第2章 相关的基础知识

2.1 通信基本原理

2.1.1 香农定理

美国数学家、电子工程师、密码学家克劳德·埃尔伍德·香农（Claude Elwood Shannon）提出了信息熵和三大定理。

1. 熵

德国物理学家、热力学主要奠基人鲁道夫·尤利乌斯·埃马努埃尔·克劳修斯（Rudolf Julius Emanuel Clausius）于1865年首次提出了熵的概念。熵的本质是一个系统的“内在的混乱程度”。之后，奥地利物理学家、哲学家、热力学和统计物理学的奠基人路德维希·爱德华·玻耳兹曼（Ludwig Eduard Boltzmann）给出了熵的统计物理学解释。

2. 香农第一定理

香农第一定理又称为可变长无失真信源编码定理。记离散无记忆信源S的信源熵为H（S），它的N次扩展信源的熵为H（SN），并用码符号X={x₁，x₂，…，x_r}对信源SN进行编码，总可以找到一种唯一可译码，使信源S中每个信源符号所需要的平均码长满足式（2-1）：

其中，为任意小正数。是编码后的每个信源符号所携带的平均信息量。通过对N次扩展信源进行变长编码，即当N→∞时，编码信息量和信息熵极限值H_r（S）的关系见式（2-2），即此时平均码长可以达到H_r（S）这个极限值。

香农第一定理表明，压缩数据使编码率（每个符号的比特的平均数）任意接近香农熵但不可能比信源的香农熵还小；信源符号转化为新的、尽可能服从等概率分布的码符号后，可以实现用尽可能少的码符号携带尽可能大的信息量。

3. 香农第二定理

香农第二定理又称为有噪信道编码定理。设某信道有r个输入符号、s个输出符号，当信道的信息传输率R<C（C是信道支持的最高传输速率，又叫信道容量），码长n足够长时，可以在输入的集合（含有rn个长度为n的码符号序列）中找到M个码字，来获得信道输出端任意小的最小平均错误译码概率P_min。注意，a为任意小的正数，C满足式（2-3）。

C=B×log₂（1+S/N）　（2-3）

其中，B是信道的带宽，S是信号平均功率，N是噪声平均功率。

下面详细解释几个名词。

（1）信道容量

信道容量指信道支持传输的最高平均信息速率。信道分为连续信道和离散信道两类。离散信道的容量有两种不同的度量单位。一种是每个符号内能够传输的平均信息量最大值；另一种是单位时间内能够传输的平均信息量最大值。连续信道的容量也有两种不同的度量单位。这里只介绍按照单位时间计算的容量。对于带宽有限、平均功率有限的高斯白噪声连续信道，信道容量可以用式（2-3）表示。

（2）吞吐量

吞吐量是指某系统在单位时间内正确传输的信息量。

（3）带宽

带宽指单位时间内能够传输的比特数。数字设备中，带宽常用每秒最多可以传输的比特数表示（单位为bit/s）。模拟设备中，带宽常用每秒传输的信号周期数表示（单位为Hz）。带宽常用的计算方法为：带宽=时钟频率×总线位数/8。

（4）信噪比

信噪比是系统中信号与噪声的比值。信号是指来自设备外部需要通过设备进行处理的电子信号。噪声是指经过设备后产生的原信号中并不存在的、无规则的额外信号，噪声与环境、具体测量带宽和接收机噪声系数等有关，不随原信号的变化而变化。信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）用式（2-4）来表示，单位为分贝（dB）。

SNR=10×lg（S/N）　（2-4）

信噪比是衡量通信系统通信可靠性的一个主要技术指标，信噪比越大，在接收到的有用信号的强度一定的情况下，说明信号中携带的噪声信号越少，对信号传输的影响越小。

例2-1：若通过一个信噪比为20 dB、带宽为3 kHz的信道传输数字数据，根据香农公式［见式（2-3）］可得信道容量C=3000×6.66=19.98（kbit/s），要实现无差错传输，则该信道的传输速率不应超过19.98 kbit/s。

（5）信号与干扰加噪声比

信号与干扰加噪声比（Signal to Interference Plus Noise Ratio，SINR）指接收到的有用信号的强度与接收到的干扰信号（噪声与干扰之和）的强度的比值。SINR通常用式（2-5）来表示。

