无线通信业务的迅速发展使有限的频谱资源与不断增加的通信容量之间的矛盾越来越突出。针对这种情况，如何最大限度的提高频谱利用率，是当前研究的一个热门课题。MIMO技术突破了香农容量的界限，在衰落信道中，MIMO技术可以在不增加带宽和发射功率的情况下成倍提高通信系统的信道容量。这些增加的信道容量既可以用来提高信息传输速率，也可以通过增加冗余来提高系统的传输可靠性。MIMO技术被认为是新一代宽带无线通信系统中的革命性技术。目前，天线问题是限制MIMO技术在蜂窝移动通信和3G应用的一个重要因素。论文结合无线通信的实际应用情况对MIMO系统中的天线问题进行了研究，指出了解决MIMO系统中天线问题的出路。论文介绍了两种解决方法：一是进行宽带小型化天线设计，尽量减小天线尺寸；二是采用多模式天线或多极化天线，用一副天线代替两副或多副天线。论文介绍了多种采用微带结构的宽带小型化天线和几类宽带双极化微带天线的设计。以同轴波导馈电的双锥天线和自补偿阿基米德四臂螺旋天线为例讨论了多模式天线在MIMO技术中的应用。论文研究了极化分集技术在MIMO系统中的应用，探讨了采用极化分集时室内和室外环境下影响MIMO信道相关性和信道容量的因素以及天线设计需要注意的问题。以往的研究中，空时编码方法是以获得最大分集增益或最大空间复用增益为目的的，论文分析了两种增益间的关系，提出了两种增益满足的折衷关系式。研究表明，采用合适的空时编码方法可以同时获得分集增益和空间复用增益，但两种增益的大小受到最佳折衷性能的限制。在对MIMO-OFDM技术的研究中，论文改进了以往文献中的不足之处，重新推导了MIMO-OFDM系统的信道容量公式，分析了子载波数目、时延扩展、角度扩展、天线间距等因素对信道容量的影响。研究表明，与OFDM技术结合可以将MIMO系统的频谱利用率提高将近一倍，从而允许只需要较少的天线和硬件成本就可以得到较高的信道容量，时延扩展有利于提高信道容量，提供了另一种分集资源。论文进一步讨论了能够充分利用这种分集资源的空-时-频编码和分群空-时-频编码技术。