虽然术语单输入单输出(SISO)和多输入多输出(MIMO)起源于控制工程，SISO和MIMO现在非常普遍地讨论RF天线。
在控制工程中，一个SISO系统只有一个输入和一个输出，例如一个DUT(被测设备)只有两个端口，你可以用一个2端口矢量网络分析仪(VNA)测量它，以获得2 × 2矩阵的s参数(S11, S12, S21, S22)。控制工程中的多输入多输出是指具有任意数量或任意组合的系统。具有n个输入和m个输出的MIMO系统最终会有一个阶为n x m的信道矩阵。
在射频工程中，当讨论天线时，SISO和MIMO现在适用于两个或多个设备之间的通信信道可能具有的天线输入和天线输出的数量。在这种情况下，SISO射频系统将只有来自一个设备的单一天线与来自另一个设备的单一天线通信。与控制工程不同，输入和输出的数量不是参考通信系统的输入和输出，而是讨论空间多路复用方案的一部分天线。使用MIMO射频天线，从一个设备发送天线的数量和从另一个设备接收天线的数量决定MIMO信道的顺序(TX天线x RX天线)。
使用SISO天线系统，从一个设备发送的信号将与环境相互作用，并将根据这些环境变量被吸收或反射。最终，来自SISO天线系统的信号能量可以从一个或多个空间路径到达接收天线。在这种情况下，信号能量最高的路径是最理想的，因为它通常是衰减或失真最小的。来自其他路径的信号实际上可能起到干扰作用，因为它们可能由于与环境的相互作用而退化或延迟。
对于MIMO系统，这些从一个设备到另一个设备的多空间路径被用来增强两个设备之间的通信，要么增加使用的有效流的数量，要么增强通信信道的可靠性。这两种方法都可以通过增加信道或提高信道质量、减少错误和更有效地利用信道容量来提高吞吐量。
利用空时发射分集(STTD)将多个不同编码的信号副本通过多个空间信道发送给接收机，可以增强通信链路。这种方法提高了信号的信噪比(SNR)，这意味着更少的误码和更高的吞吐量，以达到通信链路的极限。通常，这种方法会随着使用的天线数量而达到一个收益递减点，这就留下了一个实际的限制。
另一种方法是使用每个空间不同的路径(空间分多路复用)同时向另一个设备发送不同的信号，从而产生额外的通信流。在接收端，这些并行流可以被分离成多个通道，在有利的条件下有效地提高吞吐量。
根据通信链路的最佳结果，MIMO系统可以采用任何一种方法。为了实现这一目标，MIMO系统需要一种方法来确定空中界面和空间分集的质量，并决定如何最好地优化链路。
如果波束形成/波束转向技术与MIMO技术结合使用，该系统将得到扩充。通过波束形成/波束转向，天线方向图可以被修改，以更好地匹配从设备到设备的空间路径，提高增益，确保MIMO链路的最佳结果。在某些条件下，MIMO链路在吞吐量甚至信号可靠性方面可能优于SISO链路。
然而，MIMO系统需要额外的射频硬件、信号路径、天线和模拟/数字信号处理硬件。在一定条件下,一个单一的优化天线可能比一个立足于MIMO系统由于天线性能,与天线的MIMO系统的设计常常是更适合在一个矩阵,生产如贴片天线和可能不如一个输出天线在同一形式。
然而，MIMO技术的主要用例之一是支持从单个基站或路由器到多个用户设备的蜂窝或物联网通信。对于一个足够复杂的MIMO基站，可以同时为数百个用户设备提供服务，否则，如果需要足够高的吞吐量和可靠性，对于SISO系统来说，这将是一个复杂或不可能完成的任务。
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