SINR=Signal/（Interference+Noise）　（2-5）

其中，Signal代表接收到的有用信号的功率；Interference代表测量到的干扰信号的功率，例如来自本系统其他小区的干扰的功率；Noise代表噪声功率，噪声主要由接收机的热性能产生。

例2-2：回顾5G时代，将香农第二定理与5G关键技术融合，C_sum可用式（2-6）表示。

其中，cells指小区数量，channels指信道数量。香农第二定理中用的是SNR而不是SINR，因为香农公式是基于系统中只有加性高斯噪声的假设，这是一种理想的状态，实际信道中还存在干扰，想要增加5G通信容量，可以根据式（2-6）中各因子采用对应的技术，说明如下。

第一，增强覆盖（增加小区）。可以采用覆盖增强技术，例如超密异构组网的设备对设备（Device-to-Device，D2D）通信/机器对机器（Machine-to-Machine，M2M）通信。

第二，增加信道。可以采用频谱效率提升技术，例如大规模天线、OFDM、空间调制等。频谱效率，是指系统传输的有效传输速率与信道带宽的比值。

第三，增加带宽（提高B）。可以采用频谱拓展技术，例如毫米波通信、可见光通信。

第四，增加信号与干扰加噪声比（提高SINR）。可以采用频谱效率提升技术，例如干扰管理。

因此，想提升5G网络速率，需要多址技术、用户调度、资源分配、用户/网络协作等方面的共同努力。

4. 香农第三定理

香农第三定理又称有损信源编码定理。设R（D）为一离散无记忆信源的信息率失真函数，对于任意系统允许的平均失真度D≥0、任意足够长的码长n、任意小的a>0，存在一种信源编码W，其码字个数M满足式（2-7），使编码后码的平均失真度D′不大于给定的允许失真度，即D'≤D_o。

M≥EXP{n[R（D）+a]}　（2-7）

其中，D_o为某一限定值，a为任意小的正数且0≤a≤1，编码后码的平均失真度函数D'（W）满足式（2-8）。

D'（W）≤D+a　（2-8）

总结香农三大定理可知，香农第一定理解决通信中信源的压缩问题，香农第二定理解决在特定信道中数据能够实现最大传输速率的问题，香农第三定理解决在允许一定失真的情况下的信源编码问题。

5. 信息熵

熵的本质是一个系统的“内在的混乱程度”，而信息熵的本质是去除信息中冗余后的平均信息量。信息熵其实是信息量的期望。

设信源符号有n种取值，为U₁，…，U_i，…，U_n，对应概率为P₁，…，P_i，…，P_n，各种符号彼此独立。信源的平均不确定性是单个符号不确定性-log_aP_i的统计平均值，信息量的单位和对数的底a有关。若a=2，则信息量的单位为比特（bit）；若a=e，则信息量的单位为奈特（nat）；若a=10，则信息量的单位为哈特莱（Hartley）。通常广泛使用以2为底、单位为比特，也可以取其他对数的底，采用其他对应的单位，它们之间可以换算。信息熵常用式（2-9）表示，式中，一般对数以2为底、单位为bit/符号。也可以取其他对数的底，采用其他相应的单位，它们之间可以换算。

例2-3：假设用户A作为一个“信源”给家人传达两种关于可能性的信息，第一种是不加班，其概率为0.9；第二种是加班，其概率是0.1，不加班的信息量为0.152 bit、加班的信息量为3.32 bit，此时该信源的信息熵见式（2-10）。

H₁=0.152×0.9+3.32×0.1=0.4688（bit/符号）（2-10）

如果用户B作为一个“信源”也传达两种关于可能性的信息，加班、不加班的概率均为0.5，则信息熵见式（2-11）。

H₂=-2×0.5×log₂ 0.5=1（bit/符号）　（2-11）

用户B的信息熵大于用户A的信息熵，说明用户B的不确定性更高，他的家人完全不确定他到底要不要加班。

2.1.2 奈奎斯特定理

首先回顾一下波特率（Baud rate）、比特率（bit rate）、带宽（bandwidth）、容量（capacity）的概念。

在信息传输通道中，码元表示携带数据信息的信号单元，码元传输速率表示每秒通过信道的码元数，每秒传送1个码元称为1波特（Baud）。波特率是衡量数据传送速率的指标，它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示。因此，波特率又叫信息传送速率、符号速率、码元传输速率、传码率，常用单位为Baud。

