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星地通信由于其覆盖范围广、通信距离长等优势受到了广泛关注,但复杂的星地信道以及遮蔽效应极大地限制了星地通信的性能。为了能够适应多变的星地通信环境,提升星地通信传输可靠性等要求,星地协作通信技术飞速发展起来。本文研究了星地协作通信技术,主要工作和创新点如下:(1)总结和归纳星地通信的基础知识。分析了星地信号传播方式以及影响信号传播的常见因素,给出了四种常用的描述星地信道传播特性的概率密度函数。总结了LDPC码在通信中的应用,并给出了二元速率兼容LDPC码的构造及译码算法。讨论了基于LDPC码的三种星地协作通信系统的优缺点,通过仿真比较不同协作系统的性能差异以及LDPC码参数对系统性能的影响。(2)设计新型星地衰落信道模型。采用加权正弦和法设计信道仿真器,并给出本文信道模型参数的推导过程。本文所提模型可以描述含有多种衰落情况的星地通信信道,并且解决了传统模型难以分析信道统计特性的难题。仿真结果表明,本文设计的信道模型的二阶统计特性和实测数据非常近似。(3)提出一种适用于星地衰落信道的编码协作方案。解决了传统星地协作通信中信道状态变化导致系统性能变差的问题。在三节点星地协作通信系统中引入混合自动重传请求(7)HARQ(8)协议。针对HARQ-II机制,推导了副本重传和增量重传方式的接收端最大传输速率和系统中断概率。对比发现,副本重传方案性能更优。在星地协作通信中将副本重传HARQ方案与速率兼容LDPC码相结合,设计一种码率自适应变化的星地通信协议。在该协议中,卫星和中继可以根据信道变化确定重传码率,实现系统码率的非线性增长,推导并比较了该协议下星地通信系统的中断概率和吞吐量理论性能。仿真验证本文协议与传统重传机制以及直传方式的误码率性能,结果表明,无论在何种星地衰落信道下,本文协议均可降低系统误码率与中断概率。