MIMO具有超大頻寬，卻與小型化與低功耗的趨勢背道而馳，而難以用在電力與體積都非常有限的可攜式裝置上。射頻前端模組由於整合從收發器輸出到天線所需的全部電路，可視為解決方式之一。不過，由於前端模組中的功率放大器，仍是電流消耗最大的元件，因此前端模組供應商也面臨艱鉅的技術挑戰。
對於現存的無線區域網路(WLAN)設備和晶片組製造商而言，最近獲批准的IEEE802.11n標準草案可謂新市場的催生力量。當此一標準完全制訂時，這些企業的大量無線網際網路存取產品將能達到更好的性能，並開創一個全新的音訊和視訊發送(Distribution)市場。然而，多輸入多輸出(Multiple Input and Multiple Output, MIMO)射頻能力的實現，與目前產品尺寸不斷縮小、功耗及成本日益降低的趨勢是背道而馳的。本文將討論設計射頻MIMO解決方案時遇到的挑戰，探究關鍵的性能指標，並闡釋MIMO前端模組如何幫助產品開發商解決這些設計難題。
與現有的無線資料標準比較，802.11n具有多項優勢。802.11n的資料傳輸率為200～400Mbps，能提供一條夠寬的資料通道，實現家庭連網和下載，以及媒體內容發送(Media Distribution)。此外，該標準還有兩項優點，就是其頻率範圍比現有的802.11a/b/g標準增大了20～30%，並具有對802.11a/b/g的向下相容性。向下相容性能讓使用者在家庭、辦公室和旅途應用中使用相同的設備，雖然資料傳輸率和頻率範圍可能比完整MIMO解決方案小一些。
802.11n用戶卡(Client Card)在所有可能情況下都會使用802.11n；而在現有熱點(Hotspot)則退回到802.11a/b/g標準。與其他競爭方案相比，802.11n最終優勝之處，是它使用和802a/b/g標準相同的頻譜，都是2.4GHz和5GHz。這讓製造商能充分享受現有製程、元件和供應商所帶來的規模經濟效益(Economies of Scales)，使高速網路的費用更為低廉。
分配式誤差向量幅度(Error Vector Magnitude, EVM)對總吞吐量和性能是非常重要的。一個完整的前端模組在額定輸出功率下，應該具有小於3%(-30dB)的分配式EVM(Contributed EVM)。在MIMO中，則要求更好的線性度。因為要抽取通道模型，就需要一個非常好的發射器。如果用作通道模型抽取之發射器的EVM很差，那麼MIMO的性能便會大打折扣。
不過，單憑EVM標準尚不足夠。前端模組的EVM特性應該盡可能接近如圖1左方所示的指數曲線，而不是像圖1右方有一個「最佳點(Sweet Spot)」。圖1右方中的特性曲線有一個1或2dB的最佳點，功率放大器(PA)必須在這個點上工作，提供規定性能。在最佳點以上或以下，工作前端模組都會產生額外的EVM，並降低吞吐量。這裡主要的問題在於此最佳點會著隨製程、電壓、匹配電路以及溫度而漂移，因此EVM的分配會增大，而吞吐量則下降，具有這類性能的前端模組，將很難應用在必須保證最低性能標準的產品中。
此外，當不同地區對於輸出功率限制有不同的法規標準時，一個具有指數EVM特性的前端模組，就可以讓用戶在全球各地使用相同的設計。在設計時以用於輸出功率最高的地區為目標，而當該設計用於其他地區時，其性能便可以提高。不過，對具有圖1右方所示EVM特性的前端模組而言，情況卻並非如此。
對於MIMO來說，指數EVM特性提供類似的優勢。某些法規制訂機構把此一功率定義為所有天線的總功率。所以，即使前端模組能為每支天線提供較大的輸出功率，但輸出功率也可能需要補償3～6dB以符合法規要求。
