(duì)這一問(wèn)題，提出一種混合最大似然/分組干擾消除檢測(cè)算法。該算法同樣將用戶(hù)按波束間距離分組

7、，組內(nèi)采用最大似然檢測(cè)，組間干擾消除則利用多波束衛(wèi)星MIMO系統(tǒng)特點(diǎn)，通過(guò)混合串行/并行干擾消除完成。仿真結(jié)果證明所提算法能夠以較低的運(yùn)算復(fù)雜度獲得接近最大似然檢測(cè)的性能。
　　第三，研究多波束雙極化衛(wèi)星系統(tǒng)MIMO技術(shù)。在多波束衛(wèi)星系統(tǒng)中，將波束間全頻率復(fù)用和波束內(nèi)雙極化方案結(jié)合，構(gòu)建更大規(guī)模的多波束雙極化衛(wèi)星MIMO系統(tǒng)。研究多波束雙極化衛(wèi)星MIMO系統(tǒng)前向鏈路和反向鏈路能夠達(dá)到的鏈路容量，以及塊對(duì)角化(Block Diago

8、nalization,BD)類(lèi)型的預(yù)編碼算法在多波束雙極化衛(wèi)星MIMO系統(tǒng)前向鏈路中的性能。隨后，針對(duì)多波束雙極化衛(wèi)星MIMO系統(tǒng)前向鏈路，設(shè)計(jì)一種基于BCH-LDPC碼的MIMO傳輸方案，并結(jié)合Turbo迭代檢測(cè)譯碼算法獲得優(yōu)異的系統(tǒng)性能。針對(duì)Turbo迭代檢測(cè)譯碼算法運(yùn)算復(fù)雜度高的問(wèn)題，提出一種適用于級(jí)聯(lián)編碼MIMO系統(tǒng)的外碼譯碼反饋迭代檢測(cè)譯碼算法。該算法在Turbo迭代檢測(cè)譯碼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上引入外碼譯碼反饋，利用外碼硬判決譯碼信息