例2-4：一个数字脉冲就是一个码元，用码元传输速率表示单位时间内信号波形的变换次数，若信号码元宽度为T（s），则码元传输速率B为1/T（Baud）。

比特率表示单位时间内可以传输的比特数，因此比特率又叫数据传输速率，单位为bit/s，它与波特率的关系见式（2-12）。

比特率=波特率×每符号包含的比特数　（2-12）

带宽是信道的最高的信号频率和最低的信号频率的差值，只有在这两个频率之间的信号才能通过这个信道，带宽的单位是赫兹（Hz）。数据在信道中传输会有其速率（比特率），此时最高的比特率是该信道的容量，单位是bit/s。

（1）奈奎斯特采样定理

哈里·奈奎斯特（Harry Nyquist）提出了奈奎斯特采样定理，即采样率f_s必须大于等于被测信号中最高频率分量f_N的两倍，见式（2-13）。

f_s≥2×f_N　（2-13）

（2）奈奎斯特第一准则

理想低通信道的带宽为B（单位为Hz），最高传输速率C（波特率）见式（2-14）。

C=2×B　（2-14）

理想带通信道的最高传输速率C见式（2-15）。

C=1×B　（2-15）

由式（2-14）和式（2-15）可知，每赫兹带宽的理想低通/带通信道的最高传输速率是每秒2码元/每秒1码元。

总之，奈奎斯特定理可以用式（2-16）表示，1/（1+a）为频带利用率，a为滤波器的滚降系数。

C=B×（1+a）　（2-16）

其中，a代表系统幅-频特性曲线的缓慢变化程度，它影响着频谱效率，a越小，频谱效率就越高，但a过小时，升余弦滚降滤波器的设计和实现较困难，同时对定时信息的要求非常严格，如定位不准确，则会产生符号间干扰。在实际应用中，一般取0.15≤a≤0.5来化解频带利用率和波形要求之间的矛盾。

如果被传输的信号包含M个状态值，带宽为B（Hz）的信道的最高传输速率见式（2-17）。

C=2×B×log₂M　（2-17）

例2-5：一个无噪声的、带宽为3000 Hz的信道，若采用8电平传输，则该信道可允许的最高数据传输速率为18 kbit/s。

例2-6：WCDMA的码片速率为3.84 Mbit/s，若采用16QAM方式，最高的数据传输速率为3.84 Mbit/s×4，即15.36 Mbit/s，若想得到更高的速率，则要采用高阶的调制方式。

综上所述，奈奎斯特定理告诉我们如下几点。

第一，码元传输速率有限定值，当传输速率超过上限，会出现严重的码间干扰。

第二，信道的带宽越宽，就可以用越高的速率进行有效的码元传输。

第三，码元传输速率有限定值，但信息传输速率暂无限制。每个码元尽可能携带更多比特的信号来提高数据的传输速率。对于一定的信道带宽，增加不同信号单元的数量可以提高数据传输速率，但因为接收端每接收一个码元，必须从M个可能的信号中选出一个，所以这会增加接收端的负担。

注意，我们通常说带宽是指理论上最高可达到的数据传输速率，数据传输速率是指实际传输速率，实际传输速率与最高数据传输速率之间的关系满足香农公式。对于非理想信道，则可根据上述香农定理，由式（2-3）计算得出最高数据传输速率。

2.1.3 载波、帧、时隙、符号、子载波间隔

载波是一种在频率、幅度或相位方面被调制，以传输文本、音频、图像或其他信号的特定频率的无线电波。

帧是按某一标准预先确定的由若干比特或字段组成的特定的信息结构。

时隙是时域上数据调度的最小单位。

以5G网络为例，新空口的系统参数关系如图2-1所示。时域内，无线帧包含多个子帧，子帧包含多个时隙。时隙是时域的基本调度单位，时隙包含多个符号，符号由循环前缀（Cyclic Prefix，CP）和数据组成，其中数据的长度是子载波间隔（SCS）的倒数。频域内，SCS是新空口频域的最小单位，部分带宽（Band Width Part，BWP）的作用是网络侧配置给终端（UE）的一段连续的带宽资源，可实现网络和终端的灵活传输带宽配置。资源块（Resource Block，RB）是数据信道资源分配频率基本调度单位，资源块组（Resource Block Group，RBG）是物理资源块的集合，SCS确定符号的长度和时隙的长度。空域上，码字（Code Word）的作用是通过MIMO发送多路数据，实现空间复用。层（Layer）的作用是将码字流映射到不同的发射天线上，天线端口（Antenna Port）是用于传输的逻辑端口。

