从通信容量来看，香农极限决定了单信道的容量。
香农公式：C=B log2(1+S/N)
C 是信道容量，B 为信道带宽（频谱资源），S/N 为信噪比。因此如果要提升通信容量，则只能拓宽频谱资源，或者进一步提升信噪比。由于频谱资源是有限的，因此在考虑拓宽频谱资源的同时，通信产业内也在想方设法提升单位频谱上的通信能力，也就是频谱效率。ITU 定义的 5G 八大关键能力中，对频谱效率就直接提出了 2-5 倍的需求。
频谱效率=C/B=log2(1+S/N)
而频谱效率的提升需要靠提高信噪比，频谱效率需要对信噪比取对数，就意味着为了提升频谱效率而在信噪比上的投入很大，同时信噪比的提升是通过提高信号功率或者降低噪声来实现，而噪声是无法消除的，所以信噪比本身也难以无限提升。因此为了突破香农极限，5G 将引入 SCMA（空分多址）技术，用以提升过去单位频率和时间基础上的信道容量，以此来实现频谱效率的提升。而实现 SCMA 的核心关键，就在于 Massive MIMO 天线。
一、SCMA：实现基于空间的复用
当我们回顾移动通信系统的历史的时候，我们可以看到从第一代移动通信（模拟）开始，每一代的通信系统都提出了更加有效的复用方式，用以在单位时间和频谱资源上提升信道容量。
SCMA 提出了一个基于空间维度的复用方式，通过指向性的无线信号辐射，可以在原来的时间和频率基础上增加空间维度的复用，因此可以在同一时间在不同方向上建立通信信道。
实现 SCMA 的关键就在于增加天线阵子的数量，通过阵子之间发射不同相位的信号，用以实现无线信号的指向性发射。因此通过不同波束赋形之间的组合，就可以实现同时建立基站和多个用户终端之间的连接，从而大幅提升频谱效率。
按照目前 4G LTE 较为流行的系统来看，TD-LTE 在使用 20MHz 带宽的情况下，下行能达到 100Mbps/Hz 左右，也就意味着不考虑开销的情况下频谱效率能够达到 5bps/Hz 左右。而 5G 基站要求在 100MHz 的带宽下能够达到单基站 3Gbps 的下行速率，频谱效率要求达到了 30bps/Hz。在香农公式的约束下，大规模阵列天线成为实现频谱效率大幅提升的关键技术。
参考观研天下发布《2017-2022年中国基站天线行业深度研究及十三五发展机会分析报告》
二、Massive MIMO 提高天线覆盖能力
除提升频谱效率以外，Massive MIMO 使用波束赋形技术后，由于多个天线辐射的信号叠加，在指定的方向还能获得明显的阵列增益，或者在相同天线增益要求下，通过多个天线信号叠加，每一通道信号的增益要求显著降低。
以上为自由空间天线传播模型公式，我们可以做一个简单的解读：
接收功率=（发射功率*发射天线增益*接收天线增益*波长的平方）/（常数*距离的平方*其他损耗*）
也就是在给定其他条件下，5G 由于频率高于 4G 因此波长比 4G 信号小，5G 基站的覆盖距离要大幅小于 4G 基站。
为了弥补高频带来覆盖范围的损失，减少基站数量的建设，引入大规模天线以增加发射天线增益变得尤为重要。
Massive MIMO 技术，可以通过多波束来达到空分复用，实现频谱效率的大幅提升；同时还能在每一个波束上增强指定方向的发射功率，用以弥补在 5G 高频段上的覆盖能力缺陷；此外 Massive MIMO 系统还可以相应地降低每一个子通道的功率要求。
三、Massive MIMO 有望推动天线有源化
从 90 年代的 GSM 称作 BTS 的宏基站，到 2004 年华为首先推出的分布式基站（BBU+RRU 拉远），再到 2012 年业内推出 AAU 有源天线的解决方案，其中核心的演进方向就是小型化和集成化。但是由于有源天线集成化程度较高，而且 RRU 也要放置在塔上，所以我们看到目前 AAU 的普及率还并不高，根据网络上的数据，2015 年华为 AAU 出货量刚超过 10 万面，近期运营商集采的天线还主要是传统无源天线为主。
但由于有源天线集成了射频模块和天线，可以支持多个频段一次部署，降低整个站点物理设备的数量。更重要的是，我们看到有源天线省去了天线和 RRU 之间的馈线，我们可以参考下图基站天线的实景。
Massive MIMO 天线由于通道数量很大（64 甚至 128），因此若如果 RRU 和天线之间仍然用馈线连接，那么将带来较大的安装难度，同时由于馈线损耗随着频段的提升而增加，因此在 5G 时代应当尽量减少馈线连接，这也将进一步推动有源天线需求。
香农公式：C=B log2(1+S/N)
