多输入多输出系统(MIMO)的核心原理是利用多根发射与接收天线所提供的空间自由度提升无线通信系统的频谱效率,以提高传输速率并改善通信质量。纵观MIMO的研究成果,大多数集中在MIMO数学模型的研究,对于它应用物理模型方面的研究较少。必须肯定数学模型的“先知”作用,但所有的数学研究成果只有应用到物理模型中,才能实现它的价值和意义。所以,MIMO的应用性研究具有重要的价值和意义。MIMO技术基本上分为两类:空时编码和空分复用。前一类着重利用信道编码来增加信道容量,后一类则利用多对收发天线间的独立瑞利衰落信道(IRFC)发送相同的数据信号来增加信道容量。本论文侧重研究后一类MIMO系统的应用性。现有的MIMO信道容量公式都是在香农公式的基础上导出,即MIMO的数学模型。如果MIMO系统应用到实际传输环境中,需要研究与数学模型适配的物理模型。论文首先研究发送天线间隔为λ/2或10λ时,由一对收发天线构成的信道是否满足IRFC的条件。然后研究了在瑞利平坦性衰落和频率选择性衰落两种环境下的信道容量公式以及MIMO系统物理模型的适配条件。还研究了多天线发射波束的方向性,并给出了模拟仿真图。最后,在多种应用环境条件下分析了RAKE接收机和联合接收机在MIMO系统中的应用特性。基于上述研究,论文定义了将相位阵列天线(PAA)技术引入MIMO的SHPAA系统,导出SHPAA系统的三维信道容量公式并给出相关模拟仿真图,验证了它的信道容量提升能力。