從很早以前，多天線技術便已在移動無線系統中得到使用。在早期的基站發射和車載移動臺接收時期，大蜂窩小區網絡拓撲結構中多路徑傳播會產生選擇性衰 落，因而影響到信號質量，特別是在市區內這樣的問題更加嚴重。以往的辦法是使用基站發射和車載接收機天線分集來解決這個問題。隨著手機變得越來越小，車載 通信裝置經過簡化而開始采用藍牙音頻連通性技術，移動設備中的接收分集已經逐漸淘汰。不過，這一趨勢很快將發生變化：最新的無線局域網實施使用了多天線空 間流，能夠增加發射帶寬和速度。隨著實施這一先進技術的低成本硬件的問世，首次發布的3GPP LTE（第三代合作伙伴計劃長期演進）標準，特別是其TDD（時分雙工）版本已經提議并實施了各種多天線技術。

再次說明一下，基礎的 無線信道使用的是單路發射和單路接收天線，稱為SISO（單路輸入單路輸出）。這種簡單的無線信道設定了信號傳輸性能的基準，在此基礎上可以對所有更復雜 的傳輸配置進行測量。SIMO（單路輸入多路輸出）提供了比SISO基準更大的接收天線冗余，支持在接收機中使用接收分集技術，例如最大比合并等。這可以 改善在設備接收機上觀測到的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）等發射分集技術。與 SIMO一樣，這也可以改善在設備接收機上觀測到的SINR，并可幫助提供保護，防止信道衰落。 無論是SIMO還是MISO都不能提高數據吞吐量，但它們可以降低誤碼率，從而減少需要重發的數據量。

MIMO（多路輸入多路輸出） 提供額外的發射和接收天線冗余。如果將相同的數據發送到發射天線，這一冗余可用來改善上面所述使用相同發射和接收分集技術的設備接收機上的SINR，或者 可以犧牲部分或全部可能的SINR性能改善，以便獲得更高的頻譜效率。空間多路復用發射技術（使用發射天線發送獨立數據流）可以為單一用戶提供更高的數據 吞吐量（SU-MIMO或單用戶MIMO），或增加系統蜂窩小區容量（MU-MIMO或多用戶MIMO）。

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

總之，無論何時從 兩個或多個空間分離的發射點發送相同的信號，都會出現干擾方向圖。發射波束賦形就是利用這種干擾方向圖進行工作的。無論何時利用波束賦形技術從兩個或多個 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，當使用單個全向天線發射射頻無線信號時，產生的信號相對場強如圖1（a）中的藍 色實線所示。為了能夠發射波束賦形信號，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°方位角的方向上發生了相長（同相）干擾，合并后的場強增加，在這個方向上產生有 效相干信號功率增益。相反，在大約+/-90°的方向上會發生相消（異相）干擾，合并后的場強會降低或衰減。

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的空間選擇性，見圖1（c）。在此例子中，天線單元經過同極化、相關，并沿 著單一天線陣元軸向均勻分隔，構成了一個均勻線性陣列（ULA）天線系統。在相對ULA寬邊為0°的方向上的單一主瓣信息清晰可見。在這個方向上會發生最 大相長（或同相）干擾，在合并后的場強波束方向圖中產生最大的功率增益。現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波束方向圖中發生了最大相消（或異相）干擾的方位方向。

圖1：ULA波束賦形實例

最后向ULA添加第4個天線陣元可進一步改善主瓣選擇性，見圖1（d）。功率零點的數量也從兩個增加到三個。兩個零點現在位于+/-30°方位角，第三 個位于ULA天線軸線上。現在，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射的每個信息符號副本所接受的相對幅度和相位加權的影響。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。結果是主波束位置從0°方位角轉移到-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值的影響。