C 是信道容量，B 为信道带宽（频谱资源），S/N 为信噪比。因此如果要提升通信容量，则只能拓宽频谱资源，或者进一步提升信噪比。由于频谱资源是有限的，因此在考虑拓宽频谱资源的同时，通信产业内也在想方设法提升单位频谱上的通信能力，也就是频谱效率。ITU 定义的 5G 八大关键能力中，对频谱效率就直接提出了 2-5 倍的需求。
图表：ITU 定义的 5G 八大关键能力
频谱效率=C/B=log2(1+S/N)
而频谱效率的提升需要靠提高信噪比，频谱效率需要对信噪比取对数，就意味着为了提升频谱效率而在信噪比上的投入很大，同时信噪比的提升是通过提高信号功率或者降低噪声来实现，而噪声是无法消除的，所以信噪比本身也难以无限提升。因此为了突破香农极限，5G 将引入 SCMA（空分多址）技术，用以提升过去单位频率和时间基础上的信道容量，以此来实现频谱效率的提升。而实现 SCMA 的核心关键，就在于 Massive MIMO 天线。
一、SCMA：实现基于空间的复用
当我们回顾移动通信系统的历史的时候，我们可以看到从第一代移动通信（模拟）开始，每一代的通信系统都提出了更加有效的复用方式，用以在单位时间和频谱资源上提升信道容量。
图表：通信系统升级的历史
SCMA 提出了一个基于空间维度的复用方式，通过指向性的无线信号辐射，可以在原来的时间和频率基础上增加空间维度的复用，因此可以在同一时间在不同方向上建立通信信道。
图表：空分复用图示
实现 SCMA 的关键就在于增加天线阵子的数量，通过阵子之间发射不同相位的信号，用以实现无线信号的指向性发射。因此通过不同波束赋形之间的组合，就可以实现同时建立基站和多个用户终端之间的连接，从而大幅提升频谱效率。
按照目前 4G LTE 较为流行的系统来看，TD-LTE 在使用 20MHz 带宽的情况下，下行能达到 100Mbps/Hz 左右，也就意味着不考虑开销的情况下频谱效率能够达到 5bps/Hz 左右。而 5G 基站要求在 100MHz 的带宽下能够达到单基站 3Gbps 的下行速率，频谱效率要求达到了 30bps/Hz。在香农公式的约束下，大规模阵列天线成为实现频谱效率大幅提升的关键技术。
图表：波束赋形的实现方式
图表：波束赋形无线信号示意图
参考观研天下发布《2017-2022年中国基站天线行业深度研究及十三五发展机会分析报告》
二、Massive MIMO 提高天线覆盖能力
除提升频谱效率以外，Massive MIMO 使用波束赋形技术后，由于多个天线辐射的信号叠加，在指定的方向还能获得明显的阵列增益，或者在相同天线增益要求下，通过多个天线信号叠加，每一通道信号的增益要求显著降低。
接收功率=（发射功率*发射天线增益*接收天线增益*波长的平方）/（常数*距离的平方*其他损耗*）
也就是在给定其他条件下，5G 由于频率高于 4G 因此波长比 4G 信号小，5G 基站的覆盖距离要大幅小于 4G 基站。
为了弥补高频带来覆盖范围的损失，减少基站数量的建设，引入大规模天线以增加发射天线增益变得尤为重要。
图表：大规模天线可以扩大信号传输距离
Massive MIMO 技术，可以通过多波束来达到空分复用，实现频谱效率的大幅提升；同时还能在每一个波束上增强指定方向的发射功率，用以弥补在 5G 高频段上的覆盖能力缺陷；此外 Massive MIMO 系统还可以相应地降低每一个子通道的功率要求。
三、Massive MIMO 有望推动天线有源化
从 90 年代的 GSM 称作 BTS 的宏基站，到 2004 年华为首先推出的分布式基站（BBU+RRU 拉远），再到 2012 年业内推出 AAU 有源天线的解决方案，其中核心的演进方向就是小型化和集成化。但是由于有源天线集成化程度较高，而且 RRU 也要放置在塔上，所以我们看到目前 AAU 的普及率还并不高，根据网络上的数据，2015 年华为 AAU 出货量刚超过 10 万面，近期运营商集采的天线还主要是传统无源天线为主。
图表：基站结构演进
但由于有源天线集成了射频模块和天线，可以支持多个频段一次部署，降低整个站点物理设备的数量。更重要的是，我们看到有源天线省去了天线和 RRU 之间的馈线，我们可以参考下图基站天线的实景。
图表：基站天线实景 1
图表：基站天线实景 2
Massive MIMO 天线由于通道数量很大（64 甚至 128），因此若如果 RRU 和天线之间仍然用馈线连接，那么将带来较大的安装难度，同时由于馈线损耗随着频段的提升而增加，因此在 5G 时代应当尽量减少馈线连接，这也将进一步推动有源天线需求。
图表：馈线损耗
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