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多输入多输出MIMO技术可以提高频谱效率，被认为是未来无线通信系统的核心技术之一。如何有效利用MIMO提供的高带宽资源，是宽带无线通信系统面临的一个关键问题。与单输入单输出SISO系统相比，由于引入了空域维度和同信道干扰CCI，多用户MIMO系统面临的资源分配问题更为复杂。围绕这一问题，在分析研究现状的基础上，本文分别对MIMO上行链路、MIMO下行链路的无线资源分配算法及其算法在IEEE802.16 MIMO系统中的应用进行了深入的探讨和研究。
本文首先研究了MIMO系统上行链路的同信道干扰抑制以及带宽和时隙分配问题。以提高系统吞吐量作为优化目标、QoS需求和系统公平性作为约束条件，本文提出了一种基于SDMA的启发式上行资源分配算法—SGRA。在高效的干扰管理基础上，同信道干扰得到抑制，SGRA算法进而可以执行二阶段启发式资源分配。启发式资源分配首先在时域-频域二维进行，再扩展到低同信道干扰的时域-频域-空域三维进行。仿真结果表明SGRA算法达到的系统吞吐量和公平性优于同类算法，同时更好地保证业务的时延和数据速率需求。本文还对SGRA算法的复杂度进行分析，并从实用性的角度证明算法的执行时间能满足实际无线通信系统的需求。
以满足多种QoS需求作为目标、频谱效率和系统公平性作为约束条件，本文研究了MIMO下行链路的同信道干扰抑制以及多用户数据调度问题。提出了一种基于区域的下行资源分配算法—RMS。基于预编码反馈选择数据流，RMS算法可以提高系统容量并降低同信道干扰。随后，RMS分别为主数据流和次数据流执行多用户数据包调度，权衡QoS紧急度、比例公平因子和空间复用增益。仿真结果表明：与同类区域资源分配算法相比，RMS算法在保证业务数据速率和时延需求方面获得了显著性能提升，同时达到更高的频谱效率；与时隙类资源分配算法相比，RMS算法可以更好地保证用户的时延需求，同时算法需要耗费的信令开销更低并能达到更高的系统公平性。
基于上述两种算法，针对IEEE802.16 MIMO系统复杂和特殊的QoS机制，本文研究802.16 MIMO系统上行和下行链路的无线资源分配问题。本文将上述算法扩展为E-SGRA和E-RMS算法，应用于802.16 MIMO系统中。由于充分考虑了业务的最小和最大数据速率需求，E-SGRA和E-RMS算法与同类算法或者扩展前相比，综合性能得到进一步提升。为了在实际系统中验证上述研究成果，本文最后设计了一个WiMAX基站MIMO-MAC协议栈系统。软件系统体系架构具有灵活性和可兼容性特点。系统测试结果表明MIMO-MAC原型系统除了支持完备的单天线功能，还支持上行和下行MIMO传输功能，能够为上下行各五种类型业务完成资源分配，并达到了较高的系统性能。