2.1.4 复用、双工、多址接入

下面分别介绍复用、双工、多址接入。复用针对资源，双工针对频率，多址接入（Multiple Access，MA）针对用户。

复用是指将若干个彼此独立的信号，合成一个可以在同一个信道上同时传输的信号的方法。复用可以分为频分复用（Frequency-Division Multiplexing，FDM）、时分复用（Time-Division Multiplexing，TDM）、码分复用（Code-division Multiplexing，CDM）、波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）等。FDM是指不同用户分别用不同频段同时与基站通信，TDM是指不同用户使用不同时隙进行通信，CDM是指不同用户在不同的编码方式下实现通信，WDM是指在发送端经复用器将两种及以上不同波长的光载波信号汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行通信。

对于点对点之间的通信，按照信息传送的方向与时间的关系，通信方式可以分为单工通信、半双工通信和全双工通信。这里重点介绍全双工通信。全双工通信指通信双方可以同时发送和接收数据。全双工主要分两种，如图2-2和图2-3所示，时分双工的上下行频率相同，可用于任何频段，适用于上下行非对称及对称业务。频分双工的上下行频率配对，需要成对频段，适用于上下行对称业务。

多址接入是处于不同地点的多个用户接入一个公共传输媒介，以实现各用户间通信，分为正交多址接入（Orthogonal Multiple Access，OMA）和非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA）。OMA的方式分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）、空分多址（SDMA），进一步衍生出正交频分多址（Orthogonal FDMA，OFDMA）等技术。图2-4给出了正交多址接入方式的示意，阐述如下。

FDMA允许用户使用不同频段同时进行传输。

TDMA允许多个用户在不同的时隙中使用相同的频率。每个用户使用自己的时隙进行传输，允许多用户共享同样的传输介质。

CDMA的特点是发送信号由不同的、相互正交的扩频码调制所得，接收端基于码型正交性，利用相关检测从混合信号中选出相应的信号。

SDMA通过标记不同方位、相同频率的天线光束来进行频率复用。

OFDMA将OFDM和FDMA技术相结合，将传输带宽分成正交的子载波集，不同的子载波集对应不同的用户。

NOMA在非正交多址系统中引入极化编码，第7章将详细阐述该技术。

2.1.5 调制、编码

受限于传输介质及其格式，传输的信号需要经过处理才能准确无误地传送到接收端。

传输通道主要分为模拟信道和数字信道。上述信道一般分别用于传输模拟信号、数字信号，但也可能需要用数字信道传输模拟信号或用模拟信道传输数字信号，这时就需要先进行数据转换以满足信道传输要求，于是出现了调制与编码。调制是指用调制信号改变载波的某些参量，使之随信号的变化而变化。按照载波是连续波还是数字脉冲，调制方式分为连续波调制和脉冲调制。连续波调制用正弦波或余弦波作为载波，脉冲调制用数字脉冲作为载波。连续波调制分为模拟调制和数字调制。简言之，调制是指用模拟信号承载数字或模拟数据，编码是指用数字信号承载数字或模拟数据。图2-5给出了调制与编码的关系。

模拟调制按照正弦波受调参量分为调幅（Amplitude Modulation，AM）、调频（FM）及调相（Phase Modulation，PM）。

模拟调制是对信号源的编码信息进行处理，使其变为适合信道传输的形式的过程，即把基带信号转变为相对基带频率而言频率非常高的带通信号，以便于远距离传输。通常信号u（t）可由正弦信号（余弦信号和正弦信号在相位上相差π/2，通常也可视作正弦信号）来表示，见式（2-18）。

u（t）=Acos（ωt+φ₀）　（2-18）

其中，A表示幅度，ω表示角频率（ω=2πf，其中f表示频率，单位是Hz），φ₀ 表示相位，由此可知，幅度、角频率、相位这3个参数会影响正弦波的波形。

使用数字信道传送模拟信号时，模拟信号需要进行采样、量化、编码转换为数字信号。

模拟信号编码到数字信道传送的方法主要有脉冲幅度调制（Pulse Amplitude Modulation，PAM）、脉冲编码调制（PCM）、差分脉冲编码调制（Diferential PCM，DPCM）和增量调制（Delta Modulation，DM）方式等。

