自很早以前開始，多天線技術(shù)便已在移動無線系統(tǒng)中得到使用。在早期的基站發(fā)射和車載移動臺接收時期，大蜂窩小區(qū)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中多路徑傳播會產(chǎn)生選擇性衰落，因而影響到信號質(zhì)量，特別是在市區(qū)內(nèi)這樣的問題更加嚴(yán)重。以往的辦法是使用基站發(fā)射和車載接收機(jī)天線分集來解決這個問題。隨著手機(jī)變得越來越小，車載通信裝置經(jīng)過簡化而開始采用藍(lán)牙音頻連通性技術(shù)，移動設(shè)備中的接收分集已經(jīng)逐漸淘汰。不過，這一趨勢很快將發(fā)生變化：最新的無線局域網(wǎng)實施使用了多天線空間流，能夠增加發(fā)射帶寬和速度。隨著實施這一先進(jìn)技術(shù)的低成本硬件的問世，首次發(fā)布的 3GPP LTE（第三代合作伙伴計劃長期演進(jìn)）標(biāo)準(zhǔn)，特別是其 TDD（時分雙工）版本已經(jīng)提議并實施了各種多天線技術(shù)。

再次說明一下，基礎(chǔ)的無線信道使用的是單路發(fā)射和單路接收天線，稱為 SISO（單路輸入單路輸出）。這種簡單的無線信道設(shè)定了信號傳輸性能的基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上可以對所有更復(fù)雜的傳輸配置進(jìn)行測量。

SIMO（單路輸入多路輸出）提供了比 SISO 基準(zhǔn)更大的接收天線冗余，支持在接收機(jī)中使用接收分集技術(shù)，例如最大比合并等。這可以改善在設(shè)備接收機(jī)上觀測到的 SINR，并有助于改善信道衰落條件下的性能。

MISO（多路輸入單路輸出）提供發(fā)射天線冗余，像在 LTE 情況中一樣，支持使用Alamouti符號編碼或空頻分組編碼（SFBC）等發(fā)射分集技術(shù)。與 SIMO 一樣，這也可以改善在設(shè)備接收機(jī)上觀測到的 SINR，并可幫助提供保護(hù)，防止信道衰落。

無論是 SIMO 還是 MISO 都不能提高數(shù)據(jù)吞吐量，但它們可以降低誤碼率，從而減少需要重發(fā)的數(shù)據(jù)量。

MIMO（多路輸入多路輸出）提供額外的發(fā)射和接收天線冗余。如果將相同的數(shù)據(jù)發(fā)送到發(fā)射天線，這一冗余可用來改善上面所述使用相同發(fā)射和接收分集技術(shù)的設(shè)備接收機(jī)上的 SINR�；蛘呖梢誀奚�部分或全部可能的 SINR 性能改善，以便獲得更高的頻譜效率。空間多路復(fù)用發(fā)射技術(shù)（使用發(fā)射天線發(fā)送獨立數(shù)據(jù)流）可以為單一用戶提供更高的數(shù)據(jù)吞吐量（SU-MIMO 或單用戶 MIMO），或增加系統(tǒng)蜂窩小區(qū)容量（MU-MIMO 或多用戶 MIMO）。

除了這些分集和空間多路復(fù)用技術(shù)之外，還可以使用多天線配置將發(fā)射或接收集中在特定方向上。這種技術(shù)稱為波束賦形，取決于具體應(yīng)用，可以采用固定波束賦形或可變波束賦形，并能夠改善系統(tǒng)性能。波束賦形技術(shù)可在許多不同頻率的應(yīng)用中使用，包括聲納和地震學(xué)、聲學(xué)、無線通信、射電天文學(xué)和雷達(dá)等。

總之，無論何時從兩個或更多個空間分離的發(fā)射點發(fā)送相同的信號，都會出現(xiàn)干擾方向圖。發(fā)射波束賦形就是利用這種干擾方向圖進(jìn)行工作的。無論何時利用波束賦形技術(shù)從兩個或更多個空間分離的接收點接收相同的信號，都可使用同樣的原則。

舉一個簡單的例子，當(dāng)使用單個全向天線發(fā)射射頻無線信號時，產(chǎn)生的信號相對場強(qiáng)如圖 1 (a) 中的藍(lán)色實線所示。

為了能夠發(fā)射波束賦形信號，需要添加另一個同樣的全向天線陣元，與第一個天線陣元距離間隔半個射頻載波波長，見圖1 (b)。在此例中，兩個天線陣元都傳輸待發(fā)射信號信息符號的相同副本。我們可以立即看到，在大約 0°方位角的方向上發(fā)生了相長（同相）干擾，合并后的場強(qiáng)增加，在這個方向上產(chǎn)生有效相干信號功率增益。相反，在大約 +/-90° 的方向上會發(fā)生相消（異相）干擾，合并后的場強(qiáng)會降低或衰減。

在同一個軸上與前兩個天線陣元間隔半個射頻載波波長的位置上添加第三個天線陣元，可改善合并后相對場強(qiáng)的空間選擇性，見圖1 (c)。在我們的例子中，天線單元經(jīng)過同極化、相關(guān)，并沿著單一天線陣元軸向均勻分隔，構(gòu)成了一個均勻線性陣列（ULA）天線系統(tǒng)。在相對 ULA 寬邊為 0° 的方向上的單一主瓣信息清晰可見。在這個方向上會發(fā)生最大相長（或同相）干擾，在合并后的場強(qiáng)波束方向圖中產(chǎn)生最大的功率增益。現(xiàn)在我們可以看到兩個不同的功率衰減零點（null）的信息，主瓣一側(cè)位于 +/-42 ° 方位角上。這兩個最小功率位置表示在合并后的場強(qiáng)波束方向圖中發(fā)生了最大相消（或異相）干擾的方位方向。

最后向 ULA 添加第 4 個天線陣元可進(jìn)一步改善主瓣選擇性，見圖1(d)。功率零點的數(shù)量也從兩個增加到三個。兩個零點現(xiàn)在位于 +/-30° 方位角，第三個位于 ULA 天線軸線上。現(xiàn)在，兩個不同功率旁瓣的信息清晰可見，位于 +/-50° 方位角處。兩個旁瓣的功率電平都低于主瓣。

最終的波束方向圖不僅由 ULA 物理幾何形狀和陣元間距決定，還受到每個天線陣元上發(fā)射的每個信息符號副本所接受的相對幅度和相位加權(quán)的影響。

這可以通過在四個天線陣元中的每一個上引入 +90° 相對相移來證明。結(jié)果是主波束位置從 0° 方位角轉(zhuǎn)移到 -30° 方位角，如圖1(e) 所示。請注意，零位和旁瓣位置還受新加權(quán)值的影響。(責(zé)任編輯：韓杰)