然而在同樣的產品中，如果使用原有802.11a/b/g標準的單一天線時，使用者都希望能以最高輸出功率進行發射。如上述，在不同功率等級之下，以圖1右方中特性工作將導致性能下降。
隨著標準化產品尺寸日漸縮小，無線標準也變得越來越複雜，並要求具有更多的電路，也產生更高的功耗，這著實為射頻設計人員帶來極大挑戰。
最新的PCIe迷你卡，外形尺寸只有目前居於WLAN市場主導地位的迷你PCI卡的一半。迷你PCI卡廣泛應用於筆記型電腦、個人電腦和存取點(Access Point)。這些現有設計只使用了一個射頻發射鏈路和一個射頻接收鏈路；但MIMO應用卻需要兩個射頻發射鏈路和兩個射頻接收鏈路(圖2)。考慮到元件的數量，加上為了生產需要而設立的禁止布線區域(Keep Out Areas)，若要在PCIe迷你卡的尺寸上實現這些電路，實在深具挑戰性。然而，這正是MIMO前端模組的真正優勢所在：經過全面測試的單一射頻解決方案，整合了從收發器輸出到天線所需的全部電路。
要比較前端模組的整合度，進行嚴格的同類比較是很重要的。有時，功能性(Functionality)會被射頻功能(輸出功率、EVM)的強大優勢掩蓋，但它對成本和關鍵的電路板空間卻非常重要。在此必須針對控制介面與偏置電壓進行判斷。首先是控制介面的問題，必須判斷控制介面是否為CMOS。如果不是，將需要額外的電路來連接前端模組和晶片。
其次，則是偏置電壓的問題，必須判斷前端模組是否需要偏置電壓。若需要，則常常需要外置調節器來提供典型範圍在2.7～2.9V之間的偏置電壓，並利用額外的電晶體電路來啟動偏置電壓或使之失效。除了尺寸和成本外，前端模組(FEM)的性能也直接與偏置電壓相關，後者會隨溫度和電壓而變化。
儘管開發人員可能認為電流消耗和外形尺寸沒有關聯，但事實上由前端模組電流消耗所引起的三個問題中，有兩個都與外形尺寸有直接關係。
一直以來，電流消耗都和電池壽命有關。產品開發人員希望以最低電流消耗獲得最高功率，有時甚至願意接受稍低的輸出功率，以換取延長10%的電池使用壽命。同樣的問題也存在於MIMO應用中，只是情況更甚，因為這些應用裡有兩個完整的發射鏈路同時工作。這意味著前端模組供應商必須開發出更高效、更低電流消耗的模組來滿足MIMO市場的需要。若MIMO進入PDA、手機和遊戲機等電池更小的嵌入式應用領域，這將變得更為關鍵。
雖然電池壽命很重要，但開發高效前端模組另一個更重要的原因，是外形尺寸標準清楚限定了有多少功率提供給PCI卡。在原有的802.11a/b/g標準下，這些PCI卡消耗的電流與這些規格所限制的相距甚遠。不過，隨著製程技術不斷提高，而MIMO系統具有多個通道，PCI卡消耗的電流可能已經很接近、甚至超過了外形尺寸標準規定的限值。由於功率放大器一般而言是電流消耗最大的元件，因此前端模組供應商面對著更大的壓力，必須推動技術和物理學的發展，以實現高效解決方案。
本身也設計功率放大器和開關等元件的前端模組製造商，能採用一些技術來讓匹配和偏置達到最佳化，把發射接收鏈路中的損耗減至最少。此外，廠商也可以利用新技術，達到高整合度以實現較小外形尺寸，這些技術都是目前市場上可見的元件所沒有的。
憑藉一種經全面測試且能滿足高輸出功率、低EVM和低電流消耗要求的解決方案，單一前端模組便可以解決上述所有系統問題，協助開發商加快產品上市的速度。由於這種前端模組是經過全面測試的解決方案，能夠取代約60個元件，因此終端產品的良率將得以提升。
較之使用多個具有較低整合度的前端模組，單一前端模組具有更大的優勢，因為每一個元件都有其禁止布線區域，元件越多須要占用的電路板面積也就越多。此外，一般而言，這些前端模組的接腳與收發器介面呈鏡像化(Mirror)，故限制了設備能提供的規模經濟效益。