使用模拟信道传送数字信号时，是将二进制数据调制到模拟信号上来。当改变振幅、频率和相位其中之一的特性时，波将有不同的变形，假设用二进制数1表示原来的波，那么波的变形为二进制数0。目前，数字信号调制到模拟信号的机制主要有频移键控（FSK）、相移键控（Phase-Shift Keying，PSK）和幅移键控（Amplitude-Shift Keying，ASK）等。

另外，正交调幅调制（QAM）将振幅和相位变化结合起来，将输入数据先映射到一个复平面上，形成复数调制符号，再对符号的I、Q分量采用幅度调制（I、Q信号是同相正交信号，I代表in-phase，Q代表quadrature，与I的相位相差90°），分别对应调制在正交的两个载波上。

图2-6所示的MATLAB仿真图给出了16QAM的符号图和散点图。星座图是解调之后的符号图，散点图则是信号星座图的可视化。QAM的调制效率较高，也是现在所有调制解调器中经常采用的技术。

使用数字信道传送数字信号，需要先对数字信号进行编码，将由二进制数0和1组成的数字信号转换成一串可以传输的电压脉冲。

使用数字信道传送数字信号时的编码方式主要有不归零（Non-Return to Zero，NRZ）编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码，详细说明如下，其次还有归零码、反向不归零码，在此不赘述。

不归零编码使用二进制数字0、1分别表示两种不同的电平。不归零编码的缺点是存在直流分量，传输时必须使用外同步。

曼彻斯特编码使用二进制数字0、1表示电压的变化，0、1分别表示电压由低到高、由高到低的跳变（或者0、1分别表示电压由高到低、由低到高的跳变）。接收端提取此跳变作为同步信号。曼彻斯特编码的缺点是信号传输速率必须是数据传输速率的2倍，即需要双倍的传输带宽。

差分曼彻斯特编码使用二进制数字0、1表示码元在每个时钟周期的起始处有无跳变。0、1分别代表有跳变、无跳变。差分曼彻斯特编码的优点是收发双方可以根据编码自带的时钟信号来保持同步，成本低，缺点是实现技术复杂。

2.1.6 电磁波传播

1. 基本电磁波传播机制

在无线通信中，卫星通信通常依赖自由空间传输，采用视距（Line-Of-Sight，LOS）传播。但是在地面无线通信中，由于发射机与接收机之间通常不存在直接的视距路径，因此地面无线通信主要依靠的是反射和绕射。

反射发生在地面、建筑物等表面，当电磁波遇到比其波长更长的物体时就会发生反射。

当接收机与发射机间的无线路径被边缘阻挡时，会发生绕射。绕射通常指电磁波绕过各种建筑物、山川等地形以及树木等所产生的偏移。

散射指由传播介质的不均匀性导致光线向四周射去，树叶等都会引起散射。

2. 两径传播模型

无线通信的传播环境复杂，为了使问题简化，首先考虑两径传播的情况，再研究多径传播问题。图2-9所示为包含一条直射波、一条反射波的两径传播模型。

图2-9中，ht表示发射机的高度，hr表示接收机的高度，d表示发射机与接收机的水平距离，当d足够大的时候，接收机的接收功率可以表示为式（2-22）。

其中，P_r与P_t分别表示接收机的接收功率与发射机的发射功率，G_r与G_t分别表示基站与移动台的天线增益，式（2-22）的分贝形式表示见式（2-23）。

P_r=P_t+10lgG_t+10lgG_r+20lg（h_th_r）-40lgd　（2-23）

由式（2-23）可知，当d很大时，接收功率随距离呈4次方衰减，此时，接收功率和路径损耗与频率（波长）无关。两径传播模型的路径损耗可以表示为式（2-24）。

L=40lgd-（10lgG_t+10lgG_r+20lgh_t+20lgh_r）　（2-24）

3. 无线信道

无线信道是电磁波在空间中传播的通道。有两种划分电磁波的方式。第一种方式将电磁波划分为低频、中频、高频等，这种划分方式在移动通信中较常用，如表2-1所示。第二种方式将电磁波划分为S波段（2～4 GHz）、C波段（4～8 GHz）、Ku波段（12～18 GHz）等。

