绝大多数关于MIMO通信的研究都集中在了10GHz频率以下的频段。与此形成对比的是,对10GHz以上频段,比如Ku频段,Ka频段的MIMO通信研究则仍然处在起步阶段,涉及到的也主要是地面和室内环境造成的多径衰减。毫米波MIMO系统具有诸多优点,有着广阔的应用前景。但对于毫米波地空链路,除非在极低仰角工作状态下,链路受地形、地地貌的影响很小,受到大气气象环境的影响却十分明显,尤其是对流层大气环境中产生衰减、散射、去极化、附加噪声等,所以研究大气环境对发展毫米波段MIMO技术就显得尤为重要。本文主要内容如下:本文首先介绍了降雨环境中粒子散射与衰减作用:单粒子散射与群里子散射作用机理,分别介绍了雨滴粒子分布谱以及降雨衰减理论和工程模型;分析了不同雨滴谱的降雨衰减特性;其次介绍了MIMO通信系统基本模型以及信道模型分类;分别介绍了MIMO信道时延扩展,多普勒扩展和角度扩展;并分析了毫米波地空MIMO技术中的关键问题;最后基于本文所构建的信道衰落系数模型,分别研究了降雨环境下毫米波地-空MIMO无线通信系统接收、发射天线相关系数,研究了降雨环境下毫米波地-空MIMO信道多普勒效应,并分别对接收天线间相关系数,发射天线间相关系数,信道多普勒功率谱进行了仿真,最后对其仿真结果进行了详细的分析讨论。其仿真结果表明,第一,降雨环境中接收天线间相关系数在一定条件下是天线间距离、载波频率、半功率波束宽度的函数,发射天线间相关系数在一定条件下是天线间距离、降雨率、卫星距离地面高度、载波频率的函数;第二,降雨环境下信道多普勒频移与降雨率,载频等因素相关。相同降雨率下,不同的载波频率有着不同的多普勒扩展。在相同载波频率下,降雨率越大频率扩展也越大。以上分析正确反映了信道的时变特性,有助于对信道的进一步理解和掌握以及为工程实践提供一定的借鉴。