东南大学高西奇教授团队：大规模MIMO卫星通信

近年来，无线通信技术飞速发展， 5G 的成功商用为无线通信的未来奠定了重要基础。5G 不仅定义了增强移动宽带、超可靠低时延和大规模机器通信三大使用场景，更标志着人与物、物与物的连接需求将持续增长。然而，地球上依然存在超过一半的区域未能被陆地无线网络覆盖，如山区、沙漠、海洋和偏远地区等。卫星通信凭借广覆盖和高可靠性的特点，成为陆地无线网络的重要补充，也被认为是实现全球深度网络覆盖的关键技术。随着非陆地网络（non-terrestrial network，NTN）的引入和低地球轨道（low earth orbit，LEO）卫星通信的不断发展，卫星通信正在无线通信领域扮演着越来越重要的角色。

大规模MIMO 示意图

大规模多输入多输出（multiple-input multiple-output，MIMO）技术是近年来陆地蜂窝移动通信领域最为活跃的研究方向。在大规模MIMO 系统中，基站配置大规模阵列天线，在同一时频资源上与大量用户终端进行通信，深度挖掘利用空间维度无线资源，从而大幅提升频谱效率、功率效率以及系统容量。大规模MIMO 是5G 移动通信重要使能技术，也将在未来6G 移动通信中持续发挥重要作用。

大规模MIMO 卫星通信示意图

将大规模MIMO 技术拓展应用于卫星移动通信中，构建大规模MIMO 卫星移动通信系统，对提高卫星通信系统的能力具有重要的理论和实际意义，是卫星通信领域最具潜力的研究方向之一。不同于陆地蜂窝大规模MIMO 系统，卫星网络系统中每颗卫星的覆盖范围较大，卫星通信信道呈现长时延、大频偏（低轨）、空间稀疏等特性。陆地大规模MIMO 技术所依赖的瞬时信道信息及基站与用户终端之间的理想时频同步，在卫星通信场景中无法获取。直接将陆地大规模MIMO 技术沿用至卫星通信场景面临诸多挑战。

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大规模MIMO卫星通信购买

高西奇 尤 力 卢安安 李科新 向子彧 著

北京: 龙门书局, 2026. 7

(6G信息通信网络丛书)选购丛书

ISBN 978-7-5088-6891-2

《大规模MIMO卫星通信》系统讨论大规模MIMO 卫星通信理论与技术，主要包括大规模MIMO 卫星通信系统模型、大规模MIMO 卫星信道信息获取、单星大规模MIMO 上下行传输、多星大规模MIMO 上下行传输、卫星大规模MIMO 混合预编码和广覆盖预编码等内容。全书共十四章。

• 第1 章为绪论，对大规模MIMO 技术与卫星通信的研究现状进行概述，分析将陆地大规模MIMO 技术直接应用于卫星通信存在的问题，并探讨适用于卫星通信场景的大规模MIMO 技术的可能性；

• 第2 章论述大规模MIMO 卫星通信系统模型，从卫星轨道与信道建模出发，探讨链路预算的关键因素，并建立大规模MIMO 卫星信道模型，为后续章节的研究奠定基础；

• 第3 章论述大规模MIMO 卫星信道信息获取方法，针对LEO 卫星大规模MIMO 系统，分析信号传输过程与信道特性，提出导频分配方法及两级信道估计方法；

• 第4 章论述单星大规模MIMO 上下行传输方法，利用统计信道状态信息，实施大规模MIMO 上下行传输，能够显著提升传输性能，并克服面向陆地蜂窝通信发展起来的常规大规模MIMO 技术的不适用性；

• 第5 章和第6 章分别论述遍历和速率最大化的单星大规模MIMO 下行发送设计、逼近遍历和速率容量的单星大规模MIMO 上行发送设计，优化下行和上行链路性能；

• 第7 章和第8 章分别论述多星大规模MIMO 下行和上行传输方法，利用统计信道状态信息，实施多星大规模MIMO 上下行传输，能够适用于相邻的多个卫星基站与其覆盖区内的大量用户终端之间的时频异步信道，并进一步显著提升传输性能。

• 第9～11 章论述多星大规模MIMO 预编码器和接收机设计，包括波束结构的下行预编码设计和上行接收机设计、下行链路及上行链路中预编码器和接收机的解耦设计，大幅降低星上载荷的计算复杂度。第12 章论述卫星大规模MIMO 混合预编码方法，提出基于有限分辨率移相网络的下行混合预编码方法；

• 第13 章论述卫星大规模MIMO 双精度混合预编码方法，解决在中高功率下信号失真和功率损耗严重的问题；

• 第14 章论述卫星大规模MIMO 广覆盖预编码方法，设计具有广覆盖功率图样的预编码来提升时间和频率同步的性能。

本书主要内容是作者近年来在大规模MIMO 卫星通信方面研究工作的汇聚。这些研究工作的合作者还包括美国特拉华大学的Xiang-Gen Xia 教授、卢森堡大学的Björn Ottersten 教授和Symeon Chatzinotas 教授、希腊雅典国立卡波季斯特里安大学的Christos G. Tsinos 教授、东南大学的王闻今教授和王家恒教授。此外，东南大学移动通信全国重点实验室的研究生对本书进行了校对，在此一并表示感谢。

本文摘编自《大规模MIMO卫星通信》（高西奇等著. 北京: 龙门书局, 2026. 7）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

(6G信息通信网络丛书)选购丛书

ISBN 978-7-5088-6891-2

责任编辑：孙力维 赵艳春

本书可作为从事无线通信研究开发的科研人员、工程技术人员以及研究生等的参考书。

（本文编辑：刘四旦）

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