毫米波星-地MIMO无线通信系统是毫米波通信技术未来发展的趋势。本文针对毫米波星-地MIMO无线通信系统在晴空大气和降雨环境下的信道衰落系数及误码率性能进行了深入的研究。本文的主要研究内容如下:介绍了对流层晴空大气和降雨环境的物理、电磁特性,包括:对流层高度分布、大气湍流、大气折射指数分布;雨滴粒子的形状、尺度、降落速度及粒子尺寸分布谱和降雨环境等效介电特性等。讨论了毫米波在晴空大气和降雨环境中的传输特性,包括:晴空环境下的衰减、散射和闪烁效应;降雨环境下的散射、衰减和包络概率密度特性;两种环境下的附加噪声及其对毫米波系统的影响。分析了晴空大气和降雨环境下毫米波星-地链路产生信道衰落的机理,建立了两种环境下毫米波星-地MIMO无线信道衰落系数模型,并对相应的信道增益进行了仿真与讨论。基于文中建立的信道衰落系数模型和假设的星-地MIMO链路,在STBC、STTC、VBLAST编码情况下,仿真晴空大气和降雨环境下了30GHz、圆极化、星-地2×2 MIMO无线通信系统的误码率性能,并对仿真结果进行了详细的讨论。研究结果表明采用MIMO技术可以克服SISO毫米波星-地通信中面临的诸多问题,例如大气衰减、衰落、噪声等。本文的研究结果对发展毫米波星-地MIMO无线通信系统具有重要的理论意义和参考价值。