Traditional channel capacity based on the discrete spatial dimensions mismatches the continuous electromagnetic fields. For the wireless communication system in a limited region, the spatial discretization may results in information loss because the continuous field can not be perfectly recovered from the sampling points. Therefore, electromagnetic information theory based on spatially continuous electromagnetic fields becomes necessary to reveal the fundamental theoretical capacity bound of communication systems. In this paper, we propose analyzing schemes for the performance limit between continuous transceivers. Specifically, we model the communication process between two continuous regions by random fields. Then, for the white noise model, we use Mercer expansion to derive the mutual information between the source and the destination. For the close-form expression, an analytic method is introduced based on autocorrelation functions with rational spectrum. Moreover, the Fredholm determinant is used for the general autocorrelation functions to provide the numerical calculation scheme. Further works extend the white noise model to colored noise and discuss the mutual information under it. Finally, we build an ideal model with infinite-length source and destination which shows a strong correpsondence with the time-domain model in classical information theory. The mutual information and the capacity are derived through the spatial spectral density.


翻译:基于离散空间维度的传统信道能力使连续电磁场不匹配。对于有限区域的无线通信系统,空间离散可能导致信息丢失,因为连续字段无法从取样点完全恢复。因此,基于空间连续电磁场的电磁信息理论对于揭示通信系统的基本理论约束是有必要的。在本文件中,我们建议分析连续收发器之间的性能极限方案。具体地说,我们用随机字段来模拟两个连续区域的通信进程。然后,对于白色噪音模型,我们使用Mercer扩展来获取源与目的地之间的相互信息。对于近方表达方式,采用基于带有理性频谱的自动关系函数的解析方法。此外,Fredholm决定因素用于一般自动连接功能,以提供数字计算方案。我们进一步开展工作,将白色噪音模型扩大到彩色噪音,并讨论其中的相互信息。最后,我们用宽度源和目的地来构建一个理想模型,显示与时空光模型的强烈回旋性能,通过古典光谱模型进行分析。

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