随着航空器在指挥、控制、侦察、监视等领域通信业务的不断增加,空地之间的通信保障对象已从过去单一的话音和低速数据业务,向话音、数据、图像等更加灵活高效的多业务方向发展,这些对空地之间的无线通信提出了更高的要求。航空信道环境下,由于收发双方相对移动速度更快,多普勒频移更明显,传统频偏估计和补偿算法的效果往往不理想。而多普勒分集技术通过利用不同频移分量的能量来增加信号总能量,能有效缓解快时变信道中的强多普勒频偏问题。另外,空间分集技术利用多天线或多节点协同的方式来获取分集增益,相比于采用交织、纠错等方法减少衰落,它的优势在于能提高通信系统传输性能而不需要借用额外的发射功率或信号带宽。本文以航空通信为应用背景,对多普勒分集和空间分集技术展开研究,主要研究内容和成果如下:首先,针对正交频分复用(Orthogonal frequency division modulation,OFDM)系统下的接收端多普勒分集技术进行研究,推导了基于干扰信号相关性的支路参数选取表达式。此外,基于经典的分集方案提出了一种简化的分集结构。仿真表明,简化的结构在无明显性能损失的前提下减小了接收端的复杂度和计算量,对信道估计具有更好的实时性,因此更加适用于时变性强的航空信道。其次,针对航空通信中由于航空平台高机动性所带来的信号传输质量和可靠性差的问题,研究了航空信道下的空间分集技术。以Alamouti空时码为例对分布式空时分组码(Distributed space time block coding,DSTBC)和随机分布式空时分组码(Randomized distributed space time block coding,RDSTBC)编码方案进行了分析,并对两种基于单载波频域均衡(SC-FDE)的空间分集接收算法展开研究。分析和仿真表明,在信道多径数和信噪比较小的情况下适合采用结合SC-FDE的STBC算法,反之则适合采用基于干扰抵消的STBC-SC-FDE算法。最后,结合空间分集技术以及OFDM和SC-FDE等波形体制,对地空通信中的“一机多站”、“一站多机”两种场景进行了协作式空时编码方案设计,其中“一机多站”场景适合采用基于OFDM的空时分组码,而“一站多机”场景适合采用基于SC-FDE的分布式空时分组码。仿真表明,上述采用Alamouti、OSTBC和QOSTBC空时码与OFDM、SC-FDE波形相结合的方案,在特定的场景能带来不同程度性能的提升。