سیستم MIMO با ساختار تسهیم فضایی
کاهش تداخل
تداخل در شبکه های بیسیم از اشتراک منابع زمان و فرکانس در بین کاربران مختلف نتیجه می شود. کاهش تداخل در سیستم های MIMO از طریق استخراج بعد فضایی و در نتیجه افزایش قابلیت تفکیک کاربران مختلف امکان پذیر است و منجر به بهبود برد و پوشش شبکه ی بیسیم می شود. به عنوان مثال، بهره ی آرایه ای با افزایش مقاومت سیستم مخابراتی نسبت به تداخل همانند نویز، موجب افزایش نسبت سیگنال به نویز و تداخل^[۲۷] (SINR) می شود. علاوه بر این، با استخراج بعد فضا و هدایت انرژی سیگنال ارسالی به سمت کاربر هدف، می توان ایجاد تداخل برای سایر کاربران را به حداقل رساند [۸].

لازم به ذکر است که به دلیل تعارض درجه های آزادی فضایی^[۲۸] مورد نیاز نمی توان تمام مزیت های مذکور را هم زمان بدست آورد، اما با ترکیب تعدادی از مزیت های سیستم MIMO می توان ظرفیت، پوشش، و قابلیت اطمینان شبکه ی بیسیم را افزایش داد. همچنین استفاده ی همزمان از چند آنتن در فرستنده و گیرنده باعث افزایش پیچیدگی سیستم مخابراتی می شود [۸].
کانال MIMO
طراحی الگوریتم های موثر مخابراتی و شناخت محدودیت های موجود در عملکرد سیستم های MIMO، بررسی کانال MIMO را از اهمیت بالایی برخوردار کرده است. ماتریس کانال متغیر با زمان یک سیستم MIMO با M آنتن فرستنده و N آنتن گیرنده در باند پایه به صورت زیر بیان می شود [۵]:

که در آن المان و کانال MIMO، ، پاسخ ضربه ی متغیر با زمان کانال موجود بین آنتن فرستنده ی ام و آنتن گیرنده ی ام در باند پایه می باشد. سیگنال دریافتی در آنتن گیرنده ی ام در باند پایه عبارتست از [۵]:

که در آن سیگنال ارسالی از آنتن فرستنده ی ام بوده و نویز جمع شونده در آنتن گیرنده ی ام می باشد.
هر المان کانال MIMO دارای ماهیت آماری بوده و معمولا به صورت فرایند تصادفی گوسی مختلط با تقارن دایروی^[۲۹] و مبانگین صفر در نظر گرفته می شود. در نتیجه، اندازه ی هر المان کانال MIMO دارای توزیع رایلی^[۳۰] و فاز آن دارای توزیع یکنواخت^[۳۱] می باشد. بدست آوردن ماکزیمم بهره ی دایورسیتی فضایی، ناهمبستگی بین المان های کانال MIMOرا لازم می دارد. بدین منظور علاوه بر داشتن شرایط انتشار غنی در محیط (نیمه جهت دار^[۳۲] و همسانگرد^[۳۳])، فاصله ی آنتن ها نیز باید به اندازه ی کافی بزرگ باشد که معمولا فاصله ای به اندازه ی λ/۲ برای نیل به این مقصود کفایت می کند. در این حالت المان های کانال MIMO دارای توزیع مستقل یکنواخت^[۳۴] (i.i.d) می باشند و دایورسیتی فضایی از مرتبه ی MN حاصل می شود. در حالت کلی کانال MIMO تابعی از زمان، مکان، و فرکانس است که باید آن را به صورت نمایش داد که به صورت زیر تعریف می شود:

همبستگی بین کانال های MIMO در هر سه حوزه ی زمان، مکان، و فرکانس می تواند وجود داشته باشد. فاصله ی همدوسی^[۳۵] ، عبارتست از حداقل فاصله ی فضایی جهت بدست آوردن نا همبستگی فضایی بین المان های کانال MIMO، به عبارت دیگر، اگر برای دو موقعیت مکانی متفاوت و که باشد، داشته باشیم [۷۵]:

که در ان نشان دهنده ی امید ریاضی^[۳۶] است و برای ماتریس ، برداری است که از زیر هم قرار دادن ستون های ماتریس حاصل می شود. فاصله ی همدوسی متناسب با عکس پخش زاویه می باشد. در صورتی که فاصله ی طی شده توسط گیرنده از فاصله ی همدوسی بیشتر باشد، کانال دارای محوشدگی در مقیاس کوچک^[۳۷] و محوشدگی در مقیاس بزرگ^[۳۸] معمولا زمانی رخ می دهد که جابجایی به اندازه ی چندین برابر طول موج حامل باشد.
پهنای باند همدوسی^[۳۹] ، به صورت حداقل پهنای فرکانسی تعریف می شود که در آن المان های کانال MIMO در حوزه ی فرکانس نا همبسته هستند. به عبارتی، اگر برای دو فرکانس و که باشد، داشته باشیم [۸]: