The ultimate performance of any wireless communication system is limited by electromagnetic principles and mechanisms. Motivated by this, we start from the first principles of wave propagation and consider a multiple-input multiple-output (MIMO) representation of a communication system between two spatially-continuous volumes of arbitrary shape and position. This is the concept of holographic MIMO communications. The analysis takes into account the electromagnetic noise field, generated by external sources, and the constraint on the physical radiated power. The electromagnetic MIMO model is particularized for a system with parallel linear sources and receivers in line-of-sight conditions. Inspired by orthogonal-frequency division-multiplexing, we assume that the spatially-continuous transmit currents and received fields are represented using the Fourier basis functions. In doing so, a wavenumber-division multiplexing (WDM) scheme is obtained whose properties are studied with the conventional tools of linear systems theory. Particularly, the interplay among the different system parameters (e.g., transmission range, wavelength, and sizes of source and receiver) in terms of number of communication modes and level of interference is studied. Due to the non-finite support of the electromagnetic channel, we prove that the interference-free condition can only be achieved when the receiver size grows to infinity. The spectral efficiency of WDM is evaluated via the singular-value decomposition architecture with water-filling and compared to that of a simplified architecture, which uses linear processing at the receiver and suboptimal power allocation.


翻译:任何无线通信系统的终极性能都受到电磁原理和机制的限制。 受此驱动, 我们从波波传播的第一条原则开始, 并考虑在两个空间连续的任意形状和位置之间多输入多个输出( MIMO) 代表一个通信系统。 这是全息移动 MIMO 通信的概念。 分析考虑到由外部来源产生的电磁噪音场, 以及物理辐射功率的制约。 电磁MIMO模型是针对一个在视觉条件下具有平行线性源和接收器的系统的。 受波波波传播和多输出( MIIMO) 的启发, 我们假设空间持续传输流和接收的字段代表着两个空间连续的任意任意大小的形状和位置。 在这样做时, 一种波数- division (WDM) 机制的特性通过常规的线性系统理论工具加以研究。 特别是, 不同系统参数( 例如, 传输范围、 波长、 源和接收器大小的系统) 的相互作用。 由或多位频率的接收器中, 空间传输和接收器的直线性结构结构的分布结构的比, 只能通过电磁度结构的平流中, 测量结构的平流结构, 测量中, 我们的平流处理的平流的平流的平流结构的平流结构的平流结构的平流结构的平流结构的平流结构的比。

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