问题背景：
点对点通信系统的可靠传输速率的理论上限（即信道容量）是 Shannon在其 1948 年的开创性论文中首先提出的，Cover T M和Thomas J A在Elements of Information Theory中给出了加性高斯白噪声（additive white Gaussian noise，AWGN）有限带宽线性信道对应的容量公式为
其中 W是信号带宽，P和 N0分别是信号和噪声的功率。单位频谱的信道带宽 C/W称为频谱效率,常常用来衡量信道传输能力。
Shannon 信道容量定义了通信系统不可逾越的可靠传输速率限，该公式也是指明无线通信工作者研究方向的灯塔，也称之为 Shannon 容量极限。自 Shannon 信道容量诞生以来，通信领域的工作者不断研发新的理论和技术（如信道编码、网络编码、信号处理、资源分配、干扰管理、交换和路由技术等），以使实际通信网络的信息传输能力逼近该极限。到目前为止，点到点通信系统已经可以逼近 Shannon 容量。
作为无线通信领域天线技术的重大突破之一，MIMO 通过增加收发端天线数，实现了端到端容量的有效提升。20 世纪 90 年代，贝尔实验室的Telatar 和Foschini 等学者首次给出了MIMO 信道的容量表达式
式中，t 与 r 分别为发射天线数与接收天线数，发射功率约束为 P ，H 为维度为 r × t 的信道矩阵，Ir为 r 阶单位矩阵。
图1：Massive MIMO 基站示意图
在接下来的十余年中，MIMO 技术相继完成了在 WLAN、3G 及 4G 网络中的标准化，成为商用无线网络中的核心技术之一。为了进一步提升系统容量，Thomas Marzetta 团队提出了 Massive MIMO 的概念，其基站（参见图1）采用大规模天线阵列。目前学术界对于 Massive MIMO 的渐近容量持有有界与无界两种不同观点，可应用于实际工程中的 Massive MIMO 天线数上限及其相应容量等问题仍需进一步研究。
后 5G 时代，由于存在海量的移动设备，通信系统需不断提升其容量域，为各种类型的移动设备提供高质量服务。为了克服传统蜂窝网或基站集群网络中边缘用户受干扰严重的问题，进一步提升网络容量，新型网络架构的设计刻不容缓。2015 年，Eric Larsson 团队提出了 Cell-Free Massive MIMO的概念，然而该概念仍停留在集中式网络架构的理论探索阶段，与接近商业化的可扩展型网络架构相去甚远。
近年来超材料的发展使得低成本的超材料 MIMO 可以替代硬件复杂度较高的传统大规模 MIMO，因而带来了广泛部署于网络以实现全息无线传输和操控电磁传播环境的可能性。超材料 MIMO 的一些初步研究表明了其具有近场高自由度、波束聚焦等新特征。通过研发超材料 MIMO 和现有通信系统相结合的新技术（空时编码、近场通信、定位与感知），通信系统的容量与应用边界将得到进一步提升与拓宽。
上述 Massive MIMO 容量域、新型网络架构、超材料 MIMO 等一系列问题的解决将指明多用户通信和网络研究的技术发展方向，推动多用户编码技术（信道编码和网络编码等）、资源分配、多址接入、网络拓扑优化、流量控制和干扰管理等技术的颠覆式突破。
问题定义：
Massive MIMO 多用户场景的上下行容量域的刻画与容量域逼近技术的研究，以及新材料和新技术（如超材料天线、智能反射面（参见图2）对传统通信理论的影响，是信息论领域的重大问题，亟需理论突破。需要解决单基站、分布式基站场景下的下行容量域问题，以及大规模天线阵、超材料天线和智能反射面下的容量问题。
图2：智能反射面示意图
未来研究方向：
Massive MIMO是提升无线空口频谱效率的有效方式之一。未来随着超表面等新形态的出现，天线的数量会进一步增加，需要在容量域、多种组网形态和资源调度方向进一步研究：
(1) 容量域
集中式单基站场景的上行多址接入信道、下行广播信道容量域的刻画，具体包括相干解调下的容量域与天线数、用户数的关系，非相干解调下天线数的理论极限等问题，以及智能反射面的引入对传统通信信道和容量域的影响。
(2) 新型组网形态
分布式多基站场景的和容量最大化的最优组网问题。
(3) 资源调度
逼近容量域的编解码、调度算法等技术问题。