遥测PCM/FM(Pulse Code Modulation/Frequency Modulation,PCM/FM)体制作为我国发展的主导遥测体制,具有高精度、形式多变以及适应数字化技术等特点,受到了广泛关注和研究。随着我国航天事业的不断推进,测量试验任务的增加以及遥测数据率的增长,使得有限的遥测频段越来越拥挤。作为无线通信智能天线领域的重大创新,多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术能够实现系统容量和频谱利用率的突破。因此,本文基于现有的遥测PCM/FM系统开展实用性MIMO传输方案研究,在保留现有遥测系统收发信机的基础上,提高有限遥测频带内系统的信息传输速率和频谱利用率。本文首先对MIMO遥测系统研究背景及意义进行了分析,并分别对遥测系统和MIMO技术的发展现状进行了总结。从现有遥测PCM/FM系统入手,分析了系统调制解调原理,并在遥测信道模型的基础上,给出了MIMO遥测通信系统亟需解决的关键技术。论文主要研究内容及成果如下:基于MIMO遥测通信系统,本文选择了具有良好自相关性的CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto Correlation,CAZAC)序列作为前导符号并设计了相应的帧结构。在此基础上,给出了一种改进的基于S&C算法的粗同步方法。该方法通过对循环前缀的改进和设计,很好的避免了传统S&C算法“峰值平台”的产生。其次,在频率同步方面,研究了两种常用的频偏估计方法。仿真结果表明,基于循环前缀的频偏估计方法在本文信道环境下具有较好的频偏估计性能。最后,针对高动态信道环境,本文给出了基于数据辅助的基扩展模型(Basis Expansion Model,BEM)信道估计方法。仿真表明,快变信道下该方法的信道估计性能优于传统信道估计方法。针对传统遥测系统收发信机比较成熟且存量很大的现状,本文在遥测PCM/FM系统MIMO实用性传输方案上开展了研究,提出利用极化MIMO与空间复用、空时编码、空间调制和MIMO检测有机结合的思想,达到以较低成本提高传统遥测系统信息传输速率和频谱利用率的目的。仿真结果表明,当遥测PCM/FM系统采用空间复用或空间调制技术且系统信噪比满足一定条件时,大约能提高一倍左右的系统吞吐量;当遥测PCM/FM系统采用空时编码技术时,能很大程度上提高原有系统的抗误码性能。