随着煤矿井下安全生产和灾后救援的需求日益增长，无线通信系统在井下的应用蓬勃发展。井下复杂的通信环境造成的多径效应，是井下无线通信应用的一大难题。相比较于其他技术，MIMO技术具有抗干扰抗多径、降低误码率、提高信道容量等优点。本文以矿井MIMO系统模型为研究对象，对MIMO技术的井下应用起到了一定的促进作用。首先，分析现有的矿用无线通信系统和矿井无线通信环境，指出矿井无线通信的最大难题是多径衰落，分析MIMO技术在煤矿井下的应用优势。研究地面MIMO系统的基本架构和数学模型，分析其信道容量。分析两种功率分配方案下的信道容量差别，通过仿真研究证明，相较于平均功率分配方案，自适应功率分配方案能提高信道容量。为了实际应用，重点研究矿井MIMO模型。假设散射体的分布情况，考虑三次散射，建立矿井巷道内的基于散射体分布的MIMO信道传播模型。通过仿真和实验，研究天线间隔、Rice因子等因素和相关性的关系。分析相关性、天线数量对信道容量的影响，得出煤矿井下的MIMO天线配置方案。最后，设计了一种提高视距信道容量的方法。通过改变相邻发射天线的载波频率来提高信道的正交性，从而提高信道容量。推导实现信道正交性的相应载波频率公式。仿真结果表明使用不同的载波频率能有效提高信道容量。