海上航路的建立、海上贸易的进行,都离不开海上通信的保障。传统的海上通信主要是通过海岸电台进行,其作用通常只是对附近海域的天气及突发情况进行播报,并不能为船只提供足够的通信支持。随着航天航空事业的发展,卫星通信逐步成为海上通信的主力军,且卫星覆盖范围大,通信容量较传统的海岸电台具有显著的提升,可以满足对于船只通信的常规需求。人类对海洋资源的开发、海上贸易的深化,对通信速率也提出了进一步的需求,但卫星通信速率的提升存在瓶颈。受限于卫星的特性,卫星需要依靠太阳能发电,为功率受限系统。在现有条件下,显著提升单个卫星的通信能力存在困难。由此,将可实现空间资源复用的MIMO（Multiple input and multiple output）技术与卫星通信结合成为卫星通信的一个重要研究方向。本文首先对MIMO技术进行了介绍,包括MIMO通过空间资源提升系统性能的特性、MIMO技术的衍化及应用、MIMO技术的信道模型及系统容量的推导。而后,本文介绍了MIMO技术在分集和复用方面的应用,MIMO技术应用于分集可以为发送信号提供备份或是冗余的信息,避免同时受到衰落的概率,降低系统的误码率;MIMO技术应用于复用可以同时同频发送并行的数据流,提升数据的传输速率。本文对MIMO技术应用于分集和复用方面所需要的编码结构进行了介绍并且对MIMO技术在分集和复用上的增益进行了推导。本文对MIMO技术与卫星通信的结合进行了分析,由于MIMO技术在地面通信中主要为多径传输,而卫星通信主要是直视路径LOS传输,为了解决该问题,引入了分布式MIMO系统。本文基于分布式MIMO系统使用空间上分离的多天线传输的特点,构建了基于两颗GEO卫星与海岛上设置的双天线的2*2的分布式MIMO模型,并提出通过构建的海岛上的天线系统对周边海域进行通信覆盖的海上通信方式。而后,本文分析了基于GEO卫星构建的分布式MIMO系统所能达到的最大信道容量及天线设置参数对于信道容量的影响。本文对分布式MIMO系统应用于低轨道卫星的可行性进行了分析,低轨道卫星对比同步轨道卫星具有更低的延迟、更低的运营成本及更高的效率。同时低轨道卫星的组网和协作也可以通过分布式MIMO系统进一步提升其性能。但低轨道卫星相对于地球是相对运动的状态,这就会带来覆盖区域的移动和多普勒频移,需要相应的星座设计策略和频率补偿方案。本文构建了基于极轨道卫星星座的可实现分布式MIMO系统无缝覆盖的系统模型,提出通过发射导频信息进行多普勒频移补偿的方案并验证了可行性,推导了处于系统中心区域和边缘用户的时变信道容量,并对其性能进行了对比分析。