临近空间中的空地通信网络作为国防安全的重要组成部分,要求该通信网络可满足远距离高速率的业务需求,但由于通信终端数量爆发性增长,传统通信频段变得拥挤,难以获得大容量带宽,因此带宽资源更充足的毫米波频段成为空地高速通信技术的新方向,尤其是适合远距离传输的E波段毫米波频段。考虑到空临地信道中存在的云、雨、沙尘可能影响E波段毫米波的传输,或由于系统通信距离过远导致可支持传输速率下降等问题,对使用E波段毫米波进行传输的空临地系统,研究其信道特点和高速传输方案,有助于推动空地通信网络的建设。本文首先基于空临地环境,对E波段毫米波在大气中的传播信道进行了研究,重点分析了对流层气象因素为毫米波传输引入的变化,考虑电磁波路径上存在对流层中的晴天单层云,分析电磁波参数产生的随机变化,建模了晴天单层云空临地信道。然后研究了所提出的扩展信道模型的信道容量,重点研究了空临地信道中存在晴天单层云的情况下,超出或不超出瑞利距离的MIMO通信的信道容量变化。最后针对使用能量受限的小型飞行器进行空临地远距离传输的场景,获取更高的接收端信号检测能量效率的方案进行了仿真分析。研究发现为了使信道相关性最低,获取最大信道容量,空临地E波段毫米波LOS MIMO系统需要按照瑞利距离准则放置天线。但这种机会性的最大信道容量难以在信道存在单层云的情况下保持,且单层云的含水量、厚度越大,信道容量的恶化越明显。当传输距离远超瑞利距离时,信道容量下降明显,MIMO系统近似退化为SISO,此时可以利用单层云让MIMO信道更不相关,获得比没有单层云存在时更高的信道容量。另外基于仿真验证,可以在小型飞行器接收端根据空临地单层云信道情况切换信号检测方式,并利用本文建立的单层云信道模型仿真搜索信号检测方式切换点,在晴天单层云空临地通信中获得更高的能量效率。