中文摘要：

MIMO无线通信技术堪称现代通信领域技术突破，国际研究动态及国内应用需求表明未来必将在毫米波段开发应用。毫米波段信号受到以降雨为首的大气水凝物影响非常明显。本项目针对毫米波段MIMO系统电波传播及信道特性需要深入解决的问题，用随机介质中电磁波传播、散射特性的研究方法、随机动态预报方法、传输特性实验测量方法，进行大气水凝物(云、雨、雪、雾)对毫米波段信号产生的实时动态衰减、噪声和非相干场分布等特性研究。基于毫米波段传输、散射动态特性规律，用MIMO无线信道电波传播特性和信道特性的研究理论、动态预报方法、计算机信道仿真方法，研究毫米波段MIMO无线信道时延、到达角、离开角、多普勒频移、信道衰落、相关等动态特性，评估信道容量动态特性，对揭示毫米波段MIMO通信系统信号传播机制和信道特性有重要意义，可填补相关研究空白状态，为保证毫米波段MIMO系统可靠性、稳定性提供理论依据和技术支持。

结论摘要：

由于毫米波系统的诸多特点，对流层大气环境成为影响毫米波MIMO信道特性的主要因素。本项目旨在研究大气水凝物对毫米波MIMO无线信道的影响。主要研究内容包括两个方面，一方面是弥补毫米波大气水凝物传输特性的一些遗留问题，另一方面是基于毫米波大气水凝物传输特性，研究毫米波MIMO信道特性及链路性能相对SISO链路性能的优势。“弥补遗留”是指探索MIMO信道需要的传输特性，但是在SISO信道研究中不是主要问题，所以没有具体的模型或者方法可以用来评估对应的传输特性，或者是主要问题但是尚没有文献给出具体结论，例如任意情况下去极化情况、极化失配因子、多重散射对毫米波信号特性的影响、散射互耦、散射互耦对天线系统影响、提高毫米波段传输特性计算精度等内容。毫米波MIMO信道特性及链路特性指毫米波MIMO信道的相关特性、空间角度谱特性、信道特性时间变化规律及预报、毫米波MIMO系统误码性能和容量性能。 课题在三年研究过程中基本遵照研究计划开展研究工作，已经公开出版/发表/授权的成果包含的重要结果、关键数据及科学意义如下开发了配合大型雨滴谱仪多点测量大气水凝物物理特性的小型低廉仪器；开发了毫米波MIMO系统信号处理过程中需要的阵列耦合误差的自校正方法；首次提出了“散射互耦”的概念，并且给出评估模型和方法，以抛物面天线进行了仿真和讨论；为了利用散射互耦模型分析任意大型面天线散射互耦特性，研究给出了任意取向偶极子天线辐射场的计算方法；给出了任意情况下去极化情况和极化失配因子计算方法；提出了一种结合点测降雨率修正降雨特征衰减的方法，分析了多重散射对降雨环境中传输特性的影响，分析了西安地区降雨噪声统计特性规律，给出了频率比例因子在特定频率结果外推中的应用方法；以降雨衰减为例给出了信道动态特性的MGA-ARIMA预报方法，该方法预报结果与实测降雨衰减数据比对，吻合度非常好；得出了地-空（卫）MIMO通信系统的在降雨环境中的相关特性、空间谱特性；针对STBC、STTC、VBLAST空时编码条件，分析了MIMO地卫通信系统误码率特性，分析了MIMO地卫通信系统容量特性；积累了西安地区Ka频段衰减特性实测数据和西安地区1分钟累积降雨率测量数据。以上结果及数据对于开发应用毫米波段MIMO（地卫）通信系统具有重要的应用价值。