注：频率范围和波长范围含右不含左。

如下列举部分典型的电磁波。

地波传播是MF频段电磁波的主要传播模式，常用于AM广播和海岸无线电广播。在MF频段中，大气噪声、人为噪声和接收机中的电子器件的热噪声是对信号传输的主要干扰。

信号多径指发送信号经过多条传播路径，以不同的延迟到达接收机。经由不同传播路径到达的各信号分量会相互削弱而导致信号衰落，因此通常会引起数字通信系统中的符号间干扰。在HF频段范围内，电磁波经由天波传播时经常发生信号多径现象，HF频段的加性噪声是大气噪声和热噪声的组合。

30 MHz以上频段的电磁波通过电离层传播具有较小的损耗，因此在VHF频段及以上频段，电磁波传播的主要模式是视距传播，一般情况下，视距传播所能覆盖的区域受到地球曲度的限制。

在频率为10 GHz以上的SHF频段，大气层环境对信号传播影响大。例如，降雨衰减是电磁波在雨中传播的时候由雨点吸收和散射而产生的衰减，常用降雨衰减系数（dB/km）来表示，降雨衰减系数常与降雨强度成正比。

在EHF频段以上的频率是电磁频谱的亚毫米波、红外、可见光和紫外线，它们可用来提供自由空间的视距光通信，第7章将阐述可见光通信，在此不赘述。

2.1.7 天线

天线是一种把传输线上传播的导行波（全部或绝大部分电磁能量被约束在有限横截面内沿确定方向传输的电磁波）变换成自由空间中传播的电磁波（或者进行相反的变换）的变换器。天线在无线电设备中用来发射或接收电磁波。天线具有可逆性，即同一副天线兼顾发射信号和接收信号的功能。天线具有互易性，即在发射或接收状态下，测量该天线参数的结果是相同的。

天线的通用电气指标主要有工作频段（Frequency Range）和功率容量（Power Capacity）等。

1. 工作频段

天线在一定的频率范围内工作，满足指标要求的频率范围即天线的工作频段。工作频段的宽度称为工作带宽。

2. 功率容量

功率容量指在规定的时间周期内，按规定的条件，可连续地加到天线上而又不至于降低其性能的最大连续射频功率。

3. 增益

增益即输入功率相等时，在空间同一点处，实际天线与理想的辐射单元所产生的信号功率密度的比值。天线增益可用于定量地描述天线输出功率集中辐射的程度，用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。

4. 旁瓣抑制与零点填充

旁瓣抑制指基站天线应尽可能降低瞄准受干扰小区的旁瓣辐射功率，减少覆盖区域无用信号与有用信号之比，来减少对邻区的干扰。

零点填充是指为了使业务区内的辐射电平更均匀，在天线的垂直面内，对下旁瓣第一零点采用赋形波束加以填充，通常零点深度相对于主波束>-20 dB即表示天线有零点填充。

移动天线产品种类众多、型号各异，根据其应用场景的不同，一般可以分为室内分布式天线、室外基站天线、美化天线等。其中，室外基站天线有智能天线、多波束天线等，举例如下。

智能天线是指采用双极化辐射单元，组成定向（特定方向内）或全向（360°）阵列进行波束扫描的天线阵列。天线阵列是指单个天线按一定规律排列组成的天线系统。智能天线可以判定信号的传播方向，具有跟踪、定位信号源的智能算法，并且可以根据信息进行空域滤波。

多波束天线是能产生多个元波束的天线，多个元波束可以合成一个或多个成形波束以覆盖特定的空域。

MIMO技术在发射机、接收机上同时使用多副天线。理论上，信道容量随发送端、接收端的最小天线数量呈现线性增长，MIMO模式与单天线模式相比，信道容量明显增大。MIMO使信号在空间上获得了天线阵列增益等，具体见7.7节的描述。

Massive MIMO是5G中提高系统容量和频谱利用率的关键技术，基站配置的天线通常为几十副以上，是普通MIMO系统天线数量的数倍。图2-10展示了5G的Massive MIMO天线，其详细技术特点在第7章中详细阐述。