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摘要：传统低轨卫星传输受卫星能力的限制，其频谱效率已无法满足日益增长的通信容量需求。MIMO传输技术可利用空间维度进行多流数据的并行传输，但由于单颗卫星的波束与用户间信道的高相关性，导致无法提供空间维度隔离。提出一种多星MIMO协同传输方案和以主卫星为时频参考点的多星同步方案，梳理了星间必要的交互信息，提出基于信道预测的预编码方案，并进行了性能评估。评估结果显示：采用4星MIMO协同传输时，平均用户速率增益可达169.6%。
关键字：多星协同；联合传输；星间同步；预编码
doi：10.12045/j.issn.1007-3043.2026.08.004
引言
近20年来，随着卫星制造、火箭发射、星载设备及通信技术的长足进步，基于大规模低轨（Low Earth Or‑bit，LEO）卫星星座的宽带通信成为行业未来发展主流趋势[1-7]。即便如此，当前卫星通信仍普遍采用单波束传输模式，即单个终端仅能接收来自卫星单一波束的信号。在卫星通信时频资源受限的前提下，频谱效率遭遇发展瓶颈。如何提升频谱效率，成为卫星通信后续发展亟待解决的难题。
地面多输入多输出（MIMO）技术通过多组天线同步收发信号，将信号拆分为多路独立数据流，各路数据流经不同天线发射，再由接收端多天线完成接收，数据流之间利用空间维度的信道差异相互隔离[8]。在卫星通信中，每一个波束均可承载一路独立数据流，终端的各副天线（或多天线终端）分别对应不同波束，由此构建出卫星多波束协同传输体系[9-10]。与地面无线通信系统相比，低轨卫星通信场景具有高移动性、传输时延大、信道以视距（LoS）传输为主等特征将MIMO 技术落地卫星场景时，必须充分考虑上述特性带来的影响，主要包括时频同步、接入流程、资源调度等方面。
本文从同步方案设计、星间信息交互、系统建模以及性能评估4 个维度，对多星协同MIMO 传输技术展开研究。仿真结果表明，在大规模低轨星座中采用多星协同传输，能够有效提升用户传输速率：双星协同传输可使绝大多数用户的传输速率提升47.3%，进一步升级为四星协同传输后，传输速率的提升幅度可达153.7%。
