为了满足系统中高速数据传输速率和高系统容量方面的需求，LTE系统的下行MIMO技术支持2×2的基本天线配臵。下行MIMO技术主要包括：空间分集、空间复用及波束成形3大类。与下行MIMO相同，LTE系统上行MIMO技术也包括空间分集和空间复用。在LTE系统中，应用MIMO技术的上行基本天线配臵为1×2，即一根发送天线和两根接收天线。考虑到终端实现复杂度的问题，目前对于上行并不支持一个终端同时使用两根天线进行信号发送，即只考虑存在单一上行传输链路的情况。因此，在当前阶段上行仅仅支持上行天线选择和多用户MIMO两种方案。
空间复用
空间复用的主要原理是利用空间信道的弱相关性，通过在多个相互独立的空间信道上传输不同的数据流，从而提高数据传输的峰值速率。LTE系统中空间复用技术包括：开环空间复用和闭环空间复用。
● 开环空间复用：LTE系统支持基于多码字的空间复用传输。所谓多码字，即用于空间复用传输的多层数据来自于多个不同的独立进行信道编码的数据流，每个码字可以独立地进行速率控制。
● 闭环空间复用：即所谓的线性预编码技术。
● 线性预编码技术：作用是将天线域的处理转化为波束域进行处理，在发射端利用已知的空间信道信息进行预处理操作，从而进一步提高用户和系统的吞吐量。线性预编码技术可以按其预编码矩阵的获取方式划分为两大类：非码本的预编码和基于码本的预编码。
非码本的预编码方式：对于非码本的预编码方式，预编码矩阵中发射端获得，发射端利用预测的信道状态信息，进行预编码矩阵计算，常见的预编码矩阵计算方法有奇异值分解、均匀信道分解等，其中奇异值分解的方案最为常用。对于非码本的预编码方式，发射端有多种方式可以获得空间信道状态信息，如直接反馈信道、差分反馈、利用TDD信道对称性等。
基于码本的预编码方式：对于基于码本的预编码方式，预编码矩阵在接收端获得，接收端利用预测的信道状态信息，在预定的预编码矩阵码本中进行预编码矩阵的选择，并将选定的预编码矩阵的序号反馈至发射端。目前，LTE采用的码本构建方式基于Householder变换的码本。MIMO系统的空间复用原理示意图如下所示：
在目前的LTE协议中，下行采用的是SU-MIMO。可以采用MIMO发射的信道有PDSCH和PMCH，其余的下行物理信道不支持MIMO，只能采用单天线发射或发射分集。LTE系统的空间复用原理图如下所示：
空间分集
采用多个收发天线的空间分集可以很好的对抗传输信道的衰落。空间分集分为发射分集、接收分集和接收发射分集三种。
发射分集
发射分集是在发射端使用多幅发射天线发射信息，通过对不同的天线发射的信号进行编码达到空间分集的目的，接收端可以获得比单天线高的信噪比。 发射分集包含空时发射分集（STTD）、空频发射分集（SFBC）和循环延迟分集（CDD）几种。
1.空时发射分集（STTD）：
● 通过对不同的天线发射的信号进行空时编码达到时间和空间分集的目的；
● 在发射端对数据流进行联合编码以减小由于信道衰落和噪声导致的符号错误概率；
● 空时编码通过在发射端的联合编码增加信号的冗余度，从而使得信号在接收端获得时间和空间分集增益。可以利用额外的分集增益提高通信链路的可靠性，也可在同样可靠性下利用高阶调制提高数据率和频谱利用率。 基于发射分集的空时编码（STC，Space-Time Coding）技术的一般结构如下图所示：
STC技术的物理实质在于利用存在于空域与时域之间的正交或准正交特性，按照某种设计准则，把编码冗余信息尽量均匀映射到空时二维平面，以减弱无线多径传播所引起的空间选择性衰落及时间选择性衰落的消极影响，从而实现无线信道中高可靠性的高速数据传输。STC的原理图如下所示：
典型的有空时格码（Space-Time Trellis Code，STTC） 和空时块码（Space-Time Block Code，STBC）。 2.空频发射分集（SFBC）：
● 空频发射分集与空时发射分集类似，不同的是SFBC是对发送的符号进行频域和空域编码 ；
● 将同一组数据承载在不同的子载波上面获得频率分集增益。
两天线空频发射分集原理图如下所示：
除两天线SFBC发射分集外，LTE协议还支持4天线SFBC发射分集，并且给出了构造方法。SFBC发射分集方式通常要求发射天线尽可能独立，以最大限度的获取分集增益。
3.循环延迟分集（CDD）：
延时发射分集是一种常见的时间分集方式，可以通俗的理解为发射端为接收端人为制造多径。LTE中采用的延时发射分集并非简单的线性延时，而是利用CP特性采用循环延时操作。根据DFT变换特性，信号在时域的周期循环移位（即延时）相当于频域的线性相位偏移，因此LTE的CDD（循环延时分集）是在频域上进行操作的。下图给出了下行发射机时域循环移位与频域相位线性偏移的等效示意图。
循环延迟分集原理图如下所示：
LTE协议支持一种与下行空间复用联合作用的大延时CDD模式。大延时CDD将循环延时的概念从天线端口搬到了SU-MIMO空间复用的层上，并且延时明显增大，仍以两天线为例，延时达到了半个符号积分周期（即1024Ts）。 目前LTE协议支持2天线和4天线的下行CDD发射分集。CDD发射分集方式通常要求发射天线尽可能独立，以最大限度的获取分集增益。
接收分集
接收分集指多个天线接收来自多个信道的承载同一信息的多个独立的信号副本。
由于信号不可能同时处于深衰落情况中，因此在任一给定的时刻至少可以保证有一个强度足够大的信号副本提供给接收机使用，从而提高了接收信号的信噪比。
接收分集原理示意图如下所示：
MIMO系统模型
MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线(或阵列天线)和多通道，MIMO的多入多出是针对多径无线信道来说的。下图所示为MIMO系统的原理图：
MIMO在LTE中的应用
