新一代移动通信系统对低功耗、泛在接入、极高频谱效率的迫切需求,驱动了近距离多天线通信场景所占的比例越来越大。其突出特征是多天线阵列尺寸与收发通信距离可以比拟,电磁信号传播的球面特征表现的更加充分,不再适合采用远距离通信中的平面波假设。但是,目前对于球面波特征下的近距离多天线信道的通信能力和实现其通信能力的关键技术还处于探索阶段。为此,本文围绕这两方面的内容开展了初步的研究工作。在评估“通信能力”方面,重点研究了近距离多天线信道的空间自由度和信道容量,给出了近距离天线位置与容量界限的内在关系;在“实现通信能力的关键技术”方面,通过优化天线阵元位置,提高了近距离多天线LOS信道的容量,以及提出了最大化近距离多天线信道容量的预编码传输。具体工作包括:首先,研究了近距离多天线信道容量。利用球面波模型,推导了发射端未知信道状态信息下多发两收近距离LOS信道容量的解析表达式,在此基础上给出了两发两收近距离LOS信道容量的概率密度函数、累积分布函数和均值容量的解析表达式,以及富散射环境中多发两收近距离Ricean衰落信道的遍历容量。理论和仿真结果表明:近距离多天线LOS信道容量由波长、发射天线数、阵元间隔、收发通信距离和阵列方向决定,并且随着这些参数剧烈的波动;近距离多天线LOS信道容量的空间统计信息由收发阵列孔径乘积与收发通信距离的比值决定,随着比值的增大,获得更高容量的概率随之增加;富散射环境下多发两收近距离Ricean衰落信道的遍历容量完全由Ricean K因子和天线阵元位置所决定,可通过合理设计天线阵元位置得到最大的遍历容量。特别的,在三发两收的天线阵列中,当信噪比为20d B,Ricean K因子为5d B时,通过优化天线阵元布局,能达到最大容量12.85bps/Hz。其次,研究了近距离多天线LOS信道的空间自由度。利用球面波模型,分别研究了三维空间中远距离和近距离多天线LOS信道的空间自由度。理论和仿真结果表明,在单极化线性阵列下的远距离多天线LOS信道中只能得到一个空间自由度,然而在近距离多天线LOS信道中可通过合理设计阵列方向和天线尺寸得到多个空间自由度。再次,通过优化天线阵元位置,提高了近距离多天线LOS信道的容量。针对固定无线接入中任意方向的两发两收天线阵列,在联合考虑路径损耗和相位差的影响下,通过优化天线阵元位置,实现了近距离LOS信道的最大容量。然后,针对终端移动台在室内某一区域内移动的情况下,基于蚁群算法,通过优化发射天线阵元位置,提高了区域内的平均容量。最后,研究了近距离多天线信道的预编码传输。使用球面波模型,分别推导了两发多收近距离LOS信道和富散射环境中近距离Ricean信道的预编码传输方向和其功率分配的解析表达式,并给出了其空间复用和波束成形的充要条件。理论和仿真结果表明,预编码传输下的信道容量要大于或等于在所有方向进行等功率传输的信道容量,并且两者的差别随着两个发射天线空间特征图夹角的余弦的绝对值增大而增大。特别的,在两发三收富散射环境的近距离Ricean信道中,当信噪比为5d B,Ricean K因子为30d B时,两者的最大差别能达到0.7bps/Hz。论文在近距离多天线通信方面做出的上述研究成果,对新一代移动通信网、宽带无线接入网、无线物联网等无线通信系统的设计具有现实指导意义。